Academic literature on the topic 'Revêtements de diffusion'

Cette étude a pour but de mieux comprendre les phénomènes d'interdiffusion dans les revêtements protecteurs à haute température. La complexité des systèmes réels la rend difficile et nous avons travaillé sur des systèmes modèles B2-NiAl, B2-Ni-Pt-Al et B2-Ni-Pd-Al. Une méthode originale a été proposée pour calculer les coefficients d'interdiffusion fonction de la composition sur tout un chemin de diffusion dans les systèmes ternaires. Dans NiAl l'énergie d'activation expérimentale de la diffusion est maximum pour la composition Ni50,2Al49,8 , elle décroît lorsqu'on s'en éloigne. Des simulations ont permis de calculer les énergies de : formation des défauts ; migration de divers mécanismes de diffusion, dont un que nous avons proposé. Un choix de mécanismes a été fait, leurs énergies d'activation sont en bon accord avec l'énergie expérimentale. Dans les ternaires, le coefficient d'interdiffusion de Al croît lorsque la concentration en Pt ou Pd croît. Le gradient de Pt ou Pd n'influence pas la diffusion de Al. Le gradient de Al n'influence pas la diffusion de Pt ou de Pt dans les alliages pauvres en Al mais il la ralentit dans les alliages riches si le gradient de Al, Pt ou Pd sont de même signe. Ceci a été corrélé aux mécanismes de diffusion probables dans NiAl. L'oxydation isotherme d'alliages NiAl, Ni-Pt-Al et Ni-Pd-Al a été simulée, montrant l'intérêt d'interposer une barrière de diffusion entre substrat et revêtement. Une explication reliant la formation de cavités à l'interface métal-oxyde aux défauts structurels et aux mécanismes de diffusion dans NiAl a été proposée. A partir des couples de diffusion une barrière de diffusion a été proposée pour les systèmes réels
This study aims at understanding interdiffusion phenomena in high temperature protective coatings. Since real systems are complex we have worked on model systems B2-NiAl, B2-Ni-Pt-Al and B2-Ni-Pd-Al. For these systems diffusion couples have been assembled. An original method for calculating composition-dependent interdiffusion coefficients along a diffusion path in ternary systems has been proposed. In B2-NiAl the experimental activation energy for diffusion is maximum at the composition Ni50. 2Al49. 8 and it decreases when moving away from it. Simulations have made possible to calculate the effective formation energies of defects and the migration energy associated with various diffusion mechanisms including one that we proposed. Diffusion mechanisms were selected, their activation energies are in good agreement with the experimental one. In B2-Ni-Pt-Al and B2-Ni-Pd-Al the Al direct interdiffusion coefficient increases when increasing Pt or Pd content; Pt or Pd gradient does not influence Al diffusion; Pt or Pd diffusion is not influenced by the Al gradient in Al-poor alloys but it is slowed down in Al-rich alloys if the sign of Pt or Pd gradient is the same as the one of Al gradient. These results have been correlated with the most-likely mechanisms in B2-NiAl. Isothermal oxidation of alloys B2-NiAl, B2-Ni-Pt-Al and B2-Ni-Pd-Al have been simulated showing the necessity of a diffusion barrier. An explanation has been suggested for the cavity formation at the metal-oxyde interface which takes into account both defects and diffusion mechanisms in these materials. From the results obtained with the diffusion couples a diffusion barrier in real systems has been suggested

Ce travail caractérise les propriétés microstructurales et les mécanismes microscopiques de formation des revêtements d'aluminures modifiées platine en fonction des paramètres d'élaboration. La première partie est consacrée à l'analyse des revêtements obtenus par aluminisation avec diffusion préalable du platine. Seule la nature du donneur influe sur la microstructure finale et conduit à envisager la suppression du traitement de diffusion. La deuxième partie concerne l'étude de revêtements obtenus sans cette diffusion préalable du platine. Nous montrons que selon le type de donneur utilisé, le revêtement est soit monophasé (Ni, Pt)Al, soit biphasé PtAl2/NiAl, soit biphasé PtAl2/NiAl