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RÉSUMÉ
La corrosion à chaud, en anglais « hot corrosion », des matériaux métalliques est l’une des principales causes de dégradation des pièces des turbines aéronautiques et terrestres ainsi que des composants des unités de valorisation énergétique. Cette forme de dégradation souvent plus sévère que de l’oxydation sèche se traduit par la formation d’un dépôt corrosif à la surface des pièces et attaque le matériau et sa couche d’oxyde protectrice. Bien qu’il existe quelques moyens d’essai à l’échelle laboratoire ou à l’échelle industrielle, ce sujet reste à ce jour encore peu étudié. Cet article fait l’état de l’art des différents moyens d’essai de corrosion à chaud existants en France et à l’étranger.
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Hot corrosion of metals and alloys is one of the main causes of degradation of aeronautical and land turbine parts as well as components of waste-to-energy plants. This form of degradation is often more severe than dry oxidation and results in the formation of a corrosive deposit on the surface of the parts and attacks the alloy and its protective oxide layer. Currently, although some testing facilities at laboratory and industrial scale exist, this subject remains little studied. This article reviews the various hot corrosion test methods available in France and around the world.
Auteur(s)
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Tom SANVIEMVONGSAK : Docteur-ingénieur recherche et développement - IRT M2P, Metz, France
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Pascal LAMESLE : Docteur, directeur technique et scientifique - IRT M2P, Metz, France
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Michel VILASI : Professeur des universités, - Institut Jean Lamour, université de Lorraine, Nancy, France
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Clara DESGRANGES : Docteure-ingénieure matériaux avancés - Safran Tech, Magny-les-Hameaux, France
INTRODUCTION
L’augmentation du rendement énergétique des turbomachines, des fours et des chaudières est un enjeu majeur pour les industriels des secteurs de l’aéronautique, des transports et de l’énergie. Pour atteindre cet objectif, les composants de ces installations exposés à des gaz de combustions sont soumis à des sollicitations mécaniques et à des températures de plus en plus élevées entraînant un besoin en matériaux plus réfractaires. En effet, ces sollicitations à haute température peuvent entraîner une dégradation des matériaux par fatigue et fluage, et/ou par oxydation et corrosion à chaud. La résistance de ces alliages face à cet environnement conditionne fortement leurs propriétés mécaniques et, par conséquent, la durée de vie des pièces.
Le choix des matériaux réfractaires est une étape primordiale pour garantir la longévité des systèmes mécaniques, encore faut-il pouvoir les tester dans des conditions proches des conditions réelles de fonctionnement. Dorénavant, il existe de nombreux moyens d’essai permettant de tester les alliages dans des conditions d’oxydation sous air à haute température mais très peu de moyens permettent de réaliser des essais de corrosion à haute température sous atmosphère « complexe » (corrosion par un mélange de gaz, des dépôts corrosifs ou des sels fondus). Cet article fait l’état des lieux des différents moyens d’essai de corrosion à chaud existants en France et dans le monde. Il présente les points forts et les limitations des différents bancs d’essai.
En 2021, il faut noter que, bien que des essais de corrosion à chaud soient réalisés à travers le monde, aucune norme ne régit la méthodologie expérimentale ni le fonctionnement de ces bancs d’essai, même si le terme est défini dans la norme NF EN ISO 8044.
Cet article est un complément d’informations aux articles :
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[COR 378]Corrosion par les gaz à haute température des métaux et alliages réfractaires ;
-
[M 4 224]Corrosion sèche des métaux – Cas industriels : oxydation, carburation ;
-
[M 4 225]Corrosion sèche des métaux – Cas industriels : sulfuration, nitruration ;
-
[M 4 227]Corrosion sèche des métaux – Cas industriels : dépôts, milieux fondus ;
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MOTS-CLÉS
Corrosion à chaud Bancs d’essai Bancs brûleurs Modules de sollicitation mécanique à haute température
KEYWORDS
Hot corrosion | Test facilities | Burner rig | High temperature mechanical stress facilities
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Bancs de corrosion à chaud en France
En anglais
3. Bancs de corrosion à chaud dans le monde
Au total, une quarantaine de bancs d’essai destinés à tester la résistance des matériaux à haute température ont été identifiés. Parmi ces moyens, seuls quelques-uns sont destinés à étudier les phénomènes de corrosion à chaud. Les essais de corrosion à chaud sont généralement réalisés au moyen d’un four tubulaire ou d’un banc brûleur. Les figures 4 et 5 présentent un panel des infrastructures, respectivement dans le monde et en France, possédant un banc dédié à la corrosion à haute température ou un banc brûleur. Ces moyens sont catégorisés selon les types d’installation (banc brûleur ou four tubulaire) et les types d’atmosphère (contrôlée ou non contrôlée). On constate à travers la figure 5 qu’il n’existe que très peu de moyens d’essai dédiés à la corrosion à chaud en France.
