Impact des paramètres d'oxydation thermique sur le micro

Nov 25, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 11249 (2023) Citer cet article

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Détails des métriques

Les couches d'oxyde protectrices sur l'alliage Ti-6Al-3Mo-2Nb-2Sn-2Zr-1.5Cr (TC21) à microstructure équiaxe influencent considérablement la micro-dureté et la résistance à la corrosion à chaud. L'oxydation thermique de l'alliage TC21 dans le cadre du présent travail a été réalisée à 600, 700 et 800 °C pendant des durées de 5, 20 et 50 h. Des méthodes de corrosion à chaud dans des milieux salins NaCl et NaCl + Na2SO4 ont été appliquées à des échantillons bruts (non oxydés) et oxydés à 600 et 800 °C pendant 50 h. La corrosion à chaud a été réalisée à 600 °C pendant 5 cycles avec des étapes de 10 heures. La meilleure épaisseur de couche d’oxyde a été observée à 800 °C, qui a augmenté avec l’augmentation du temps et de la température d’oxydation. La dureté superficielle de la couche d'oxyde à 800 °C était de 900 ± 60 HV0,05 en raison de la formation de phases TiO2 et Al2O3. La dureté de la matière première était de 342 ± 20 HV0,05, multipliée par trois en raison de l'oxydation thermique. Dans le cas du NaCl, la perte de poids a dominé tous les échantillons sauf à 800 °C pendant 5 h. Dans le cas de NaCl + Na2SO4, un gain de poids s'est produit à 600 et 800 °C pendant 5 h. Une perte de poids s'est produite pour les échantillons bruts et ceux traités à 800 °C pendant 20 et 50 h, où la couche d'oxyde s'est écaillée. La dureté de surface a augmenté lors des tests de corrosion à chaud en raison de la formation de phases fragiles, telles que TiO2 et Na4Ti5O12. Les échantillons oxydés à 800 °C pendant 5 h présentaient la dureté et la résistance à la corrosion les plus élevées.

Le titane est un alliage non magnétique de faible densité (60 % de la densité de l’acier inoxydable) doté de caractéristiques de conductivité thermique exceptionnelles. Les alliages de titane sont largement utilisés dans de nombreuses applications telles que l'aviation, l'industrie chimique1,2,3, la pétrochimie4, la pharmacie5,6, les industries biomédicales, les mines7,8, la production nucléaire et énergétique, la géothermie, le dessalement, les échangeurs de chaleur9, etc. Les propriétés du titane les alliages sont affectés par divers facteurs, notamment l'alliage et la microstructure10,11,12. Ces alliages ont de bonnes propriétés telles que la résistance, la ténacité, la fatigue, la corrosion et la stabilité thermique. Cependant, la microstructure est un facteur majeur affectant les propriétés mécaniques. Les phases importantes des alliages de titane sont la phase α, à structure hexagonale compacte (HCP), et la phase β, cubique centrée sur le corps (BCC). Les alliages α-β sont les alliages de titane les plus utilisés. De nombreuses microstructures d'alliages de titane sont formées, telles que lamellaires, équiaxes et bimodales. La microstructure peut être modifiée en utilisant différents régimes de traitement thermique et différents fluides de refroidissement. Les paramètres microstructuraux comprennent la morphologie, la taille des grains, la fraction volumique et la distribution de phase13,14.

Généralement, la microstructure équiaxe offre une bonne résistance, une ductilité élevée et une résistance élevée à la fatigue15,16,17. Les caractéristiques mécaniques constituent le facteur de performance le plus important pour les applications du titane telles que les aubes mobiles et fixes des turbines à gaz. La biocompatibilité est l’élément le plus crucial en médecine, comme les implants dentaires et les structures osseuses. La corrosion est la propriété la plus importante dans le secteur pétrolier, comme les tubes de transmission des fluides. Ainsi, l’exigence la plus cruciale dans le secteur industriel est la résistance à la corrosion. Étant donné que les alliages de titane sont exposés à la corrosion, l’oxygène peut pénétrer profondément à travers le substrat métallique pour créer une zone de dissolution de l’oxygène, ce qui rend la zone affectée plus cassante18,19,20. Les alliages de titane subissent une corrosion à chaud dans l’environnement maritime et une oxydation rapide supérieure à 400 °C dans des environnements contenant de l’oxygène21. Dans les environnements acides oxydants et chlorure neutre, les alliages de titane démontrent une plus grande résistance à la corrosion que l’acier inoxydable. Grâce à un film d'oxyde durable et protecteur dont la nature est fortement influencée par les variables environnementales ; le titane résiste à la corrosion. Lorsque le titane est exposé à des conditions aqueuses, l’oxyde protecteur se développe instantanément à la surface1,22,23,24. Les couches d'oxyde qui se forment à la surface des alliages de titane continuent de résister à la corrosion générale et localisée dans la majorité des environnements oxydants et neutres sans nécessiter d'inhibiteurs de corrosion tels que les alliages ferreux et d'aluminium, alors qu'elles sont exposées à des milieux réducteurs25, 26.