Étude de l'oxydation à haute température de dépôts d'alliages Ni (Co) Cr Al réalisés par pulvérisation cathodique : influence des éléments d'addition Y, Hf ou Zr
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Metallic coatings (composition: Ni-23Cr-7A1 and Ni-22Co-23Cr-7Al, weight %, thickness = micrometers) containing Y, Hf or Zr (content: 0 to 2 %) have been deposited by two-target triod sputtering on substrates having similar compositions but without these elements. Oxidation tests at 1100°C (duration: 100 h for isothermal and up to 1000 one-hour cycles for cyclic tests) have shown that: - the addition of Y, Hf or Zr increases the oxidation kinetics of these alloys;- yttrium is more efficient for improving the adhesion of the alumina scales in thermal cyclic conditions, than hafnium or zirconium. According to the observations and analyses (by SEM, XRD, EDS, EPMA) Y, Hf and Zr are present as YAl03, Y3Al5 O12, HfO2 or ZrO2 in the Al2 O3 scale. The microstructure (pores, grain sizes, precipitates) of NiCoCrAl alloys, containing or not Y, has been determined by TEM. Residual stresses in the alumina scale and the alloy have been measured by XRD. The results obtained suggest that the addition of Y, Hf or Zr changes the growth mechanisms in the alumina scale: these elements contained in the alumina increase the oxygen diffusion rate towards the alloy, and new oxides form the scale/alloy interface with less important growth stresses.
Abstract FR:
Des revêtements (épaisseur : 100 µm à base Ni-23Cr-7A1 (% massique) et Ni-22Co-23Cr-7A1 contenant Y, Hf ou Zr (0 à 2%) ont été déposés par pulvérisation triode à deux cibles sur des substrats en alliage de composition voisine, mais ne contenant pas ces éléments. Les essais d'oxydation isotherme (durée : 100 heures) et cyclique (durée : jusqu'à 1000 cycles d'une heure) à 1100°C effectués sur ces alliages montrent que : l'addition d'yttrium, de zirconium ou d'hafnium accélère leur cinétique d'oxydation ; l'yttrium est plus efficace que Hf ou Zr pour améliorer l'adhésion de la couche d'alumine en cyclage thermique. Les observations et analyses (MEB, spectrométrie de rayons X, diffraction de rayons X) ont permis d'identifier les oxydes YA103, Y3Al5O12, HfO2 ou bien ZrO2 (tétragonal) contenus dans l'alumine. Des examens par microscopie électronique en transmission, effectués sur des alliages NiCoCrA1, contenant ou non de l'yttrium, ont mis en évidence des différences de microstructure dans les couches d'alumine formées (porosités, précipités, taille de grains). Par ailleurs, l'analyse par diffraction de rayons X des contraintes résiduelles (à température ambiante) dans l'alumine et dans l'alliage sous-jacent a été mise au point sur un alliage NiCoCrAlY oxydé. L'ensemble des résultats obtenus suggère que l'addition d'Y, Hf ou Zr dans les alliages modifie le mécanisme de croissance de la couche d'alumine : ces éléments, intégrés dans l'alumine sous forme d'oxyde, accélèrent la diffusion de l'oxygène vers l'intérieur, les nouveaux oxydes se forment à l'interface métal-oxyde avec des contraintes de croissance associées plus faibles.