L'Inconel 617 est un alliage à base de nickel, de chrome et de molybdène et il se positionne comme l'un des matériaux candidats à la réalisation de l'échangeur thermique des Réacteurs à Haute Température (RHT) refroidis par hélium (réacteurs de <i>Génération IV</i>). Le retour d'expériences montre que l'hélium contient des impuretés gazeuses H<sub>2</sub>O, H<sub>2</sub>, CO, CH<sub>4</sub> en quantité réduite (de l'ordre du micro bar), responsables de réactions d'oxydation, de carburation ou de décarburation entre 850°C et 1 000°C. La formation d'une couche d'oxyde protectrice est envisagée pour éviter la dégradation des propriétés mécanique de l'échangeur de chaleur. Dans le cadre de l'analyse des processus d'oxydation de l'Inconel 617, deux axes de recherche sont abordés. L'un est centré sur l'influence de la vapeur d'eau et du monoxyde de carbone et l'autre sur le rôle des éléments mineurs, en occurrence, l'aluminium et le titane. Cette étude spécifique sur le rôle de l'aluminium et du titane fait appel à l'utilisation d'alliages modèles à base de NiCrMoC. Après avoir étudié l'ensemble de ces paramètres sur des essais de 20 heures à 850°C, les résultats sont les suivants. La vapeur d'eau est responsable à plus de 90 % de l'oxydation de l'Inconel 617 et elle inhibe dans certains cas la réaction entre le monoxyde de carbone et l'alliage. La couche d'oxyde formée est à base de chromine (Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) et elle est enrichie en titane et en manganèse. Nous montrons que le dopage de la chromine par le titane favorise la formation d'une couche d'oxyde protectrice. Quant à la présence d'alumine à l'interface métal/oxyde, nous montrons qu'elle ralentit la vitesse de croissance de la couche d'oxyde. Selon la teneur en vapeur d'eau, la croissance de la couche d'oxyde de l'Inconel 617 est décrite soit par un régime cinétique mixte de diffusion et d'interface (pour PH<sub>2</sub>O ≤ 10 μbar), soit par un régime de diffusion pur (pour PH<sub>2</sub>O > 10 μbar). Dans les deux cas, la vitesse de consommation du monoxyde de carbone est modélisée par un processus d'adsorption à la surface de la couche d'oxyde. Cependant, l'intégrité de la couche d'oxyde est compromise lors de l'élévation de la température. Au-delà d'une température critique, notée TA, nous observons la destruction de la couche d'oxyde. Nous montrons que la réaction de destruction qui se déroule à l'interface métal/oxyde met en jeu le carbone de l'alliage et la chromine pour produire du chrome dont une partie s'évapore et un dégagement de monoxyde de carbone. Sur la base de nos résultats, nous proposons un modèle cinétique.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:CCSD/oai:tel.archives-ouvertes.fr:tel-00992077 |
| Date | 28 September 2009 |
| Creators | Chapovaloff, Jérôme |
| Publisher | Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne |
| Source Sets | CCSD theses-EN-ligne, France |
| Language | fra |
| Detected Language | French |
| Type | PhD thesis |
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