Mise au point de revêtements protecteurs pour le gainage du combustible en alliage de vanadium V-4Cr-4Ti destiné aux RNR-Na
Auteur / Autrice : | Nabil Chaia |
Direction : | Michel Vilasi, Stéphane Mathieu |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Science des matériaux |
Date : | Soutenance le 25/10/2013 |
Etablissement(s) : | Université de Lorraine |
Ecole(s) doctorale(s) : | EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz) |
Jury : | Président / Présidente : Yann Lepetitcorps |
Examinateurs / Examinatrices : Nicolas David | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Monceau, Fernando Pedraza Diaz |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
L’usage de l’alliage de vanadium V-4Cr-4Ti comme matériau de gainage du combustible dans les réacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis au sodium (RNR-Na) représente un intérêt tout à fait particulier de par ses propriétés physico-chimiques attractives à savoir : une bonne compatibilité avec le sodium liquide, une transparence neutronique élevée et de bonnes propriétés mécaniques sous irradiation. Toutefois, la dissolution de l’oxygène dans le vanadium conduit à son durcissement de manière considérable et rend, par conséquence, son utilisation conditionnée par l’utilisation de protection externe moyennant des revêtements faisant office de barrière de diffusion à l’oxygène présent dans le sodium liquide à hauteur de quelques ppm. Au cours de ce travail, des revêtements diffusionnels à base siliciures binaires et ternaires sont élaborés essentiellement par cémentation activée en caisse. Leur capacité à protéger le substrat dans des milieux simulant les conditions d’un RNR-Na, caractérisés par un faible potentiel oxydant de O2, est avérée suite à des tests d’oxydation sous hélium impur à 650°C et de corrosion dans le sodium liquide à 550°C (test CorroNa au CEA de Saclay). D’autres tests d’oxydation sous air (cycliques, isothermes et fluage-flexion 3 points) ont montré la bonne résistance des revêtements à des températures au-delà de 900°C grâce à la formation d’une couche protectrice de SiO2, adhérente et compacte. Un autre volet de ce travail a permis d’aborder la stabilité microstructural du système gaine/revêtement dans les conditions accidentelles. Ceci a nécessité le calcul des coefficients d’interdiffusion en s’appuyant parallèlement sur les modèles de croissance multicouche de Wagner et de consommation mutuelle de Buscaglia. En dernier lieu, la coupe isotherme à 1200°C et la projection liquidus du système V-Cr-Si sont étudiés. Cette étape, préliminaire à l’étude du système quaternaire V-Cr-Ti-Si, doit permettre en perspective l’optimisation de l’architecture du revêtement et aider à la compréhension des mécanismes d’oxydation