Article

1 - DÉFINITIONS

2 - RÉACTIONS DE CORROSION : RAPPELS

3 - COMPORTEMENT DES PRINCIPAUX MÉTAUX ET ALLIAGES RÉFRACTAIRES

4 - MÉTAUX ET ALLIAGES TRÈS RÉFRACTAIRES

5 - PROTECTION ET REVÊTEMENTS

6 - CONCLUSIONS GÉNÉRALES ET RECOMMANDATIONS

Article de référence | Réf : COR378 v1

Corrosion par les gaz à haute température des métaux et alliages réfractaires

Auteur(s) : François ARMANET (†), Gérard BÉRANGER, Gérard MOULIN

Date de publication : 10 déc. 2012

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NOTE DE L'ÉDITEUR

La norme NF EN ISO 8044 de novembre 1995 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 8044 (A05-001) : Corrosion des métaux et alliages - Vocabulaire (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2003 (Avril 2020).

02/06/2020

La norme ISO 8044 de septembre 2015 citée dans cet article a été remplacée par la norme ISO 8044 : Corrosion des métaux et alliages - Vocabulaire (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2001 (Février 2020).

16/03/2020

RÉSUMÉ

Cet article passe en revue le comportement vis-à-vis de l'oxydation des principaux métaux et alliages réfractaires classiques (alliages base fer, base nickel, ternaires Ni-Cr-Al) ou dits « exotiques ». Sont considérés le titane, le zirconium, le hafnium ou encore le niobium, le vanadium ou le tantale. Les diverses méthodes de caractérisation et les types de dépôt et les procédés pour lutter contre la corrosion sont également mentionnés.

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ABSTRACT

High temperature gas corrosion of metal and alloy refractories

This article deals with the oxidation behavior of the main classic refractory metals and alloys (iron and nickel based alloys or Ni-Cr-Al ternary alloys) or so called "exotic alloys". Titanium, zirconium, hafnium or niobium, vanadium, and tantalum are discussed. The various characterization methods, deposit and processing methods for fighting against corrosion are also mentioned.

Auteur(s)

  • François ARMANET (†) : Professeur des universités - Ancien conseiller pour la science et la technologie en ambassade de France - Ancien directeur ENSMA, Poitiers

  • Gérard BÉRANGER : Professeur honoraire des universités - Membre de l'Académie des technologies

  • Gérard MOULIN : Professeur des universités, laboratoire ROBERVAL, UMR CNRS 6253, université de Technologie de Compiègne (UTC), France

INTRODUCTION

De nombreux secteurs de l'activité humaine mettent en jeu des techniques et des dispositifs qui nécessitent l'utilisation de matériaux sophistiqués pouvant supporter des conditions extrêmes aussi bien pour ce qui regarde leur durabilité, leur tenue mécanique que pour leur température d'usage. En effet, pour des raisons tenant à l'augmentation des rendements thermiques par exemple, ou bien à la limitation des pollutions, il y a lieu de sélectionner des matériaux pouvant supporter de hautes températures, de manière continue ou non, pendant des durées plus ou moins longues, mais chaque fois déterminantes pour le succès des opérations en cause.

On peut citer à cet égard la nécessité d'augmenter, autant que faire se peut, la température maximale de fonctionnement des moteurs d'avions. Le principe de Carnot stipule, en effet, que le rendement d'un moteur thermique est d'autant plus élevé que la différence entre la température de la source chaude et celle de la source froide est importante. La mise au point de matériaux pouvant répondre à cet impératif a fait l'objet depuis une cinquantaine d'années de très nombreux travaux de recherche et de développement couronnés de réels succès. Ainsi, on a vu la température des moteurs d'avions passer de 650-750 oC, vers la fin de la Seconde Guerre mondiale, à 1 250-1 350 oC (ou plus...) pour les parties chaudes des turboréacteurs actuels... Cela représente un gain moyen d'environ 10 oC par an !... Résultat absolument remarquable.

De telles températures élevées et alternées d'utilisation doivent être atteintes et maintenues pour des durées pouvant aller de quelques heures pour les avions de chasse, jusqu'à quelques dizaines d'heures dans le cas des avions long-courriers d'aujourd'hui. Les cycles thermiques doivent être, en outre, répétés un grand nombre de fois pendant la durée de vie du moteur de l'avion.

Cet impératif d'augmentation des rendements thermodynamiques, qui demeure un objectif permanent, peut cependant être appliqué dans des conditions d'usage fort différentes. Ainsi, on peut avoir affaire à d'énormes moteurs tels que les turbines terrestres de production d'énergie, aux très longues durées d'utilisation, mais en conditions quasi isothermes... ou, au contraire, à des moteurs de tailles réduites qui, eux, doivent être très fiables pendant des durées assez courtes (de quelques dizaines de secondes à quelques dizaines de minutes), comme dans le cas des chambres de combustion d'ergols, avec des mélanges de gaz oxygène/hydrogène, pour les moteurs Vulcain et Vinci assurant la propulsion des fusées Ariane, par exemple.

En dehors des cas précédents relatifs aux moteurs thermiques, nombreux sont les domaines d'activités industrielles qui impliquent l'utilisation de matériaux devant supporter de hautes températures. II s'agit, par exemple, des outils de mise en forme des métaux et alliages (par forgeage, estampage, extrusion, tréfilage, laminage...), ou bien ceux nécessaires aux installations de traitements thermiques (résistances électriques des fours). De hautes températures sont aussi requises dans les procédés qu'on peut rencontrer dans diverses industries comme celles des ciments, des verres et des céramiques, ou bien celle de l'incinération des ordures et déchets ménagers ou industriels, et pour la combustion ou la transformation du charbon (gazéification, liquéfaction).

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KEYWORDS

coating   |   oxidation   |   refractory metals and alloys   |   exotic refractory metals   |   oide growth   |   industrial environments

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-cor378


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BERANGER (G.), COLSON (J.C.), DABOSI (F.) -   Corrosion des matériaux à haute température.  -  École d"hiver du CNRS (piau Engaly-France), Éd. Les Éditions de Physique, p. 692 (1987).

  • (2) - HOCHMANN (J.) -   Aciers et alliages réfractaires.  -  [M 325] Éd. Les Techniques de l'Ingénieur (1974).

  • (3) - ASHBY (M.), DAVID (F.), JONES (R.B.) -   Matériaux, 1. Propriétés et applications.  -  Éd. Pergamon Press, (version en anglais) (1980), et Éd. Dunod et Bordas, (version en français) (1991).

  • (4) - S. AUDISIO (S.) -   Multimedia corrosion guide.  -  (version anglaise), 2nd Ed. INSA-Lyon (1999).

  • (5) - BIRKS (N.), MEIER (G.H.) -   Introduction to High Temperature Oxidation of Metals.  -  Éd. Edward Arnold, p. 17 (1983).

  • (6) - BAILON (J.P.), DORLOT (J.M.) -   Des...

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