Thèse en cours

Étude d'alliages à base de siliciures de niobium obtenus par frittage flash

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Auteur / Autrice : Virgil Malard
Direction : Alain Couret
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Sciences des Matériaux
Date : Inscription en doctorat le 03/10/2016
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ONERA - MAS - Matériaux et Structures
référent : Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay

Résumé

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L'amélioration du rendement des turbomachines aéronautiques nécessite l'obtention de rapports poussée / masse plus élevés. Les matériaux peuvent apporter une contribution majeure à cette problématique, au travers du développement de nouvelles familles de matériaux à propriétés spécifiques élevées et à densité réduite. Les alliages à base de siliciures de niobium (« Nb-Si ») sont de bons candidats pour des applications à hautes températures telles que les aubes de turbines. Toutefois, leur développement est jusqu'à présent resté limité, car les voies d'élaboration conventionnelles (fonderie) ne permettent pas un contrôle suffisant de la microstructure. Ce travail s'inscrit dans un programme collaboratif financé par l'ANR sur le développement et l'évaluation d'alliages Nb-Si obtenus par la voie de la métallurgie des poudres (MdP) et utilisant la voie de compaction novatrice par frittage flash (ou SPS : Spark Plasma Sintering). La voie MdP est une solution prometteuse pour ces alliages, car elle permet l'obtention d'un matériau de composition uniforme exempt de ségrégations microstructurales. Le SPS est une technique récente de fabrication directe de pièces de forme, limitant ainsi l'usinage. Ces travaux sont réalisés en collaboration étroite avec les partenaires du projet (CEMES à Toulouse, Institut Carnot de Bourgogne à Dijon). L'objectif général de cette thèse est d'établir une base de connaissances sur les relations entre la composition, la microstructure et le comportement des matériaux élaborés par la voie MdP. On s'attache à établir l'influence d'éléments particuliers (Mo, B, Sn) sur les propriétés du matériau. La première étape consiste à établir les caractéristiques microstructurales et chimiques des poudres atomisées par gaz sur la tour d'atomisation de l'ONERA, pour différents alliages. L'étude de l'évolution de la microstructure lors de l'étape SPS est réalisée par nos partenaires, mais en lien étroit avec le doctorant. Dans une seconde étape, l'objectif est de s'intéresser plus particulièrement à l'influence des traitements thermiques post-compaction sur la microstructure et les propriétés mécaniques. La microstructure est caractérisée et quantifiée non seulement en termes de taille de grains, mais également de phases en présence. Différentes techniques sont utilisées : MEB-FEG, EDS, WDS, DRX, DSC… Les caractérisations par MET sont réalisées en collaboration avec le CEMES, au travers de missions à Toulouse. La caractérisation mécanique du matériau massif comprend des essais de compression et de traction à différentes températures, ainsi que des essais de fluage.