La figure 6 présente les principaux laboratoires de recherche identifiés à travers le monde qui ont publié des articles sur la corrosion à chaud.
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Vingt-huit bancs d’essai académiques ont été identifiés, dont vingt dédiés aux essais de corrosion à chaud. Parmi ces derniers, seulement cinq bancs brûleurs sont dédiés à des essais de corrosion à chaud : Cranfield (UK), Jülich (DE), University of Virginia (US), KAUST (SA), SICCAS (CN).
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Onze industriels identifiés possèdent un banc brûleur, cinq d’entre eux consacrent une partie de leur recherche sur la thématique de corrosion à chaud : Safran (FR), Veolia (FR), NASA (USA), NLR (NL), AVIO (IT). Les six autres brûleurs industriels identifiés sont destinés à des essais de cyclage et chocs thermiques.
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En France, seulement six infrastructures possèdent des bancs destinés aux essais de corrosion à chaud : quatre industriels (Safran, Veolia, ONERA, ICAR-CM2T) et deux laboratoires (IJL, LaSIE).
En soi, toutes ces infrastructures pourraient être adaptées pour la réalisation d’essais de corrosion à chaud notamment grâce à des essais sur des échantillons revêtus de dépôt...
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Bancs de corrosion à chaud dans le monde
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BIRKS (N.), MEIER (G.), PETTIT (F.) - High-temperature corrosion resistance. - JOM, 39, p. 28-31 (1987).
-
(2) - YOUNG (D.J.) - High temperature oxidation and corrosion of metals. - Elsevier (2008).
-
(3) - MEIER (G.H.) - Invited Review Paper in Commemoration of Over 50 Years of Oxidation of Metals: Current Aspects of Deposit-Induced Corrosion. - Oxidation of Metals (2021), https://doi.org/10.1007/s11085-020-10015-6.
-
(4) - SANVIEMVONGSAK (T.) - Oxydation et corrosion à haute température de superalliages à base de nickel issus de la fabrication additive. - Thèse, université de Toulouse (2020).
-
(5) - STRINGER (J.) - High-temperature corrosion of superalloys. - Materials Science and Technology, 3, p. 482-493 (1987), https://doi.org/10.1080/02670836.1987.11782259.
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Corrosion par les gaz à haute température des métaux et alliages réfractaires.
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Corrosion sèche des métaux – Cas industriels : oxydation, carburation.
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Corrosion sèche des métaux – Cas industriels : sulfuration, nitruration.
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Corrosion sèche des métaux – Cas industriels : dépôts, milieux fondus.
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NORMES
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Corrosion des métaux et alliages – Méthode d’essai pour essais de corrosion à haute température de matériaux métalliques par application d’un dépôt de sel, de cendres ou d’autres substances. AFNOR - NF ISO 17224 - 2015
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Corrosion des métaux et alliages – Méthode d’essai pour essais de corrosion à haute température de matériaux métalliques par enfouissement dans du sel, des cendres ou d’autres solides. AFNOR - NF ISO 17248 - 2015
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Corrosion des métaux et alliages – Méthode pour essais de corrosion à haute température, avec exposition à des cycles thermiques, sur des matériaux métalliques. ISO - ISO 13573:2012 - 2012
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Corrosion des métaux et alliages – Méthode d’étude métallographique d’échantillons soumis à des environnements corrosifs à haute température. ISO - ISO 26146:2012 - 2012
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Corrosion des métaux et alliages – Méthode d’essai pour les essais d’oxydation en exposition isotherme des matériaux métalliques dans des environnements corrosifs à haute température. AFNOR - NF ISO 21608 - 2012
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ANNEXES
Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Centre français de l’anticorrosion :
Groupe de recherche 2081 COnCOrD « Couplage méCanique Oxydation Diffusion » :
Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)Colloque national annuel de la communauté scientifique française travaillant sur la cinétique hétérogène, JECH (journées d’études sur la cinétique hétérogène)
Congrès international HTCPM (High-Temperature Corrosion and Protection of Materials)
Congrès international High Temperature Corrosion GRC (Gordon Research Conference) et GRS (Gordon Research Seminar)
Congrès international ISHOC (international Symposium on High-temperature Oxidation and Corrosion)
Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)IJL (Institut Jean Lamour), Campus Artem, Nancy :
Laboratoire LaSIE (Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur pour l’Environnement), pôle Sciences et Technologie, La Rochelle :
https://lasie.univ-larochelle.fr
Laboratoire CIRIMAT (Centre Interuniversitaire de Recherche et d’Ingénierie des Matériaux), Toulouse :
Laboratoire ICB (interdisciplinaire Carnot de Bourgogne), Dijon :
Laboratoire SIMAP (Science et Ingénierie des MAtériaux et Procédés), Saint-Martin d’Hères :
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