Étude de l'oxydation et de la corrosion à haute température d'alliages base nickel polycristallins

Study of oxidation and corrosion at high temperature for nickel based polycristalines alloys

• Auteur / Autrice : Romain Malacarne
• Direction : Michel Vilasi, Stéphane Mathieu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 13/12/2021
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Monceau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Vilasi, Stéphane Mathieu, Laure Martinelli, Renaud Podor, Cécilie Duhamel, Clara Desgranges
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laure Martinelli, Renaud Podor

Mots clés

Mots clés contrôlés

Corrosion

Effets des hautes températures

Nickel -- Alliages

Mots clés libres

Nickel

Haute température

Alliage

High temperature

Nickel

Alloys

Résumé

Le développement de nouvelles générations de turboréacteurs se base sur un rendement énergétique amélioré, ce qui conduit notamment à une diminution de la consommation de carburant. Un des moyens pour parvenir à une meilleure efficacité moteur consiste à augmenter la température en service du turboréacteur. Cette élévation de température, estimée à 50°C soulève des problématiques nouvelles et surtout pour les disques de turbines basse pression qui voient désormais localement des températures pouvant atteindre 700°C. En effet, l'alliage utilisé jusqu'alors - l'Inconel 718 - n'est plus stable microstructuralement à des températures supérieures à 650°C. Des nouveaux alliages sont donc développés pour répondre à cette problématique. Néanmoins, les sous - produits de combustion (SO2/SO3) associés aux particules ingérées en vol (sels marins, cendres, sable...) peuvent mener à la formation de dépôt alcalins (Na2SO4) et conduire alors à l'établissement d'un environnement particulièrement agressif. Les phénomènes mis en jeu dans ce phénomène de dégradation connu sous le nom de corrosion de type - II (ou également L.T.H.C) sont mal connus et varient fortement en fonction des paramètres expérimentaux choisis. Les travaux de cette thèse se divisent en trois parties distinctes. Dans les deux premières, trois alliages commerciaux sont comparés tour à tour à 650/700°C sous air du laboratoire, puis sous conditions de corrosion de type - II (650/700°C sous Air +400-1000 ppmSO2). L'inconel 718 montre dans tous les cas le meilleur comportement suivi de l'AD730 pour ensuite finir par le René 65. Afin de compléter l'analyse, des alliages modèles ont également été élaboré en ciblant certains éléments d'alliage pour préciser leur rôle dans le phénomène de corrosion chaude basse température.

The development of next generation turbojet is based on a better energetic performance which leads to the reduction of fuel consumption (- 15%) and fine particle emission. A way to achieve such engine - efficiency consists in increasing the service temperature of the engine. This increase of temperature, estimated to be of 50°C, raises some new issues, and specifically for low pressure turbine discs that are submitted locally to temperatures between 650 and 700°C. Indeed, the alloy hitherto used for those engine parts - Inconel 718 - is not stable above 650°C. New alloys have been design to face this issue. Nevertheless, some combustion by-products (SO2/SO3) associated with ingested particles (salts, ashes, dust) can lead to the formation of alkaly deposits (Na2SO4) and thus yielding to an aggresive environment. The phenomena involved in this kind a rapid degradation known as type - II hot corrosion (or LHTC) are not very well known and can vary from one study to another according to the chosen set of experimental parameters. The work proposed here is made of three main parts. For the two firsts, three commercial nickel based alloys are compared at 650°C and 700°C both under long - term (10 000h) oxidation and short - term (100h) hot corrosion (Air + 400 - 1000 ppm SO2) conditions. Inconel 718 shows the best behavior in every case scenari , followed by AD730 and René 65. It shows indeed the lowest kinetic constant under oxydation and the lowest amount of degradation under hot corrosion. To complete the study, a set of model alloys have been manufactured by targeting specific alloying element to better understand their role in type - II hot corrosion.