Intergranular oxidation of nickel-based superalloys and austenitic stainless steel 316L

Oxydation intergranulaire des superalliages à base de nickel et de l'acier inoxydable austénitique 316L L'oxydation intergranulaire est un phénomène de dégradation observé dans les alliages polycristallins exposés à des environnements oxydants, où les joints de grains agissent comme des chemins de diffusion rapide et subissent une oxydation préférentielle. Cela peut entraîner une diminution des propriétés mécaniques en favorisant l'amorçage et la propagation de fissures, conduisant à la défaillance prématurée de composants utilisés dans des applications à haute température, telles que l'aéronautique et le nucléaire. Par conséquent, la compréhension et la prédiction de la cinétique de l'oxydation intergranulaire sont essentielles pour évaluer la performance et la durée de vie des alliages. L'objectif de cette thèse de doctorat est de comprendre, modéliser et prédire la nature et la cinétique de l'oxydation intergranulaire dans les superalliages à base de Ni et l'acier inoxydable austénitique 316L. L'un des deux objectifs principaux de la thèse était de démontrer que la cinétique de l'oxydation intergranulaire était parabolique. Le second objectif était de déterminer l'influence de divers paramètres tels que la température, l'atmosphère, la chimie de l'alliage, la microstructure et la contrainte mécanique appliquée sur la constante de vitesse parabolique kpIGO. Pour atteindre ces objectifs, une approche combinant étude bibliographique et expérimentale a été adoptée. Une base de données compilant les profondeur d'oxydation intergranulaire publiées a d'abord été développée pour identifier les corrélations entre le comportement en oxydation et les différents paramètres identifiés (température, composition, nature du gaz, contrainte...). Des expériences ont ensuite été réalisées sur des superalliages à base de Ni (IN718, René 65, René 77 et René 77 issu de L-PBF), des alliages modèles Ni-Cr-Al et l'acier inoxydable 316L sur une large gamme de températures. Pour l'alliage René 65, l'oxydation a également été effectuée sous conditions de fluage afin de déterminer l'effet de la contrainte sur l'oxydation intergranulaire. La caractérisation des échantillons a été effectuée à l'aide de diverses techniques telles que la microscopie électronique à balayage (MEB), la diffraction des rayons X (DRX), la spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDS), la microscopie électronique en transmission (MET) et la diffraction d'électrons rétrodiffusés (EBSD) pour quantifier la croissance de la couche d'oxyde et la pénétration de l'oxydation intergranulaire. Les résultats démontrent que la cinétique suit une loi de croissance parabolique pour les alliages à base de Ni et le 316L, avec kpIGO présentant un comportement d'Arrhenius. Il a été démontré que la chimie de l'alliage, la taille des grains, l'atmosphère et la contrainte mécanique influencent significativement la cinétique de l'oxydation intergranulaire. Sur la base des résultats expérimentaux, en utilisant la théorie de Wagner pour l'oxydation interne adaptée à l'oxydation intergranulaire, les coefficients de diffusion interfaciale de l'oxygène DOint ont été déterminés à partir des kpIGO de ce travail et de la littérature. Les valeurs de DOint obtenues et leurs énergies d'activation sont cohérentes avec la théorie de la diffusion et les données de la littérature. Le modèle obtenu permet ainsi de prédire la cinétique d'oxydation intergranulaire dans les alliages à haute température. Enfin, certaines modifications du modèle proposé par Sanviemvongsak [1] ont été suggérées en fonction de la nature des fronts de diffusion de O et B associés à des effets de la taille des grains, et également à des effets de composition de l'alliage.