avec une couche continue de PtAl2 à la surface. Ces résultats conduisent ainsi à une bonne maîtrise du procédé. Nous avons ensuite étudié la cinétique de formation des phases dans le cas de l'obtention d'une couche continue de PtAl2 à la surface. Cette couche se forme dès le début de l'aluminisation et reste stable au cours du traitement. Ensuite, l'aluminium diffuse rapidement à travers la phase PtAl2 pour former la phase NiAl alors que le nickel provenant du substrat ne diffuse pas suffisamment pour transformer la phase PtAl2 en NiAl. Nous avons ainsi montré la grande stabilité de la phase PtAl2 au cours de l'aluminisation. Une analyse EXAFS a montré que cette phase peut incorporer jusqu'à 37. 5 %at de nickel en solution d'insertion et que les sous réseaux de l'aluminium du nickel et du platine sont identiques dans les phases (Pt, Ni)Al2 et (Ni, Pt)Al. Le changement de phase PtAl2 è NiAl s'effectue donc par insertion progressive du nickel dans la phase PtAl2. Enfin, une étude bibliographique des mécanismes de diffusion dans la phase NiAl permet d'expliquer l'écart expérimental important entre la diffusion du nickel et de l'aluminium dans la phase (Pt, Ni)Al2. La présence de platine sur le sous réseaux du nickel gêne la diffusion lacunaire de celui-ci
The aim of this study is to improve the microstructural properties and the microscopic mechanisms formation of the Pt modified aluminide coatings according to the treatment parameters. At first, we characterise aluminide coatings fabricated with the prior Pt diffusion aluminizing treatment. It appears that the final aluminide microstructure depends only on the different types of donor, which allows the suppression of the Pt diffusion. We also deposit the aluminide coatings with an aluminizing treatment without prior Pt diffusion. We show that the aluminide coating is either a monophased (Ni, Pt)Al structure, or a two-phase PtAl2/NiAl structure or a two-phase PtAl2/NiAl structure with a continuous PtAl2 layer at the surface, with respect to the type of donor. These results allow us to control the quality control of the aluminizing treatment. Then we studied the growth of these phases in the case of a continuous PtAl2 layer at the surface. It appears that this layer forms at the beginning of this treatment and stays stable during the aluminizing. After all platinum is transformed into PtAl2, aluminum diffuses across this layer to form NiAl. However, Ni does not diffuse sufficiently from the substrate to transform PtAl2 into NiAl. We also showed the strong PtAl2 stability. The use of EXAFS technique allows us to demonstrate that the Ni maximum solubility in PtAl2 is 37. 5 at% and that the Ni, Pt and Al sublattices are the same in (Pt, Ni)Al2 and (Ni, Pt)Al phases. The PtAl2 è NiAl transformation is only due to Ni insertion in PtAl2. A bibliographic study of diffusion mechanisms in NiAl intermetallic allows to explain the strong difference between nickel and aluminum diffusion in the PtAl2 phase. The presence of platinum atoms on the same sublattice than nickel atoms decreases the nickel diffusivity in the (Pt, Ni)Al2 and (Ni, Pt)Al phases

Ce travail a pour objectif l’optimisation de l’émission lumineuse des revêtements fluorescents de tubes à décharge. Premièrement, nous avons construit un modèle permettant de rendre compte de l’émission visible dans un système hétérogène dont la géométrie se rapproche de celle des revêtements fluorescents. Ce modèle, basé sur la théorie du Transfert Radiatif, permet de calculer les coefficients de réflexion (R), de transmission (T), et le flux émis par la couche. Les simulations de ce dernier montrent qu’on peut l’optimiser par différents paramètres morphologiques de la couche. Dans un deuxième temps, nous avons caractérisé des revêtements existants afin de déterminer leurs paramètres morphologiques et leurs propriétés d’émission, données indispensables à notre modèle. Les simulations de R et T sont en accord quantitatif et qualitatif avec les mesures. Après validation par des mesures d’émission, ce modèle devrait permettre de simuler la lumière émise par divers revêtements fluorescents.

