Etude des revêtements en aluminures modifiés platine des superalliages base nickel

Study of Pt modified aluminide coatings on nickel-based superalloys

• Auteur / Autrice : Julien Benoist
• Direction : Frédéric Badawi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers1992-2008)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transitions de phases

Composés intermétalliques

Diffusion (physique)

Aluminiage

Résumé

Ce travail caractérise les propriétés microstructurales et les mécanismes microscopiques de formation des revêtements d'aluminures modifiées platine en fonction des paramètres d'élaboration. La première partie est consacrée à l'analyse des revêtements obtenus par aluminisation avec diffusion préalable du platine. Seule la nature du donneur influe sur la microstructure finale et conduit à envisager la suppression du traitement de diffusion. La deuxième partie concerne l'étude de revêtements obtenus sans cette diffusion préalable du platine. Nous montrons que selon le type de donneur utilisé, le revêtement est soit monophasé (Ni, Pt)Al, soit biphasé PtAl2/NiAl, soit biphasé PtAl2/NiAl avec une couche continue de PtAl2 à la surface. Ces résultats conduisent ainsi à une bonne maîtrise du procédé. Nous avons ensuite étudié la cinétique de formation des phases dans le cas de l'obtention d'une couche continue de PtAl2 à la surface. Cette couche se forme dès le début de l'aluminisation et reste stable au cours du traitement. Ensuite, l'aluminium diffuse rapidement à travers la phase PtAl2 pour former la phase NiAl alors que le nickel provenant du substrat ne diffuse pas suffisamment pour transformer la phase PtAl2 en NiAl. Nous avons ainsi montré la grande stabilité de la phase PtAl2 au cours de l'aluminisation. Une analyse EXAFS a montré que cette phase peut incorporer jusqu'à 37. 5 %at de nickel en solution d'insertion et que les sous réseaux de l'aluminium du nickel et du platine sont identiques dans les phases (Pt, Ni)Al2 et (Ni, Pt)Al. Le changement de phase PtAl2 è NiAl s'effectue donc par insertion progressive du nickel dans la phase PtAl2. Enfin, une étude bibliographique des mécanismes de diffusion dans la phase NiAl permet d'expliquer l'écart expérimental important entre la diffusion du nickel et de l'aluminium dans la phase (Pt, Ni)Al2. La présence de platine sur le sous réseaux du nickel gêne la diffusion lacunaire de celui-ci.

The aim of this study is to improve the microstructural properties and the microscopic mechanisms formation of the Pt modified aluminide coatings according to the treatment parameters. At first, we characterise aluminide coatings fabricated with the prior Pt diffusion aluminizing treatment. It appears that the final aluminide microstructure depends only on the different types of donor, which allows the suppression of the Pt diffusion. We also deposit the aluminide coatings with an aluminizing treatment without prior Pt diffusion. We show that the aluminide coating is either a monophased (Ni, Pt)Al structure, or a two-phase PtAl2/NiAl structure or a two-phase PtAl2/NiAl structure with a continuous PtAl2 layer at the surface, with respect to the type of donor. These results allow us to control the quality control of the aluminizing treatment. Then we studied the growth of these phases in the case of a continuous PtAl2 layer at the surface. It appears that this layer forms at the beginning of this treatment and stays stable during the aluminizing. After all platinum is transformed into PtAl2, aluminum diffuses across this layer to form NiAl. However, Ni does not diffuse sufficiently from the substrate to transform PtAl2 into NiAl. We also showed the strong PtAl2 stability. The use of EXAFS technique allows us to demonstrate that the Ni maximum solubility in PtAl2 is 37. 5 at% and that the Ni, Pt and Al sublattices are the same in (Pt, Ni)Al2 and (Ni, Pt)Al phases. The PtAl2 è NiAl transformation is only due to Ni insertion in PtAl2. A bibliographic study of diffusion mechanisms in NiAl intermetallic allows to explain the strong difference between nickel and aluminum diffusion in the PtAl2 phase. The presence of platinum atoms on the same sublattice than nickel atoms decreases the nickel diffusivity in the (Pt, Ni)Al2 and (Ni, Pt)Al phases.