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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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Lire l’articleAuteur(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 ;
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[M 4 224]Corrosion sèche des métaux – Cas industriels : oxydation, carburation ;
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[M 4 225]Corrosion sèche des métaux – Cas industriels : sulfuration, nitruration ;
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[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
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Classification des bancs de corrosion à chaud
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4. Bancs de corrosion à chaud en France
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En France, seuls quelques moyens sont destinés à réaliser des essais de corrosion à chaud. À titre d’exemple, les laboratoires de recherche académique IJL (UL, Nancy) et LaSIE (LRU, La Rochelle) utilisent des fours d’analyse thermogravimétrique (ATG) ou des fours tubulaires, présentés sur la figure 7, pour tester des alliages et leurs revêtements dans des conditions de corrosion par le sulfate de sodium, le cas le plus rencontré dans les turbines aéronautiques. Les fours tubulaires sont des moyens peu contraignants, ils permettent de tester une dizaine de petits échantillons (avec des surfaces types d’environ 1 cm2) par essai. Pour ces essais, les échantillons sont préalablement revêtus d’une solution de sulfate de type Na2SO4 (avec des quantités de quelques mg/cm2) et sont exposés à haute température à une atmosphère contrôlée (mélange air + x %SO2, x pouvant varier de 10 à 2 000 ppm) avec la possibilité de les tester en condition de cyclage thermique. Ce type d’essai, facile à mettre en place et peu contraignant vis-à-vis des contraintes SSE (santé, sécurité et environnement), est le plus couramment utilisé dans les laboratoires de recherche académique.
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Il existe également en France quelques bancs brûleurs destinés à des essais de corrosion à chaud, à Veolia ...
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Bancs de corrosion à chaud en France
BIBLIOGRAPHIE
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(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).
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(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 :
Laboratoire...
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