Pour améliorer la durée de vie des matériaux à haute température et sous atmosphère oxydante, une solution est l’utilisation d’une protection de surface constituée de matériaux ultra réfractaires non oxydes. Un des objectifs principaux de cette thèse est la sélection et la validation expérimentale de nouvelles compositions chimiques de revêtements utilisés en condition oxydante et corrosive à ultra haute température. Les recherches s’appuient sur une démarche expérimentale physico-chimique se basant sur une approche thermodynamique et thermochimique menée au préalable pour choisir les composés. Les revêtements doivent être stables chimiquement, compatibles thermomécaniquement avec le substrat et adhérent de la température ambiante à celle d’utilisation. De plus, Ils doivent jouer le rôle de barrière environnementale et/ou de barrière thermique.Des tests d’oxydation sont réalisés au four solaire sur les systèmes de matériaux non oxydes massifs élaborés par frittage flash. En parallèle, des composites modèles constitués d’une fibre de carbone revêtue par PVD d’un revêtement métallique ultra réfractaire ont été élaborés puis chauffés par effet Joule afin de réaliser des tests d’oxydation. La compréhension des mécanismes entrant en jeu lors de l’oxydation de ces « nouveaux » revêtements est aussi un des challenges de ce manuscrit. Par ailleurs, elle aide à la classification de ces matériaux selon leur résistance à l’oxydation
In order to improve material’s lifetime used at a temperature above 2500°C and under oxidizing atmosphere, a solution is to use a surfacing protection constituted of non oxide refractory materials. One of the main objectives of this thesis is to select and experimentally validate new chemical coating compositions which will be used under corrosive and oxidizing atmosphere at ultra high temperature (more than 2000°C). A preliminary thermodynamic and thermo-chemical study aims to select compounds. These compounds are then analyzed with physic-chemical tests. Coatings have to be chemically stable, thermo-mechanically compatible with the substrate and have to stick to the substrate from ambient temperature to more than 2000°C. Moreover, coatings have to act as an environmental barrier and/or as a thermal barrier.Two kinds of oxidation tests are made. On one hand, non oxide massive material’s systems are fabricated by spark plasma sintering in order to be tested at the solar furnace. On the other hand, composite models are fabricated by PVD. A carbon fiber is covered with ultra refractory metallic coating by PVD. Then, these composite models are heated by Joule effect in order to realize oxidation tests. Understanding mechanisms at work during the oxidation of these new coatings is another main objective of this thesis. This understanding will be also useful to classify these materials regarding their resistance to oxidation

Étude de la réalisation en milieu de sels fondus (BaC2-CaCl2-NaCl) de revêtements de titane sur nickel, fer ou alliage ti-ni 50-50. Caractérisation des surfaces externes et des phases intermédiaires obtenues par interdiffusion. L’efficacité de ces revêtements, prouvée dans le cas de revêtements de titane sur le nickel et l'alliage ti-ni 50-50 par l'excellente tenue dans le milieu NaCl a 3,5%, permet d'ouvrir de nouveaux horizons concernant l'élaboration de revêtements massifs à base de métaux réfractaires par voie ignée.

