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Theses Year : 2009

Étude du comportement en oxydation de nouveaux revêtements en aluminiure de nickel dopé au zirconium. Application aux barrières thermiques

Sarah Hamadi
  • Function : Author

Abstract

Aeronautical turbine blades are used in an extreme environment. Indeed, they are located at the combustion chamber exit and are then exposed to hot oxidising gases. They are made of a nickel based superalloy protected either with an alumina-forming coating, or with a thermal barrier system. In this system, the superalloy is protected thanks to an alumina-forming bondcoat and a yttria partially stabilised zirconia insulating layer. When exposed to the combustion gases, a protective alumina layer grows on top of the nickel aluminides. The industrial system involves a platinum modified NiAl that improves the adhesion of the thermally grown oxide. But the processing costs are to be reduced. The reactive elements (including Zr) are known to improve the alumina adhesion on the nickel aluminides, but the mechanisms involved in Zr-doped coating are still to be investigated. This study has been mainly focused on the NiAl and NiAl(Zr) coatings. We noticed that the zirconium is mobile in the whole system, it delays the coating ageing and avoid the presence of cavities at the metal/thermally (1100°C) grown oxide interface. We performed experiments to understand the role of zirconium on the cyclic oxidation resistance and they revealed that this doping element mainly modifies the first stages of oxidation by favouring the formation of alpha alumina. This influence of Zr on the short-time oxidation doubles the lifetime of the systems exposed to cyclic oxidation at 1100°C. Some experiments using NiAl(Zr) as a bondcoat in the thermal barrier system are also reported.
Les aubes de turbine aéronautique fonctionnent dans des conditions extrêmes, car exposées en sortie de chambre de combustion à des gaz oxydants à très haute température. Elles sont constituées d'un superalliage à base de nickel, protégé soit par un revêtement simple aluminoformeur, soit par un système barrière thermique, le superalliage étant alors revêtu d'une couche de liaison aluminoformeuse et d'une couche isolante en zircone yttriée. En service, une couche d'alumine protectrice se développe en surface des aluminiures de nickel. L'utilisation actuelle d'un NiAl modifié au platine améliore l'adhérence de l'oxyde développé thermiquement sur le métal, mais son élaboration est coûteuse. Les éléments réactifs (dont Zr) sont connus pour améliorer l'adhérence de l'alumine sur les aluminiures de nickel, mais leurs mécanismes d'action dans le cas de revêtements restent à déterminer. Cette étude a été principalement menée sur des revêtements simples NiAl et NiAl(Zr). Nous avons constaté que le zirconium est très mobile dans l'ensemble du système, qu'il retarde le vieillissement du revêtement à 1100°C et évite la présence de cavités à l'interface métal / oxyde. Les travaux entrepris pour comprendre le rôle du zirconium sur la résistance en cyclage thermique ont révélé que ce dopant agit principalement aux premiers stades d'oxydation, en anticipant la formation d'alumine stable alpha. Cette influence du zirconium sur les temps courts d'oxydation permet de doubler la durée de vie du système en oxydation cyclique à 1100°C. Des éléments de comparaison de systèmes barrière thermique complets, comprenant une couche de liaison dopée ou non au zirconium, sont également proposés.
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Dates and versions

pastel-00006150 , version 1 (16-06-2010)

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  • HAL Id : pastel-00006150 , version 1

Cite

Sarah Hamadi. Étude du comportement en oxydation de nouveaux revêtements en aluminiure de nickel dopé au zirconium. Application aux barrières thermiques. Chemical Sciences. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00006150⟩
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