Oxydation du nickel dans le dioxyde de carbone et son revêtement par l'alumine sous plasma thermique

Oxidation of nickel in CO2 and coating with alumina by thermal plasma spraying

• Auteur / Autrice : Raphaelle Bernardie
• Direction : Pierre Lefort, Stéphane Valette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux Céramiques et Traitements de Surface
• Date : Soutenance le 05/05/2017
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (1998-2011)
• Jury : Président / Présidente : Yves Wouters
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joseph Absi, Alain Denoirjean, Fabrice Goutier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Jacquemin, Laurence Latu-Romain

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alumine

Adhésion (physique)

Projection au plasma

Nickel

Mots clés libres

Cinétique hétérogène

Adhérence cristallographie

Heterogeneous kinetics

Crystallographic adhesion

Résumé

Un procédé de traitement de surface avant projection plasma d’alumine, développé pour des substrats en acier C40E, a été étendu à des substrats en nickel. Afin de remplacer l’étape de sablage, une pré-oxydation sous CO2 a été réalisée, ayant pour objectif de créer une couche de protoxyde de nickel avec une épaisseur contrôlée. Cette couche d’oxyde permet d’augmenter significativement l’adhérence du dépôt d’alumine sur le substrat nickel. La formation de cette couche de protoxyde a été suivie par une étude de la cinétique d’oxydation. L'observation des interfaces alumine/nickel au MET a mis en évidence que des relations d'hétéroépitaxie entre le monoxyde de nickel et l’alumine sont à l’origine d'une adhésion chimique forte du dépôt. Cette forte adhérence (environ 105 MPa) a pu être quantifiée à l’aide d’un test de traction modifié (ASTM C633-13), dont le développement a été mis en place pour des échantillons en acier C40E pré-oxydés.

A surface treatment process, developed for C40E steel substrates before alumina plasma spraying, has been extended to nickel substrates. As an alternative to sand blasting, nickel substrates were pre-oxidized under CO2, to create a protoxide nickel layer of controlled thickness. This oxide layer significantly increases the alumina coating adherence on nickel substrates. A kinetic study of nickel oxidation under CO2has been realized, in order to better control the nickel preoxidation. TEM investigations of alumina/nickel interfaces showed a heteroepitaxial growth of alumina on nickel monoxide, which justify the strong alumina coatings adhesion. This high adherence (around 105 MPa) has been measured using a modified tensile test (ASTM C633-13), specifically set up for pre-oxidized steel C40E substrates.