L’augmentation des températures et des pressions de travail des centrales de production d’énergie représente un enjeu considérable en termes de réduction d’émission de polluants et d’augmentation d’efficacité énergétique. Pour cela, des matériaux plus performants par rapport à ceux employés actuellement doivent être utilisés afin de résister aux environnements sévères (hautes températures, 100% vapeur d’eau, pression…). Malgré les bonnes propriétés mécaniques de bon nombre d’aciers, l’application d’un revêtement protecteur capable de former une couche d’oxyde dense, protectrice et stable à haute température, est essentielle. Ainsi, dans le cadre du projet Européen FP-7 « POEMA », nous nous sommes intéressés aux mécanismes de formation de revêtements de diffusion d’aluminium sur des aciers ferrito-martensitiques et austénitiques fréquemment employés dans ce type de centrales. Des études sur la colmatation des fissures éventuellement parues durant l’aluminisation des aciers ont été également réalisées. Les mécanismes de dégradation des revêtements B2-(Fe (Ni))Al ont ensuite été étudiés sous 100% vapeur d’eau et sous air à 650 et 700°C jusqu’à 10000 heures et sous différentes pressions (1 et 300 bar). Nous avons démontré que la pré-oxydation induite lors de l’élaboration du revêtement permet de faire croître une fine couche protectrice de α-Al2O3 qui se développe au cours de l’oxydation. Cependant, les longues expositions sous fortes pressions de vapeur promeuvent la diffusion cationique de Fe, ceci donnant lieu à des petits nodules surfaciques d’oxyde. Enfin, les mécanismes de dissolution des revêtements avec un acide dilué ont été étudiés afin de montrer la possibilité de décaper puis de réaluminiser les matériaux initialement revêtus
Higher energy efficiencies can be achieved by the increase of temperatures and pressures in power plant, thus allowing the reduction of the polluting emissions. Therefore, more efficient materials, compared to those currently employed, have to be used in order to resist to harsh environmental conditions (high temperatures, steam, pressure…). Despite of the good mechanical properties of many steels, the elaboration of a protective coating able to form a dense, protective and stable oxide layer at high temperature, is necessary. Thus, in the framework of the “POEMA” European project, the mechanisms of the formation of aluminium diffusion coatings were studied on ferritic-martensitic and austenitic stainless steels that are currently employed in power plants. The sealing of cracks eventually created during the aluminisation of steels was also studied. The degradation mechanisms of the B2-(Fe (Ni))Al coatings were then studied in steam and in air at 650 and 700°C up to 10000 hours and under different pressures (1 and 300 bar). We have demonstrated that the pre-oxidation induced during the elaboration of coatings grew a thin protective oxide scale composed of α-Al2O3 which developed further upon oxidation. Nevertheless, the long exposures under high steam pressures promoted the cationic diffusion of Fe, thus allowing the formation of small surface oxide nodules. Finally, the dissolution mechanisms of coatings with a diluted acid have been studied in order to demonstrate the possibility of strip and realuminise the materials initially coated

Dans le cadre du projet simulation, le Commissariat à l'énergie atomique (CEA) vise à reproduire les conditions de pression et de température d'une fusion thermonucléaire avec le laser Mégajoule (LMJ). Certains composants optiques du LMJ, en particulier certaines lentilles de focalisation, sont revêtus d'une couche antireflet (AR) réalisée par un procédé sol-gel. Ces films sont composés de nanoparticules de silice de 10 nm de diamètre avec 55% de porosité. Pour augmenter la résistance mécanique de ces couches, les films sont exposés aux vapeurs d’eau et d'ammoniac pendant un post-procédé. Ce post-traitement crée des liaisons covalentes entre les nanoparticules de silice et renforce ainsi le film colloïdal. Afin de donner toutes les qualités d’un revêtement optique, outre les propriétés optiques clefs, nous nous sommes donnés comme objectif de comprendre la stabilité mécanique de ces nanomatériaux. En particulier, nous avons souhaité, dans le cadre de cette thèse, avoir une meilleure compréhension du procédé de durcissement ammoniac et pour cela nous avons entrepris une étude complète des paramètres physiques et chimique qui gouvernent l’élasticité de cet assemblage de nanoparticules. Dans un second temps, nous avons mis en évidence l’apparition d’un faïençage de surface provoquant de la diffusion optique et une diminution du renforcement mécanique durant le post-procédé. Dans le but de minimiser, voire supprimer ces fissurations de surface, nous avons réalisé une étude paramétrique pour dégager les éléments responsables de ce faïençage
