REVÊTEMENTS ALUMINIUM-PLATINE OBTENUS PAR DEPOT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR POUR LA PROTECTION DE L'ALLIAGE Ti6242 CONTRE L'OXYDATION À DES TEMPERATURES INFERIEURES À 600°C

Mathieu Delmas

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8

• redaction

N° d'ordre : 2281 Thèse présentée pour obtenir LE TITRE DE DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE École doctorale : Matériaux-Structures-Mécanique Spécialité : Science et Génie des Matériaux Par M. Mathieu DELMAS Titre de la thèse: REVÊTEMENTS ALUMINIUM-PLATINE OBTENUS PAR DEPOT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR POUR LA PROTECTION DE L'ALLIAGE Ti6242 CONTRE L'OXYDATION À DES TEMPERATURES INFERIEURES À 600°C Soutenue le 10 novembre 2005 devant le jury composé de : Mme BERGMAN Claire Rapporteur Mme BLANQUET-NICOLAS Elisabeth Rapporteur M. COUJOU Armand Membre M. CRABOS Fabrice Membre M. PIERAGGI Bernard Membre Mme POQUILLON Dominique Membre invité M. VAHLAS Constantin Directeur de thèse

• revêtement


• gratitude


• essais d'oxydation


• protection de l'alliage ti6242 contre l'oxydation


• couche d'aluminium


• entière gratitude


• deposition technique


• dépôt

Sujets

• Redaction
• Institut de France
• Toulouse
• René Crabos
• Armand
• Humbert
• Gleize
• Delmas

Informations

• Publié par: profil-feym-2012
• Publié le: 01 novembre 2005
• Nombre de lectures: 111
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

N° d’ordre : 2281
Thèse
présentée
pour obtenir
LE TITRE DE DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE
TOULOUSE
École doctorale : Matériaux-Structures-Mécanique
Spécialité : Science et Génie des Matériaux
Par M. Mathieu DELMAS
Titre de la thèse: REVÊTEMENTS ALUMINIUM-PLATINE OBTENUS PAR
DEPOT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR POUR LA
PROTECTION DE L'ALLIAGE Ti6242 CONTRE
L'OXYDATION À DES TEMPERATURES INFERIEURES À
600°C
Soutenue le 10 novembre 2005 devant le jury composé de :
Mme BERGMAN Claire RapporteurBLANQUET-NICOLAS Elisabeth Rapporteur
M. COUJOU Armand Membre
M. CRABOS Fabrice Membre
M. PIERAGGI Bernard Membre
Mme POQUILLON Dominique Membre invité
M. VAHLAS Constantin Directeur de thèseRemerciements

Cet opuscule serait incomplet si je ne remerciais pas tous ceux qui y ont pris part,
quelle que soit leur implication. En effet, si j’ai écrit l’essentiel de ces pages, nombreux sont
ceux qui y ont apporté leurs correction, ou simplement leur amicale influence. Qu’ils trouvent
ici l’expression de ma gratitude.

Tout d’abord, je tiens à remercier les rapporteurs de mon manuscrit, Claire Bergman
du Laboratoire de matériaux et microélectronique de Provence, et Elisabeth Blanquet-Nicolas,
du Laboratoire de Physico-Chimie Métallurgie de Grenoble. Je leur suis reconnaissant de
leurs remarques avisées et de l’intérêt qu’elles ont porté à ce travail.

Je remercie Bernard Pieraggi, professeur à l’ENSIACET, d’avoir accepté de présider
le jury lors de ma soutenance.

J’adresse également mes plus vifs remerciements à Armand Coujou, professeur de
l’UPS au CEMES à Toulouse et coordinateur du programme APROSUTIS, et à Fabrice
Crabos, ingénieur de la société Turboméca, pour leur participation au jury de thèse et leur
intérêt manifeste pour ces travaux.

Un grand merci à Dominique Poquillon, maître de conférence à l’Institut National
Polytechnique de Toulouse, pour avoir participé au jury de thèse, mais surtout pour son
dynamisme, sa bonne humeur, ses conseils toujours pertinents et son aide lors de la rédaction
de ce manuscrit.

Merci également à Francis Maury, directeur de recherches CNRS et directeur du
CIRIMAT, pour l’accueil qui m’a été réservé dans son laboratoire, et pour ses conseils
éclairés sur l’après-thèse.

Enfin, ma reconnaissance va également à mon directeur de thèse, Constantin Vahlas,
directeur de recherches CNRS au CIRIMAT, pour son aide au long de ces trois années de
travail commun. Ses conseils avertis dans bien des domaines m’ont permis de progresser, et
d’élargir mon champ de vision du travail de chercheur.

Pour leur compétence et leur grande gentillesse, je tiens à remercier tous ceux qui
m’ont donné accès aux techniques d’analyse sans lesquelles ce travail se réduirait à bien peu
de choses : Djar Oqab pour le MEB et l’EDS, Claude Armand pour le SIMS, Philippe de
Parseval pour le microsonde de Castaing, Yolande Kihn pour le MET et l’EELS, et enfin
Vincent Baylac pour la profilométrie.

