Etude de l'interdiffusion dans les revêtements protecteurs à haute température
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This study aims at understanding interdiffusion phenomena in high temperature protective coatings. Since real systems are complex we have worked on model systems B2-NiAl, B2-Ni-Pt-Al and B2-Ni-Pd-Al. For these systems diffusion couples have been assembled. An original method for calculating composition-dependent interdiffusion coefficients along a diffusion path in ternary systems has been proposed. In B2-NiAl the experimental activation energy for diffusion is maximum at the composition Ni50. 2Al49. 8 and it decreases when moving away from it. Simulations have made possible to calculate the effective formation energies of defects and the migration energy associated with various diffusion mechanisms including one that we proposed. Diffusion mechanisms were selected, their activation energies are in good agreement with the experimental one. In B2-Ni-Pt-Al and B2-Ni-Pd-Al the Al direct interdiffusion coefficient increases when increasing Pt or Pd content; Pt or Pd gradient does not influence Al diffusion; Pt or Pd diffusion is not influenced by the Al gradient in Al-poor alloys but it is slowed down in Al-rich alloys if the sign of Pt or Pd gradient is the same as the one of Al gradient. These results have been correlated with the most-likely mechanisms in B2-NiAl. Isothermal oxidation of alloys B2-NiAl, B2-Ni-Pt-Al and B2-Ni-Pd-Al have been simulated showing the necessity of a diffusion barrier. An explanation has been suggested for the cavity formation at the metal-oxyde interface which takes into account both defects and diffusion mechanisms in these materials. From the results obtained with the diffusion couples a diffusion barrier in real systems has been suggested.
Abstract FR:
Cette étude a pour but de mieux comprendre les phénomènes d'interdiffusion dans les revêtements protecteurs à haute température. La complexité des systèmes réels la rend difficile et nous avons travaillé sur des systèmes modèles B2-NiAl, B2-Ni-Pt-Al et B2-Ni-Pd-Al. Une méthode originale a été proposée pour calculer les coefficients d'interdiffusion fonction de la composition sur tout un chemin de diffusion dans les systèmes ternaires. Dans NiAl l'énergie d'activation expérimentale de la diffusion est maximum pour la composition Ni50,2Al49,8 , elle décroît lorsqu'on s'en éloigne. Des simulations ont permis de calculer les énergies de : formation des défauts ; migration de divers mécanismes de diffusion, dont un que nous avons proposé. Un choix de mécanismes a été fait, leurs énergies d'activation sont en bon accord avec l'énergie expérimentale. Dans les ternaires, le coefficient d'interdiffusion de Al croît lorsque la concentration en Pt ou Pd croît. Le gradient de Pt ou Pd n'influence pas la diffusion de Al. Le gradient de Al n'influence pas la diffusion de Pt ou de Pt dans les alliages pauvres en Al mais il la ralentit dans les alliages riches si le gradient de Al, Pt ou Pd sont de même signe. Ceci a été corrélé aux mécanismes de diffusion probables dans NiAl. L'oxydation isotherme d'alliages NiAl, Ni-Pt-Al et Ni-Pd-Al a été simulée, montrant l'intérêt d'interposer une barrière de diffusion entre substrat et revêtement. Une explication reliant la formation de cavités à l'interface métal-oxyde aux défauts structurels et aux mécanismes de diffusion dans NiAl a été proposée. A partir des couples de diffusion une barrière de diffusion a été proposée pour les systèmes réels