Multifissuration de couches d’oxyde thermique sous chargement statique instrumenté par émission acoustique : application aux systèmes Ni/NiO et Zr/ZrO2

Multifissuration of thermal oxide scales under static loading instrumented by acoustic emission : application to Ni/Ni and Zr/Zr02 systems

• Auteur / Autrice : Solène Houdé Richard
• Direction : Jérôme Favergeon, Julie Marteau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Matériaux : Unité de recherche en Mécanique - Laboratoire Roberval (FRE UTC - CNRS 2012)
• Date : Soutenance le 26/01/2021
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de recherche en mécanique acoustique et matériaux / Laboratoire Roberval

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie électronique à balayage

Essais dynamiques

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Émission acoustique

Oxydation

Couches minces

Zircone

Oxydes de nickel

Fissuration

Oxydes

Mots clés libres

Multifissuration

Oxyde thermique

Endommagement

Essais in situ

Traction

Oxyde de zirconium

Multifissuration

Thermal oxide

Acoustic emission

Damage

In situ tests

Scanning electron microscopy

Zirconium oxide

Résumé

Cette thèse est un travail sur la caractérisation de l’endommagement des couches d’oxydes thermiques et notamment sur les systèmes métal/oxyde Ni/NiO et Zr/ZrO2. Pour étudier cet endommagement un essai de multifissuration sous MEB a été réalisée en couplant une micromachine de traction avec un suivi par émission acoustique à l’intérieur de la chambre du microscope électronique à balayage. Différents essais ont été réalisés afin de paramétrer le système d’émission acoustique pour s’assurer que les signaux enregistrés proviennent bien des éprouvettes de traction testées. Ce travail a permis de disposer d’un essai permettant d’acquérir les salves d’émission acoustique propres aux endommagements des systèmes Ni/NiO et Zr/ZrO2 en conditions in-situ. Grâce à ce développement technique, il a été possible de proposer des scénarii d’endommagement des systèmes Ni/NiO et Zr/ZrO2 pour deux épaisseurs de couches d’oxyde différentes (1 μm et 5 μm environ) en couplant les informations obtenues par les observations MEB (en surface des éprouvettes au cours des essais de traction, et en coupe transverse après rupture des éprouvettes) et l’analyse des signaux acoustiques enregistrés au cours des essais. L’analyse des scénarii d’endommagement a mis en évidence des différences notables entre les deux systèmes étudiés, mais également des différences au sein d’un même système selon les conditions d’oxydation utilisées pour obtenir les épaisseurs de couches désirées. Au-delà de permettre des propositions de scenarii d’endommagement, l’analyse des salves d’émission acoustique a permis de qualifier des signatures différentes pour les propagations des fissures en mode I et en mode II.

This thesis is a work on the characterization of the damage of thermal oxide scales and in particular on the metal/oxide systems Ni/NiO and Zr/ZrO2. To study this damage, a multi-cracking test under SEM was carried out by coupling a traction micromachine with monitoring by acoustic emission inside the chamber of the scanning electron microscope. Various tests were carried out in order to configure the acoustic emission system to ensure that the recorded signals indeed come from the tensile specimens tested. This work made it possible to have a test making it possible to acquire the acoustic emission bursts specific to damage to Ni/NiO and Zr/ZrO2 systems under in-situ conditions. Thanks to this technical development, it was possible to propose damage scenarios for Ni/NiO and Zr/ZrO2 systems for two different oxide scale thicknesses (1 μm and 5 μm approximately) by coupling the information obtained by the SEM observations (on the surface of the specimens during tensile tests, and in cross section after rupture of the specimens) and analysis of the acoustic signals recorded during the tests. The analysis of the damage scenarios revealed notable differences between the two systems studied, but also differences within the same system depending on the oxidation conditions used to obtain the desired scale thicknesses. Beyond allowing proposals for damage scenarios, the analysis of the acoustic emission bursts made it possible to qualify different signatures for the propagation of cracks in mode I and in mode II.