Contribution to the study of corrosion behaviour and microstructure evolution of Ni-Co alloys : a case study of the Ni-20Co alloy used in aeronautic
Contribution à l’étude du comportement en corrosion et des évolutions microstructurales d’alliages Ni-Co : application au cas d’un alliage Ni-20Co utilisé dans l’aéronautique
Résumé
Ni-Co alloys are used in shielding of leading edge of helicopter blades, due to their good corrosion and wear resistance, mechanical strength and magnetic properties. These binary alloys form a solid solution with a face-centered cubic structure when the cobalt content is less than about 70 %. The study materials Ni, Ni-20Co and Ni-50Co were produced by fusion, before undergoing cold rolling deformation, and annealing at 850 °C. They are characterized by a microstructure with a grain size between 5 and 14 µm, a high fraction of Σ3 boundaries, a low stress state and an absence of texture. The observation of the microstructural evolution during annealing made it possible to determine the kinetics of recrystallization and to identify the Cube texture as a limiting factor. The electroformed, nanocrystalline industrial alloy Ni-20Co was also examined, and its grain size was increased to resemble the model material. Corrosion properties were studied in two electrolytes (30 g/L NaCl and 0.5 M H2SO4) to determine the impact of composition and microstructural parameters on corrosion resistance and passivation mechanisms. Potentiodynamic polarization curves showed the passive character of nickel rich samples, and revealed the detrimental influence of cobalt. However, a composition similar to that of the industrial alloy does not significantly degrade the corrosion performance. A high density of grain boundaries, a large fraction of twin boundaries, or a (111) orientation, are identified as beneficial microstructural parameters for corrosion resistance. A higher susceptibility to pitting, due to Cl- ions, is observed for the industrial alloy, certainly related to the electroforming process. Finally, the model materials exhibit an active-passive behaviour, typical of nickel alloys in an acidic medium. Electrochemical impedance spectroscopy and Mott-Schottky tests enable to characterize the electrochemical and semiconductor properties of the passive layers. The different results seem to converge towards a less efficient passivity linked to an increasing fraction of cobalt in solid solution.
Les alliages Ni-Co sont utilisés dans l’industrie aéronautique comme revêtement de bord d’attaque de pales d’hélicoptères, en raison de leur résistance à la corrosion et à l’usure, leurs propriétés mécanique et magnétiques. Ces alliages binaires forment une solution solide de structure cubique à faces centrées lorsque le taux de cobalt est inférieur à environ 70 %. Les matériaux d’étude Ni, Ni-20Co et Ni-50Co ont été élaborés par fusion avant de subir une déformation par laminage à froid, et un recuit à 850 °C. Ils se caractérisent par une microstructure équiaxe dont la taille de grains est entre 5 et 14 µm, une forte proportion de joints Σ3, un faible état de contraintes et une absence de texture. Le suivi de l’évolution microstructurale au cours du recuit a permis de déterminer les cinétiques de recristallisation et d’identifier la texture Cube comme un facteur limitant. En parallèle, l’alliage industriel électroformé et nanocristallin Ni-20Co a été examiné, et sa taille de grains a été augmentée artificiellement pour correspondre à celle du matériau modèle. Les propriétés en corrosion ont été étudiées dans deux électrolytes (NaCl 30 g/L et H2SO4 0.5 M) pour déterminer l’impact de la composition et des paramètres microstructuraux sur la tenue en corrosion et les mécanismes de passivation. Les courbes de polarisation potentiodynamique montrent le caractère passif des échantillons riches nickel, et révèlent l’influence néfaste du cobalt. Toutefois, une composition analogue à celle de l’alliage industriel ne dégrade pas significativement les performances en corrosion. Une forte densité de joints de grains, une fraction importante de joints de macle, ou bien une texture (111), sont identifiés comme des paramètres microstructuraux bénéfiques à la résistance en corrosion. La susceptibilité à la piqûration en NaCl est plus marquée pour l’alliage industriel, certainement en lien avec le processus d’électroformage. Les matériaux modèles présentent enfin un comportement actif-passif, typique des alliages de nickel en milieu acide. Des essais de spectroscopie d’impédance électrochimique et de Mott-Schottky ont permis de caractériser les propriétés électrochimiques et semi-conductrices des couche passives. Les résultats semblent converger vers une passivité moins efficace liée à une fraction croissante de cobalt en solution solide.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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