Développement de la technologie supercritique pour l’élaboration de revêtements multifonctionnels

Development of the supercritical technology to perform multifunctional coatings

• Auteur / Autrice : Erwan Peigney
• Direction : Cyril Aymonier, Angéline Poulon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 19/12/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (Pessac)
• Jury : Président / Présidente : Laurence Croguennec
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Angéline Poulon, Marjorie Cavarroc, Guillaume Pujol
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Corinne Chanéac, Wilfrid Prellier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Revêtements

Alumine

Mots clés libres

Traitement de surface

Synthèse hydrothermale

Génie des procédés

Fluide supercritique

Surface treatment

Hydrothermal synthesis

Process Engineering

Supercritical fluid

Résumé

De par leur faible densité, leur rigidité élevée et leur bonne résistance au fluage, les aluminures de titane à base γ-TiAl ont un fort potentiel pour remplacer les alliages aéronautiques lourds à base de Nickel employés à hautes températures (au-delà de 1000°C). Dès 750°C, la croissance rapide d’une couche de TiO2 en surface diminue leur résistance à l’oxydation. Toutefois, cette résistance à l’oxydation peut être améliorée grâce au dépôt d’une couche protectrice d’alumine α. A ce jour, il existe une incompatibilité entre la température très élevée de stabilisation de l’alumine α par des techniques de dépôt traditionnelles (environ 1000°C) et celle de tenue en température des alliages à base γ-TiAl (750°C).L’objet de ce projet de thèse est de développer un nouveau procédé de dépôt d’un revêtement épais d’alumine α, basé sur le phénomène de déshydratation hydrothermale à une température inférieure à 750°C. Le premier objectif concerne l’étude des mécanismes de déshydratation hydrothermale afin de déterminer les conditions optimales favorisant la formation de poudres d’alumine α. L’influence de l’évolution des propriétés de l’eau en fonction de la pression et de la température et des caractéristiques du produit intermédiaire, la boehmite γ-AlOOH, a été étudiée. Le second objectif a été de mettre en œuvre un procédé polyvalent permettant le transfert vers une germination hétérogène et donc l’élaboration de revêtements à basse température d’oxydes d’aluminium mixtes, épais et adhérents. La compréhension des mécanismes de formation des revêtements a permis d’optimiser le procédé et d’améliorer la germination hétérogène d’alumine α sur un substrat métallique à basse température.

Due to their low density, high stiffness and good creep resistance, gamma titanium aluminide alloys (γ-TiAl) have a strong potential to replace heavy nickel-based aerospace alloys used at high temperatures (above 1000°C). The rapid growth of a TiO2 layer on the surface above 750°C decreases their oxidation resistance. However, this oxidation resistance can be improved by depositing a protective layer of α-alumina. To date, there is an incompatibility between the very high stabilization temperature of α-alumina by conventional deposition techniques (about 1000°C) and the temperature resistance of γ-TiAl based alloys (750°C).In this PhD project, the purpose is to develop a new process for the deposition of thick α-alumina coatings, based on hydrothermal dehydration phenomenon at a temperature below 750°C. The first objective concerns the study of the hydrothermal dehydration mechanism to determine the process conditions favoring the formation of α-alumina powders. The influence of changing water properties as a function of pressure and temperature and the characteristics of the intermediate compound (γ-AlOOH boehmite) was studied. The second objective is to implement a versatile process allowing the transfer to heterogeneous nucleation and the development of low temperature coatings of mixed, thick and adherent aluminum oxides. The understanding of the coating formation allowed to optimize the process and to improve the heterogeneous nucleation of α-alumina on a metallic substrate at low temperature.