Etude de l'oxydation et de l'évolution microstructurale à haute température d'un couple métallo-céramique : Application aux revêtements de barrières thermiques MCrAIY (M=Co et/ou Ni) / zircone yttriée projetés par plasma

Abstract

Ce travail porte sur "l’étude de l’oxydation et de l’évolution microstructurale à haute température des barrières thermiques MCrAlY (M = Co et/ou Ni) / ZrO₂ (7 à 8% en poids de Y₂O₃) déposées par projection plasma". Cette étude a été menée moyennant des techniques métallographiques, thermogravimétrie, diffraction des rayons X, microscopie électronique a balayage et en transmission. Elle a porté sur les poudres d’alliage MCrAlY (M=Co, Ni) et de céramique ZrO₂ alliée à 7-8% en poids de Y₂O₃ avant projection, sur des cermets obtenus par coprojection des poudres d’alliage MCrAlY et de zircone yttriée et sur des barrières thermiques constituées d’une sous-couche de MCrAlY et d’une couche de zircone partiellement stabilisée avec Y₂O₃. Il ressort de cette étude que : - La céramique zircone yttriée, élaborée par un procédé mettant en jeu une hypertrempe, est majoritairement formée d’une phase tétragonale t’. La microstructure de cette phase est caractérisée par un maclage. De plus, la transformation très lente de cette phase à haute température conduit à l’apparition des fins précipités vraisemblablement de phase cubique au sein de la matrice t’. La présence des macles de t’ et la fine précipitation de phase cubique sont successibles d’être corrélés à la bonne ténacité de la zircone yttriée vis-à-vis de la propagation de fissures. - Les poudres et les dépôts plasma d’alliages MCrAlY (M=Co et/ou Ni) présentent, dans l’intervalle de température [850-1250 °C], la même cinétique d’oxydation qui est de type parabolique. L’addition d’aluminium (dans la limite de 10% en poids) présente peu d’influence sur cette cinétique d’oxydation. En revanche, elle varie avec la température. En dessous de 950 °C, cette cinétique est contrôlée par la croissance de Cr₂O₃ ; tandis qu’elle est, pour les températures supérieures à 1000 °C, gouvernée par la croissance de α–Al₂O₃. Par ailleurs, le dépôt de zircone yttriée présente peu d’influence sur la cinétique d’oxydation des dépôts d’alliages MCrAlY. - A l’interface MCrAlY / zircone yttriée, se forme, à 1100 °C pendant 100 h, une couche continue de α–Al₂O₃ par diffusion de l’oxygène à travers le couche de zircone yttriée. Cette couche intermédiaire présente une microstructure tout à fait particulière, colonnaire au contact de l’alliage et équiaxe au contact de la céramique. De plus, cette couche est en relation d’épitaxie avec l’alliage et une grande densité de dislocations est présente dans la matrice métallique directement sous-jacente à cette couche d’alumine, ainsi que quelques précipités d’oxyde interne riche en yttrium. Ces précipités ne manifestent aucune interaction avec l’interface. Par ailleurs, les grains colonnaires de α–Al₂O₃ présentent des facettes bien marquées avec ceux de la phase γ de la matrice métallique. Ainsi, l’aspect facetté de l’interface MCrAlY / α–Al₂O₃ ainsi que la présence de la relation d’orientation entre ces deux phases montrent que l’adhésion de α–Al₂O₃ à MCrAlY s’opère par accolement de leurs réseaux cristallins, plutôt que par l’effet d’ancrage associée aux précipités d’oxydes mixtes d’aluminium et de d’yttrium.