Etude de la détérioration par oxydation haute température et interdiffusion de systèmes revêtement/superalliage à base de Nickel. Prévision de durée de vie

Abstract

L'amélioration des performances des turbines à gaz nécessite d'identifier et de comprendre les mécanismes de détérioration qui ont lieu durant leur utilisation. Les modèles de prévision de durée de vie sont des outils indispensables, pour les choix techniques et la définition des politiques de révision et de réparation des moteurs. Ce travail de thèse s'est intéressé à la détérioration, par oxydation et interdiffusion, de systèmes revêtement/superalliage à base de nickel, utilisés pour les aubes de turbine à gaz. Trois superalliages ont été étudiés : CMSX-4, SCB et IN792. Ils sont revêtus par un aluminiure modifié au platine (RT22 ou CN91) ou par un revêtement NiCoCrAlYTa. Les cinétiques d'oxydation de ces systèmes, ont été déterminées par analyses thermogravimétriques entre 900°C et 1150°C. Des essais d'oxydation cyclique « long terme », de 15000h (cycles de 300h) à 900°C et 1050°C, ainsi que des essais d'oxydation cyclique « court terme » de 1800h (cycles de 1h) à 1050°C sous air synthétique et humide, ont été effectués. Les essais « long terme » sont utilisés pour accélérer l'endommagement des systèmes et fournir des données pour la modélisation. Ces essais ont mis en évidence l'effet de la nature du superalliage, sur la résistance des systèmes RT22 ou CN91/superalliage et le rôle majeur de l'interdiffusion sur leur détérioration. Puis, le suivi des évolutions microstructurales et chimiques des systèmes revêtement/superalliage, a permis d'affiner les données à utiliser pour le modèle de prévision de durée de vie, basé sur la diffusion et l'oxydation. Ces investigations ont mis en évidence la nécessité de prendre en compte, dans le modèle de diffusion, les transformations de phases, la présence de précipités qui peuvent agir comme une barrière de diffusion et le déplacement des interfaces. Enfin, le critère de fin de vie le plus pertinent a été déterminé, pour estimer la durée de vie des systèmes revêtement/superalliage étudiés.