Within the framework of the simulation project, the Atomic Energy Commission (CEA) aims to reproduce the pressure and temperature conditions of a thermonuclear fusion with the Megajoule laser (LMJ). Some of the optical components of the LMJ, in particular some focusing lenses, are coated with an antireflective (AR) layer made by a sol-gel process. These films are composed of silica nanoparticles 10 nm in diameter with 55% porosity. To increase the mechanical strength of these layers, the films are exposed to water and ammonia vapors during a post-process. This post-treatment creates covalent bonds between the silica nanoparticles and thus strengthens the colloidal film. In order to give all the qualities of an optical coating, besides the key optical properties, we have set ourselves the objective of understanding the mechanical stability of these nanomaterials. In particular, we wanted, in the context of this thesis, to have a better understanding of the ammonia hardening process and for that we undertook a complete study of the physical and chemical parameters that govern the elasticity of this assembly of nanoparticles. In a second step, we highlighted the appearance of surface cracking causing optical diffusion and a decrease in mechanical reinforcement during the post-process. In order to minimize or even eliminate these surface cracks, we performed a parametric study to identify the elements responsible for this cracking

Les revêtements à base d’aluminure de nickel sont bien connus pour conférer une meilleure résistance à la corrosion et/ou à l’oxydation aux matériaux métalliques utilisés à très haute température, en particulier sur les superalliages à base nickel. Des alternatives aux procédés par voie gazeuse (APVS, par exemple) sont recherchées pour des gains de temps et de coût. Par conséquent, nous proposons, dans cette thèse doctorale, d’élaborer ces revêtements de diffusion de type β-NiAl à partir d’une barbotine, générant une microstructure de type haute activité, sur deux superalliages à base nickel monocristallins, l’AM1 et le René N5, avec comme objectif de réduire le temps d’élaboration. Les différents revêtements considérés correspondent à β-NiAl (Al simple), β-(Ni, Pt)Al (incluant la pré-déposition de Pt) et β-NiAl contenant un élément réactif incorporé selon différentes méthodes. Nous avons étudié les effets du temps de traitement thermique, de la quantité de barbotine déposée, de l’atmosphère (argon ou air) et de la concentration. Par la suite, nous avons retenu certains revêtements en vue de les évaluer en conditions d’oxydation isotherme et/ou cyclique à 1100°C pour des temps compris entre 100 et 1000 heures. La réduction du temps d’élaboration des revêtements β-NiAl simples à moins de 6 heures, sous atmosphère air ou Ar, n’entraîne aucune modification du comportement en oxydation aux hautes températures, car on observe toujours un régime parabolique. Pour les revêtements β-(Ni, Pt)Al, la quantité de barbotine déposée doit être réduite (par rapport aux β-NiAl) pour éviter la formation de la phase fragile PtAl2. Cependant, les premiers essais en oxydation cyclique montrent des pertes de masse significatives dont les causes restent à déterminer. Pour améliorer le comportement vis-à-vis de l’écaillage des couches formées lors de l’oxydation, nous avons envisagé d’incorporer CeO2 selon trois voies différentes : par mélange de poudres ; par dispersion de particules de CeO2 dans un pré-dépôt de nickel chimique ; par ajout de nitrate de cérium à la barbotine. Seules les deux dernières méthodes ont permis d’obtenir, de façon reproductible, des revêtements homogènes, que nous avons pu étudier en conditions d’oxydation. Les études ont montré que l’ajout, avant aluminisation, d’un dépôt de nickel chimique (avec ou sans CeO2) générait une interface susceptible de réduire la tenue en oxydation. Néanmoins, l’ajout de CeO2 lors du pré-dépôt de nickel a permis d’obtenir, dans une certaine gamme de teneurs, un comportement en oxydation à haute température meilleur que celui observé avec les revêtements sans CeO2. Nous avons proposé une méthode de synthèse originale, consistant en un ajout de nitrate de cérium dans la barbotine. Les analyses ont montré que l’élément réactif était par la suite bien incorporé dans le revêtement. La teneur optimale en cérium doit cependant encore être optimisée pour éviter les phénomènes de sur-dopage. Enfin, nous avons mené une étude préliminaire sur la dissolution sélective, par voie électrochimique, des revêtements élaborés à partir de barbotine, après oxydation, en vue d’une réparation par ré-aluminisation
Aluminide-based coatings (β-NiAl) are well known to impart better corrosion and/or oxidation resistance to metallic materials used at very high temperatures especially on nickel-based superalloys. Alternatives to gaseous processes (SVPA, for example) are being investigated to save time and reduce costs. In this sense, the synthesis of diffusion coatings of the β-NiAl type by slurry at reduced times is proposed in this PhD thesis. The coatings result in high activity type microstructures on two single-crystal nickel-based superalloys, AM1 and René N5.The different considered coatings correspond to β-NiAl, β-(Ni, Pt)Al (including Pt pre-deposition) and β-NiAl doped with a reactive element, for which several methods of incorporating the reactive element have been considered. Subsequently, some coatings were selected to be studied under isothermal and/or cyclic oxidation conditions at 1100°C for times up to 1000 hours. The reduction in the coating time of these simple β-NiAl coatings to less than 6 hours and in an Ar or air atmosphere does not change their oxidation behaviour at high temperatures since parabolic regimes are still observed. For the β-(Ni, Pt)Al coatings, the amount of slurry deposited must be reduced (compared to β-NiAl) to avoid the formation of the brittle PtAl2 phase. The first tests in cyclic oxidation showed significant mass losses, whose origins remain to be clarified. The improvement against spallation has been studied through the incorporation of CeO2 following three different ways: by mixing powders; by dispersing CeO2 particles in an electroless nickel pre-deposit, by adding cerium nitrate to the slurry. Only the last two methods provided homogeneous and reproducible coatings that were studied in oxidation. The results showed that the addition of an electroless nickel deposit (with or without CeO2) prior to aluminization generated an interface susceptible to reduce the oxidation performance of the coatings. Nevertheless, specific additions of CeO2 to the nickel pre-deposit led to a better oxidation behaviour than the one observed with no CeO2 doping. An original synthesis method consisting in adding cerium nitrate to the slurry was also applied. It was demonstrated that the reactive element was indeed well incorporated into the coating. The optimal content still must be studied to avoid over-doping phenomena. Finally, a preliminary study of electrochemical stripping of slurry coatings, followed by re-aluminization for repair purposes, has been conducted

Ce projet de thèse porte sur la conception, la réalisation et la caractérisation de revêtements déposés par des méthodes d'enduction liquide pour la gestion des infrarouges solaires, en vue d'applications comme la gestion thermique des bâtiments et la récupération énergétique solaire. La piste explorée dans ce projet est l'utilisation de films fins composites, correspondant à une matrice dotée d'inclusions dont une ingénierie optique permet d'atteindre la fonctionnalité visée. Une modélisation complète à toutes les échelles d'un film composite sur un substrat est proposée. Un régime optimal de propagation lumineuse où l'absorption du matériau est amplifiée par l'ajout de diffusion est mis en lumière dans cette étude, représentant une stratégie intéressante pour le blocage du rayonnement sur de faibles épaisseurs. Un moyen de production de film fins est mis en place et des méthodes de caractérisation des divers phénomènes physiques intervenant durant le processus de réalisation des films sont étudiées. Une étude à la fois théorique et expérimentale de l'influence des propriétés optiques des inclusions sur les performances thermiques de ces revêtements est proposée. Des films polymères chargés en nanoparticules d'or sont utilisés comme preuve de concept de l'utilisation de la diffusion comme moyen de contrôle du rayonnement incident. Des films de PEDOT:PSS/Silicium sont également réalisés pour contrôler de façon indépendante absorption et diffusion dans le film et observer le régime optimal d'absorption dans la gamme du proche infrarouge
This PhD project focuses on the designing, realization and characterization of coatings deposited by liquid means, for the management of infrared solar light, regarding applications towards building efficency and solar energy harvesting. We aim to produce composite thin films, composed of polymeric matrix in which solid inclusions are added. An engineering of these inclusions permits one to reach the desired functionality. A complete modelling of composite thin film on a substrate is proposed. An optimal transport regime of light is found where the absorption is enhanced by the addition of scattering. A bench for thin film production is realized and experimental methods of characerization of the various physical phenomena occuring during material deposition is studied. A theoretical and experimental study of the influence of the optical properties of thin film on its thermal performances is proposed. Polymeric thin films containing gold nanoparticles are used as proof-of-concept of the enhanced heat generation by light scattering. Also, PEDOT:PSS/Silicon thin films are realized to control independently the absorption and scattering in films and explore such optimal regime in the near-infrared part of the spectrum