Elaboration, caractérisation et tenue à l'oxydation d'intermétalliques du systèmes Nb-Si-B

Pour permettre de sortir de l évolution asymptotique des performances des turbines aéronautiques actuelles, les motoristes sont à la recherche de matériaux innovants permettant d améliorer le rapport rendement/poids des moteurs. A ce titre, les intermétalliques sont des matériaux prometteurs par rapport aux superalliages à base de nickel généralement utilisés du fait notamment de leur résistance à l oxydation à hautes températures, dans un environnement sévère. Ainsi, la phase T2 (Mo5Si2B) du système Mo-Si-B a montré d excellentes propriétés en raison de la présence d une couche protectrice superficielle de borosilicate. Cette étude porte sur le système Nb-Si-B qui présente également une phase T2 (composition Nb5Si(3-x)Bx, 0 <= x <= 2) pouvant présenter un intérêt comme celle du système Mo-Si-B. Les investigations portent sur le comportement, vis-à-vis de l oxydation sèche (nature, stabilité, croissance des oxydes) de trois intermétalliques : la phase T2 (Nb5Si2B), la phase D88 (Nb5Si3B) et un alliage biphasé (Nbsolution solide + T2), dans la gamme de températures 300-1300 C. Ces alliages ont été élaborés par fusion-homogénéisation et par Spark Plasma Sintering (SPS). Les résultats obtenus montrent que la présence de Nbsolution solide est catastrophique pour la tenue à l oxydation, elle entraîne une destruction de l alliage même à basse température. En revanche la structure biphasée (T2 + D88) obtenue par SPS est prometteuse bien que la croissance superficielle de borosilicates ou de silice, protecteurs, n ait pas été mise en évidence. La principale difficulté rencontrée dans cette étude découle de l élaboration de ces alliages. Les techniques mises en œuvre ne permettent pas d obtenir des alliages aux propriétés physico-chimiques satisfaisantes (alliages hétérogènes, présentant de nombreux défauts porosités, microfissures...) ce qui les rend plus sensibles à l oxydation. La mise en forme par cryobroyage semble être une voie possible pour obtenir des alliages de meilleure qualité.To escape from the asymptotic performance evolution of aircraft turbine engine, jet engine manufacturers have to develop innovative materials, able to enhance the gas turbine efficiency. Among them, intermetallics appear to be very promising materials. They provide superior protection against high temperature oxidation, as well as oxidation compared to the nickel-based superalloys usually used. For example, the T2 phase (Mo5Si2B) in the Mo-Si-B system is very resistant against the ravages of high temperature because of the growth of a protective superficial borosilicate layer. Like Mo5Si2B, the phase T2 (Nb5Si2B) in the system Nb-Si-B may also present a great interest for high temperature applications. In this work the oxidation behaviour of the following intermetallics: phaseT2 (Nb5Si3B), phase D88, and alloy (Nb solid solution+T2) in the range of temperatures 300-1300 C has been investigated. The composition of the oxide superficial layer, the thermal stability and growth kinetics has been studied as a function of the process used to prepare the alloys: SPS (Spark Plasma Sintering) and melting-homogenization process. It has been shown that Nb solution solide is an undesirable phase since it exhibits a very powerful resistance to the oxidation even at low temperature. On the contrary, the structure obtained by the SPS process (T2+D88) is a very interesting one though the superficial protective layer (borosilicate or silica) has not been yet identified. The embrittlement from oxygen observed for the intermetallic studied arises partly from the method of production. Processes used lead to heterogeneous intermetallic alloys with a great quantity of defects like porosities and cracks. A new intermetallic processing route, the cryo-milling, seems to be a promising way to obtain reliable intermetallics.LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF