Carburation d'un métal réfractaire et de ses alliages : mécanismes et modélisation

Carburation of a refractory metal and its alloys : mechanisms and modelling

• Auteur / Autrice : Marion Rocher-Bakour
• Direction : Patrice Goeuriot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Grenoble INPG en cotutelle avec Saint-Etienne, EMSE

Résumé

La carburation d'une plaque de tantale aboutit à la formation de deux couches de carbures, TaC et Ta2C. L'objectif de cette thèse est de comprendre et de modéliser la croissance des couches de carbures dans le tantale et les alliages de tantale-tungstène pour des températures inférieures à 1500ʿC. Le manque de données sur le système Ta-C en dessous de cette température est tout d'abord comblé par une étude par métallurgie des poudres ; les réactions aux différentes interfaces possibles lors de la carburation sont ainsi simulées. Une étude cinétique de croissance des couches de carbures dans le tantale est ensuite réalisée entre 1350 et 1500ʿC. Nous montrons que la croissance des couches de carbures est limitée par la diffusion du carbone en position interstitielle et déterminons les expressions des coefficients de diffusion du carbone dans TaC et Ta2C. Nous proposons également un mécanisme de formation et de croissance des couches. Enfin, le suivi de l'évolution des couches de carbures lors de traitements thermiques sans nouvel apport de carbone montre que le processus de diffusion du carbone continue. Le tantale étant fréquemment allié à du tungstène, afin d'améliorer ses propriétés mécaniques, une étude cinétique de croissance des couches de carbures est réalisée dans le même domaine de température sur deux alliages de tantale-tungstène de compositions différentes. Nous mettons notamment en évidence le rôle du tungstène sur la croissance de la couche TaC et sur la morphologie de Ta2C, qui se présente non plus sous la forme d'une couche plane, mais sous une alternance de lamelles, cette structure étant inhérente à la présence de tungstène. Cependant, après traitement thermique sans nouvel apport de carbone, il est possible d'obtenir une fine couche plane de Ta2C, et ce, malgré la présence de tungstène. Enfin, un algorithme de calcul est mis au point, permettant de simuler numériquement, par éléments finis, la croissance des couches de carbures dans le tantale.