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Revêtements aluminium-platine obtenus par dépôt chimique en phase vapeur pour la protection de l'alliage TI6242 contre l'oxydation à des températures inférieures à 600°C

Delmas, Mathieu (2005) Revêtements aluminium-platine obtenus par dépôt chimique en phase vapeur pour la protection de l'alliage TI6242 contre l'oxydation à des températures inférieures à 600°C. (MOCVD processed aluminium-platinum coatings for the protection of TI6242 alloy against oxidation at 600°C.)

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Abstract

L'extension de l'emploi des alliages de titane à des températures plus élevées nécessite leur protection par application d'un revêtement à leur surface. Le projet APROSUTIS a pour objet le développement de tels systèmes. L'application de revêtements composés d'aluminium et de platine à but protecteur a été réalisé par la technique de dépôt chimique en phase vapeur, utilisant des précurseurs métalorganiques. Le couplage de l'élaboration des couches et du criblage des performances par des essais d'oxydation a nécessité la conception d'un réacteur de dépôt original. Les composés métalorganiques Me3(MeCp)Pt, et TIBA et DMEAA on été utilisés pour le dépôt du platine et de l'aluminium, respectivement. Les revêtements ont été élaborés selon deux architectures distinctes, d'une part la superposition d'une couche d'aluminium sur une sous-couche de platine pour former un dépôt séquentiel, d'autre part le dépôt simultané de ces deux éléments pour former un revêtement de composition uniforme. Les dépôts ont été réalisés entre 200°C et 300°C sous des pressions comprises entre 10 torr et 70 torr. La microstructure des ces dépôts a été rendue compacte par l'utilisation de surfactifs. Les essais d'oxydation isotherme, effectués durant 100 h à 600°C, ont mis en évidence que les dépôts séquentiels et co-dépôts utilisant le DMEAA conduisent à la diminution de la cinétique d'oxydation d'un ordre de grandeur. Les morphologies des alumines métastables développées en surface (principalement γ-Al2O3 et χ-Al2O3) sont très variées. Des phénomènes de diffusion lors des essais d'oxydation mènent à la formation d'une zone d'interdiffusion composée majoritairement de Al3Ti, et à l'apparition de nodules riches en platine à l'interface revêtement-zone d'interdiffusion. L'utilisation des revêtements Al-Pt déposés par MOCVD pour la protection des pièces en titane de géométrie complexe dans le domaine de l'aéronautique s'avère prometteuse. La maîtrise et l'optimisation des microstructures obtenues sont cependant nécessaires pour diminuer davantage la cinétique d'oxydation des pièces revêtues. ABSTRACT : Extending the use of titanium alloys to higher temperatures requires the use of protective coatings. The APROSUTIS project aim in developing such systems. Aluminium and platinum coatings deposition were processed by using the chemical vapour deposition technique, involving metal-organic precursors. The simultaneous consideration of the deposition of coatings and the requirement of oxidation tests lead to the design of an original MOCVD reactor. Me3(MeCp)Pt was used as a Pt precursor, TIBA and DMEAA as Al precursors. Coatings were processed in two ways, the sequential one, with an aluminium layer deposited upon a platinum sublayer; the co-deposited one, with simultaneous deposition of the two metals. Deposition temperatures were between 200°C and 350°C, pressure between 10 torr and 70 torr. Coatings with dense, pore-free microstructure were obtained by using surfactant –assisted deposition. Isothermal oxidation tests, performed during 100 h at 600°C, allowed 10 times decrease of the oxidation kinetics of DMEAA processed coatings. Metastable aluminas, mainly composed of γ-Al2O3 and χ-Al2O3, have been developed on the surface,. Diffusion phenomena appeared during oxidation tests, leading to the formation of an interdiffusion zone in the upper part of the alloy, surmounted by Pt-rich nodules. The interdiffusion zone is mainly composed of Al3Ti. The use of MOCVD processed Al-Pt coatings for titanium turbine parts with complex shapes is promising. This work revealed that the optimisation of the coatings microstructures is expected to allow further decreasing the oxidation kinetics of the coated alloys.

Department:Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Vahlas, Constantin
Uncontrolled Keywords:Revêtements – Aluminium – Co-dépôt – Oxydation – Dépôt chimique en phase vapeur – Platine – Titane - Turbine
Subjects:Materials science > Materials deterioration : corrosion, oxidation
Materials science > Coating and surface preparation
Deposited On:12 September 2006

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