Quantification de la cinétique d'oxydation cyclique d'alliage alumino-formeur : modélisation Monte Carlo de l'écaillage et mise au point d'un nouvel appareil de thermogravimétrie cyclique.

Abstract

Afin d'améliorer les performances des turbines à gaz, par exemple, il est nécessaire de comprendre les mécanismes de détérioration qui ont lieu pendant leur utilisation. Certaines pièces mécaniques constituant ces turbines, telles que les aubes, sont soumises à des chargements mécaniques et thermiques cycliques. Les matériaux utilisés sont des superalliages à base nickel, car leurs propriétés mécaniques leur permettent de résister aux chargements mécaniques. Cependant, elles ne leur permettent pas de résister aux chargements thermiques, c'est pourquoi ces matériaux sont revêtus avec des alliages alumino-formeurs à base de NiPtAl. Ces revêtements ont une faible cinétique d'oxydation à haute température et forment un oxyde protecteur, très adhérent qui s'écaille peu. Pour caractériser le comportement de ces matériaux et comparer leurs performances, des essais d'oxydation cyclique et isotherme doivent être effectués dans des conditions proches de celles d'utilisation. De plus, de façon à pouvoir classer ces revêtements en fonction de leur utilisation, deux paramètres, la cinétique d'oxydation parabolique et la probabilité d'écaillage, déterminés par simulation numérique, sont utilisés. Les travaux de thèse présentés ici sont consacrés dans un premier temps au développement d'un nouvel appareillage de thermogravimétrie permettant de mesurer de façon continue la masse avec des vitesses de chauffe et de refroidissement rapide. Le montage et la qualification de l'appareil constituent la première étape des travaux. En parallèle, deux monocristaux massifs de NiPtAl, avec des teneurs en soufre différentes, ont été testés à 1150°C sous air synthétique en oxydation isotherme et cyclique. Enfin, nous nous sommes intéressés à la simulation numérique de l'oxydation cyclique basée sur une approche Monté Carlo. Ce modèle permet de déterminer de manière automatique la cinétique d'oxydation et la probabilité d'écaillage à chaque cycle à partir des courbes expérimentales. En comparant les résultats numériques et expérimentaux obtenus sur un alliage modèle (pour le NiPtAl à 1150°C l'oxyde formé est alumine alpha) nous allons pouvoir vérifier la validité de notre modèle.