Étude des mécanismes d'oxydation à haute température de la phase MAX Ti2AlC - relation microstructure et résistance à l'oxydation - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

High temperature oxidation study of Ti2AlC MAX phase – microstructure and oxidation resistance relationship

Étude des mécanismes d'oxydation à haute température de la phase MAX Ti2AlC - relation microstructure et résistance à l'oxydation

Résumé

Nowadays, new structural materials with high oxidation resistance at high temperature have been designed in order to cope with technical and environmental challenges in aeronautic sector. In this context, low density MAX phases that contain Al on A site deserve to be considered. Although oxidation behavior of these materials are contested, they are described as alumina-forming phases leading to form a passivating and adhesive Al2O3 layer at high temperature. This thesis deals on the study of the MAX phase Ti2AlC oxidation behavior in relationship with its microstructure. MAX phases with optimized purity and density are produced by powder metallurgy under two different processes. Ti2AlC samples with no-equiaxed grains (length 3 to 110 µm and width 1 to 30 µm) have been produced using Hot Isostatic Pressing technique. Samples elaborate by indirect process - natural powder sintering to produced Ti2AlC powder, sequential grinding and densification by spark plasma sintering – exhibit fine equiaxed grains (less than 5 µm). Oxidation tests under dry air between 1000°C and 1300°C during 100 h have shown a bad oxidation resistance on coarse grained samples and a good oxidation resistance on fine grained samples. Oxidation kinetic for fine grained samples is cubic and oxidation occurs by internal oxygen diffusion through alumina grain boundaries. Aluminum rich TixAly impurities lead the formation of Al2O3. Porosity tends to form TiO2. Ti2AlC MAX phase oxidation strength optimization needs to have a fine-grained pure microstructure or with aluminum rich impurities and as dense as possible.
De nos jours, de nouveaux matériaux structuraux présentant une bonne résistance à l’oxydation à haute température sont développés pour répondre aux défis techniques et environnementaux du secteur aéronautique. Les phases MAX de faible masse volumique, présentant de l’Al sur le site A, méritent d’être considérées. Bien que leur comportement en oxydation soit controversé, celles-ci sont en général décrites comme des phases alumino-formeuses conduisant à la formation d’une couche passivante et adhérente d’Al2O3 à haute température. Cette thèse porte sur l’étude du comportement en oxydation de la phase Ti2AlC en relation avec sa microstructure. Pour cela, la phase MAX à pureté et densité optimisées est élaborée par métallurgie des poudres selon deux voies de synthèse distinctes. Des échantillons de Ti2AlC avec de gros grains non équiaxes (longueur comprise entre 3 et 110 µm et largeur comprise entre 1 et 30 µm) sont synthétisés par compression isostatique à chaud. Les échantillons élaborés selon la voie indirecte - frittage naturel pour produire la phase 211, broyage séquentiel et densification par frittage flash - présentent des grains équiaxes de petite taille (inférieure à 5 µm). Les essais d’oxydation, réalisés sous air sec entre 1000°C et 1300°C pendant 100h, ont mis en évidence une mauvaise résistance à l’oxydation pour les échantillons à gros grains et une bonne résistance à l’oxydation pour les échantillons à grains fins. Dans le cas des échantillons à grains fins, la cinétique d’oxydation est cubique et l’oxydation est régie par la diffusion interne de l’oxygène à travers les joints de grains d’alumine. Les impuretés de TixAly riches en aluminium sont favorables à une oxydation passivante associée à la formation d’Al2O3. A l’aplomb des porosités se forme du TiO2 non protecteur. Pour optimiser la résistance à l’oxydation, la phase MAX Ti2AlC doit donc être dense et comporter des grains fins, et si impuretés il y a, celles-ci doivent être riches en aluminium.
Fichier principal
Vignette du fichier
2020-LEVRAUT-Bertrand-These.pdf (17.71 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03542556 , version 1 (25-01-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03542556 , version 1

Citer

Bertrand Levraut. Étude des mécanismes d'oxydation à haute température de la phase MAX Ti2AlC - relation microstructure et résistance à l'oxydation. Matériaux. Université de Poitiers, 2020. Français. ⟨NNT : 2020POIT2268⟩. ⟨tel-03542556⟩
110 Consultations
18 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More