Etude et développement de barrière de diffusion pour les sous-couches de système barrière thermique

A haute temperature, l’interdiffusion entre un superalliage et son revetement protecteur (β-NiAl ou β- NiPtAl) degrade a la fois la protection contre l’oxydation, par modification de la composition chimique du revetement, et la microstructure du superalliage (3ieme et 4ieme generations) par formation de Zones de Reaction Secondaires (SRZ). Le but de cette etude a donc ete (1) de developper des barrieres de diffusion (BD) constituees d’une dense precipitation de phases α-W apres traitement sous vide (BD simple) ou chromisation en phase vapeur (BD enrichie en chrome) (2) de mettre au point une methode pour en etudier l’efficacite. Des mesures de concentration chimique (a partir de cartographies spectrales EDS), couplees a des ajustements des comportements en oxydation cyclique en utilisant le modele « p-kp », et le developpement d’un modele « p-kp-β » ont permis de montrer l’efficacite de la BD selon sa composition et la duree de vieillissement. Pour des longues durees de vieillissement, l’efficacite de la BD se reduit par la dissolution des precipites d’α-W dans les phases y’ et y formees a cause de la degradation des proprietes protectrices du revetement β NiPtAl (augmentation de l’ecaillage de l’oxyde forme et de la cinetique d’oxydation). Plusieurs causes probables de cette degradation ont pu etre determinees, soit dues aux procedes (pollution au soufre) soit liees a la mise en place de la BD : augmentation de la transformation martensitique, enrichissement en tungstene et presence de precipites d’alpha chrome. Enfin, il a ete montre que si l’initiation des SRZ est modifiee par l’ajout de la BD, leur cinetique de propagation ne l’est pas et est essentiellement dependante de la composition de l’alliage. Un modele de propagation des SRZ decrivant les evolutions chimiques locales de part et d’autres de l’interface « SRZ / superalliage » a ete propose. L’ajout de chrome a la BD permet d’inhiber la formation des SRZ, une couche riche en phases TCP remplace alors la SRZ. ABSTRACT : At high temperature, interdiffusion between a superalloy and its protective coating (β-NiAl or β- NiPtAl) degrades the oxidation protection by modifying the chemical composition of the coating. It also degrades the 3rd et 4th generation superalloy microstructure due to the formation of Secondary Reaction Zones (SRZ). As a consequence, the aim of this study was (1) to develop diffusion barriers (DB) composed of a dense precipitation of α-W phases after a thermal treatment under vacuum (simple DB) or a vapour phase chromisation (Cr enriched DB), (2) to develop a method for quantifying the DB efficiency. Chemical concentration measurements (with EDS spectral maps) coupled with the « p-kp » modelling of the cyclic oxidation kinetics, and the development of the model « p-kp-β » have permitted to study DB efficiency as a function of its composition and its high temperature ageing. For long ageing duration, the efficiency of the DB is reduced. Indeed, it is shown that the DB degrades the protection character of the β-NiPtAl by increasing the oxide scale spallation and of its growth kinetic. This, in turns, accelerates the β to y’ and y phases transformation and then increases the α-W precipitates dissolution. Some likely causes of this degradation have been determined, either due to the process (sulphur pollution) or intrinsic of the DB addition (increase of the martensitic transformation, enrichment in tungsten and α-Cr formation in the coating). Finally, it has been proved that DB addition modifies the SRZ initiation but not their propagation kinetic, which only depends on the superalloy local composition. A SRZ propagation model which describes local chemical evolutions on both sides of the « SRZ / superalloy » interface was proposed. The addition of chromium to the DB permits to inhibit the SRZ formation. In this case, a layer rich in TCP platelets replaces the SRZ.