Thèse en cours

Durabilité d'un alliage de titane nitruré en milieu primaire de réacteur à eau pressurisée : couplages entre mécanique, hydrogène et corrosion
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Auteur / Autrice : Cyriac Christophe
Direction : Yves WoutersLaurence Latu-Romain
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : 2MGE - Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
Date : Inscription en doctorat le 20/10/2021
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés

Résumé

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En raison de leurs bonnes propriétés mécaniques et de leur bonne résistance à la corrosion, les alliages de titane sont largement utilisés dans différents secteurs industriels. Cependant, pour certaines applications, la résistance à l'usure par frottement des pièces structurelles en alliages de titane à l'état brut ne répond pas aux exigences de durabilité en cours d'utilisation. De telles pièces sont donc nitrurées en surface afin de modifier à la fois la composition chimique et la microstructure de l'alliage au voisinage de la surface afin d'améliorer leurs propriétés. L'objectif de ce travail de thèse est d'identifier l'effet de ce revêtement de nitrure sur la durabilité de l'alliage TA6V (Ti-6Al-4V) exposé à l'eau sous pression (à 300 °C et 150 bars). L'exposition des matériaux à cet environnement particulier pendant de longues périodes est susceptible de conduire à la dégradation de leurs propriétés par corrosion, tribocorrosion, corrosion sous contrainte ou fragilisation par l'hydrogène, ce qui nécessiterait le remplacement prématuré des pièces structurelles. Dans ce contexte, deux premières études (thèse de Q. Bignon - soutenue en 2018 - et thèse de S. Selva à soutenir en 2021) ont permis d'identifier les mécanismes et de quantifier la cinétique de corrosion de plusieurs alliages de titane non-nitrurés en fonction du pH, de la température et de la vitesse du fluide. La quantité d'hydrogène absorbée par ces alliages lors de leur exposition a également été mesurée et le risque de fragilisation par les hydrures formés a été évalué. La thèse proposée s'articule autour des deux thèmes suivants : - Déterminer et modéliser l'effet du traitement de nitruration sur les mécanismes et la cinétique de corrosion et d'absorption d'hydrogène du TA6V à partir de la caractérisation d'échantillons exposés dans un environnement primaire représentatif par pesée, MEB, TEM, SDL, Raman, SIMS et dosage de l'hydrogène en particulier. - quantifier la résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte et à la fissuration induite par précipitation d'hydrure du TA6V nitruré et non nitruré et identifier les mécanismes associés d'initiation et de propagation des fissures. Ceux-ci seront évalués au moyen d'essais mécaniques dans un environnement primaire représentatif et d'une caractérisation par MEB et TEM notamment. Ce sujet de thèse pluridisciplinaire permettra au doctorant d'acquérir une expertise en sciences des matériaux, métallurgie, diffusion et cinétique hétérogène ainsi que la maîtrise de nombreuses techniques expérimentales. Le doctorant sera amené à établir de multiples collaborations au sein du CEA et avec des laboratoires universitaires. Les compétences acquises au cours de cette thèse ouvrent des perspectives vers le secteur académique et divers secteurs industriels liés (ou non) aux alliages de titane et à l'hydrogène (aéronautique, énergie, médical...).