Thèse soutenue

Caractérisation des mécanismes d'usure par tribocorrosion d'alliages modèles Ni-Cr

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Auteur / Autrice : Claudiu Constantin Ionescu
Direction : Pierre Ponthiaux
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
Date : Soutenance le 19/11/2012
Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Châtenay-Malabry, Hauts de Seine)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne)
Jury : Président / Présidente : Patrick Perré
Examinateurs / Examinatrices : Pierre Ponthiaux, Jean-Pierre Celis, Damien Féron, Tony Prezeau, Olivier Raquet
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pierre Celis, Damien Féron

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Les alliages à base nickel sont utilisés dans les centrales nucléaires pour la fabrication des tubes générateurs de vapeur, parce qu’ils présentent une bonne résistance aux sollicitations mécaniques élevées dans un milieu corrosif à haute température. La résistance au milieu corrosif est attribuée à une couche protectrice très fine de Cr2O3 qui se forme à la surface de l’alliage. Les tubes générateurs de vapeur comptent parmi les composants les plus délicats à entretenir, d’une part, du fait de leur importance pour la sûreté et, d’autre part, parce que les tubes d’échange sont soumis à de nombreux mécanismes de dégradation à cause de conditions sévères de fonctionnement.. L’objectif de cette étude a été d’évaluer et de comparer le comportement en tribocorrosion de deux alliages modèles Ni – 15%Cr et Ni – 30%Cr. Ces alliages ont été utilisés pour mettre en évidence, évaluer et comparer l’influence de la teneur en chrome sur la formation de la couche d'oxyde superficielle et le rôle de cette dernière sur les mécanismes et cinétiques d'usure par tribocorrosion. L’étude de la tribocorrosion a été effectuée à l’aide d’un tribomètre pion – disque par application d’un frottement unidirectionnel, en régime continu et intermittent en milieu aqueux boré – lithié à la température ambiante. La dégradation de la couche protectrice formée à la surface des deux alliages a été suivie en mettant en œuvre un protocole expérimental en trois étapes. Dans la première étape du protocole, le suivi de l’évolution du potentiel libre et l’enregistrement des diagrammes d’impédance électrochimique ont été utilisés pour analyser le comportement électrochimique des deux alliages en absence de frottement. Lors de la deuxième étape, les mêmes techniques électrochimiques ont été employées en présence d’un frottement continu et pour différentes pressions de contact. Durant l’étape trois du protocole, des essais de tribocorrosion en régime de frottement intermittent ont été réalisés pour mettre en évidence la capacité d’auto cicatrisation de la surface des deux alliages modèles. Pour les deux alliages Ni - Cr, les essais de tribocorrosion ont mis en évidence une augmentation de l’usure totale avec la pression de contact appliquée. Quel que soit la force normale appliquée, la principale composante de l’usure totale est l’usure mécanique du substrat mis à nu. L’usure purement corrosive du substrat diminue avec l’augmentation de la teneur en chrome. Du point de vue qualitatif, le principal mécanisme d’usure identifié a été l’usure abrasive par micro - labourage. Dans cette étude a été effectuée une étude de l’usure d’alliages modèles Ni – Cr, dans les conditions de tribocorosion, ainsi que une analyse du mécanisme et la cinétique d’usure. Le comportement de la couche superficielle d’oxyde de chrome et son effet sur la résistance à la tribocorrosion ont été évalués. Ces résultats peuvent servir de base à la compréhension de l’origine des problèmes qui peuvent apparaître pendant la vie d’un alliage inoxydable à base nickel soumis à des efforts mécaniques en milieu agressifs et permettre une sélection plus pertinente des matériaux métalliques pour diverses applications industrielles, particulièrement dans le domaine nucléaire.