Pour leur disponibilité et leur diligence, j’exprimerai ici aussi ma gratitude aux
techniciens sans qui l’avancement des travaux ne serait pas aussi aisé : Jacques Crestou pour
les préparations MET, Yannick Thebault pour le MEB, Gilles Humbert pour le support
technique « lourd ».

Pour m’avoir accueilli durant un mois dans son laboratoire, je remercie Michel Pons
directeur du Laboratoire de Physico-Chimie Métallurgie de Grenoble, ainsi que Magali Ucar,
ingénieur de la société NOVASiC.

Un chapitre de thèse entier serait nécessaire à remercier en détail tous les collègues et
amis du laboratoire… Aussi je n’en ferai ici qu’un bref résumé.

Pour ses conseils pertinents et m’avoir souvent fait partager sa vaste expérience, merci
à Françoise Senocq.

Pour sa gentillesse, sa collaboration, sa vision claire pour la correction de ma
soutenance, J’exprime mon entière gratitude à Corinne Dufaure.

Pour son aide de tous les instants, son ingéniosité, sa culture cinématographique en
général, et des années 80 en particulier, merci à Daniel Sadowski, notre technicien d’élite.

Que la gentillesse et la lumineuse bonne humeur de Diane Samélor trouvent ici les
remerciements adéquats.

Pour les discussions scientifiques de haut vol (et les autres), pour son entrain, sa verve
vindicative et colorée, pour être rapidement devenue une amie chère, merci à Aurélia Douard.

La liste pourrait se perpétuer longtemps encore, mais je remercierai dans le désordre et
d’un seul élan, Dan Duminica, Magda Sovar, Christos Sarantopoulos, Christos Christoglou,
Urmila Patil, Alain Gleizes, Frédéric Cabanes, Jean-Baptiste Deschamps, Raluca Voicu et
Cyrille Gasquères.

Je n’oublie pas ici tous ceux qui ont constitué ma vie hors du laboratoire ces trois
années durant, et dont l’influence est loin d’être négligeable. Pascal au premier chef, mais
aussi mes parents et grand-parents, et tous mes amis : Alain, les Laurent, Gérard, Stéphane et
Fabienne, Jean-Claude, Florent, Nicolas et Myriam, Gwenaëlle, Axelle et Yvan, Muriel,
Michaël, Martin, Pascal, Laëtitia… Et bien d’autres encore. Merci à vous, mes amis, pour tout
ce que vous avez su m’apporter, au bons moments, aux aventures vécues ensemble… Et aux
aventures à venir ! Car que cette thèse soit la fin du début ou du début de la fin, nous avons
encore bien des choses à vivre ensemble ! Résumé

L’extension de l’emploi des alliages de titane à des températures plus élevées nécessite leur
protection par application d’un revêtement à leur surface. Le projet APROSUTIS a pour objet le
développement de tels systèmes. L’application de revêtements composés d’aluminium et de platine à
but protecteur a été réalisé par la technique de dépôt chimique en phase vapeur, utilisant des
précurseurs métalorganiques. Le couplage de l’élaboration des couches et du criblage des
performances par des essais d’oxydation a nécessité la conception d’un réacteur de dépôt original. Les
composés métalorganiques Me (MeCp)Pt, et TIBA et DMEAA on été utilisés pour le dépôt du platine 3
et de l’aluminium, respectivement. Les revêtements ont été élaborés selon deux architectures
distinctes, d’une part la superposition d’une couche d’aluminium sur une sous-couche de platine pour
former un dépôt séquentiel, d’autre part le dépôt simultané de ces deux éléments pour former un
revêtement de composition uniforme. Les dépôts ont été réalisés entre 200°C et 300°C sous des
pressions comprises entre 10 torr et 70 torr. La microstructure des ces dépôts a été rendue compacte
par l’utilisation de surfactifs.
Les essais d’oxydation isotherme, effectués durant 100 h à 600°C, ont mis en évidence que les
dépôts séquentiels et co-dépôts utilisant le DMEAA conduisent à la diminution de la cinétique
d’oxydation d’un ordre de grandeur. Les morphologies des alumines métastables développées en
surface (principalement γ-Al O et χ-Al O ) sont très variées. Des phénomènes de diffusion lors des 2 3 2 3
essais d’oxydation mènent à la formation d’une zone d’interdiffusion composée majoritairement de
Al Ti, et à l’apparition de nodules riches en platine à l’interface revêtement-zone d’interdiffusion. 3
L’utilisation des revêtements Al-Pt déposés par MOCVD pour la protection des pièces en titane de
géométrie complexe dans le domaine de l’aéronautique s’avère prometteuse. La maîtrise et
l’optimisation des microstructures obtenues sont cependant nécessaires pour diminuer davantage la
cinétique d’oxydation des pièces revêtues.

Abstract

Extending the use of titanium alloys to higher temperatures requires the use of protective coatings. The
APROSUTIS project aim in developing such systems. Aluminium and platinum coatings deposition
were processed by using the chemical vapour deposition technique, involving metal-organic
precursors. The simultaneous consideration of the deposition of coatings and the requirement of
oxidation tests lead to the design of an original MOCVD reactor. Me (MeCp)Pt was used as a Pt 3
precursor, TIBA and DMEAA as Al precursors. Coatings were processed in two ways, the sequential
one, with an aluminium layer deposited upon a platinum sublayer; the co-deposited