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

Vialas, Nadia (2004) Etude de la détérioration par oxydation haute température et interdiffusion de systèmes revêtement/superalliage à base de Nickel. Prévision de durée de vie. (Study of damages and associated mechanisms occurring by high temperature oxidation and interdiffuion on coating/Ni-base superally systems. Lifetime prediction.)

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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. ABSTRACT : To improve gaz turbine performance, it is necessary to identify and well understand failures mechanisms which take place during service. Lifetime predictive models are essential to define engine maintenance and repairs choices. The aim of this work was to study damages and associated mechanisms, occurring by oxidation and interdiffusion, on coating/superalloy systems used for gas turbine blades. Three nickel-base superalloys were studied : CMSX-4, SCB or IN792. They were coated with a platinum modified aluminide coating (RT22 or CN91) or with an overlay coating NiCoCrAlYTa. Oxidation kinetics of these systems were determined using thermogravimetry analyses in the temperature range of 900-1150°C. Long term cyclic oxidation tests (300h cycles), at 900°C and 1050°C, up to 15000h and short term cyclic oxidation tests (1h cycles), at 1050°C in synthetic and moist air, up to 1800h, were performed. Long term cyclic oxidation tests were used to accelerate damaging and provide data for the diffusion model. These tests pointed out the substrate effect on high temperature RT22 or CN91-systems behaviour and the predominant effect of interdiffusion on damaging. Microstructural and chemical systems evolutions were followed and led to improve data to use for the lifetime predictive model. These investigations highlighted the necessity to take into account, in the diffusion model, phase transformations, precipitates which could act as a diffusion barrier and moving interfaces. Finally, the most relevant lifetime criteria was defined to evaluated lifetime duration of studied coating/superalloy systems

Department:Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Monceau, Daniel and Pieraggi, Bernard
Uncontrolled Keywords:Aubes de turbine - Revêtement aluminiure modifié au platine - NiCoCrAlYTa - Superalliage à base de nickel - Oxydation haute température - Interdiffusion - Prévision de durée de vie. KEYWORDS : Gas turbine blades - Platinum modified aluminide coating - Overlay coating - Nickel-base superalloy - High temperature oxidation - Interdiffusion - Lifetime prediction
Subjects:Materials science
Deposited On:02 February 2010

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