Sciences et génie des matériaux

ISMME - Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique

MATHIEU Stéphane

MATHIEU Stéphane

Centre des Matériaux

26/09/2023

Corrosion, propagation de fissure, haute température, CMAS

Corrosion, fatigue crack growth, high temperature, high temperature

Dans le contexte de l'augmentation du rendement des turbomachines et la diminution des rejets de CO2, la température en sortie de chambre ne cesse d'être augmentée. Les pièces de turbines aéronautiques peuvent être sujettes aux phénomènes de corrosion à chaud liée à la présence de dépôts généralement de sulfates fondus dans le domaine de température de 550 à 900°C, mais aussi de dépôts de composition mixte d'oxydes et de sulfates, voire constitués pour les très hautes températures de mélanges principalement à base d'oxydes (CMAS). Les sulfates proviennent de l'interaction entre les sous-produits soufrés émanant de la combustion du carburant (e.g. SO2 et SO3) avec des composés issus des poussières provenant des zones survolées par les avions (e.g. Na, K, Mg).
La nature des différents dépôts et leurs propriétés chimiques intrinsèques peuvent donc influer significativement sur la tenue en corrosion des alliages base nickel employés pour concevoir les pièces de turbines aéronautiques. Toutefois l'approche des phénomènes de corrosion sous dépôt reste un domaine où les caractéristiques de l'environnement dans lequel opère la pièce sont peu prises en compte. En effet, la littérature mentionnant le comportement des oxydes protecteurs avec ces milieux se limite aux travaux de Rapp [ ], et concerne exclusivement le milieu Na2SO4 pur à 900°C. Une évaluation des équilibres entre phases dans les milieux identifiés et en présence des espèces corrosives (O2, SO3) est donc importante.

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CONTEXT
Hot corrosion consists of selective chemical reactions affecting the composition and very often the microstructure of materials on the surface and sub-surface. The area affected by these surface reactions can extend over a few micrometers to a few tens of micrometers in service. Linking the chemical and microstructural evolutions in this area affected by surface reactivity to the local mechanical properties appears necessary to better predict the behavior and damage of parts in service.
Fig. 1: Example of corrosion at 700°C on the AD730 superalloy [2].
Three major research axes have been identified for this thesis:
- Identification of corrosion mechanisms (following work by R. Malacarne [2]) on superalloys for disks in the presence of salts and in an oxidizing atmosphere containing SO2 (g).
- Determination of the equilibrium between phases allowing to take into account the chemistry of the sulphate and sand environments in the elaboration of the mechanisms and the identification of the limiting steps of the corrosion mechanism.
- Study the impact of pre-strain and the presence of sands and sulphates on the depths affected by corrosion and the speed of crack propagation respectively.

Directeur de Thèse: Mathieu Stéphane (institut Jean Lamour)
Co-directeur de Thèse 2: Vincent Maurel
Co-encadrant: Cecilie Duhamel

Ingénieur et/ou Master recherche - Bon niveau de culture générale et scientifique. Bon niveau de pratique du français et de l'anglais (niveau B2 ou équivalent minimum). Bonnes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité. Capacités pédagogiques. Motivation pour l'activité de recherche. Projet professionnel cohérent.

Pré-requis (compétences spécifiques pour cette thèse) :




Pour postuler : Envoyer votre dossier à recrutement_these@mat.mines-paristech.fr comportant
• un curriculum vitae détaillé
• une copie de la carte d'identité ou passeport
• une lettre de motivation/projet personnel
• des relevés de notes L3, M1, M2
• 2 lettres de recommandation
• les noms et les coordonnées d'au moins deux personnes pouvant être contactées pour recommandation
• une attestation de niveau d'anglais

Engineer and / or Master of Science - Good level of general and scientific culture. Good level of knowledge of French (B2 level in french is required) and English. (B2 level in english is required) Good analytical, synthesis, innovation and communication skills. Qualities of adaptability and creativity. Teaching skills. Motivation for research activity. Coherent professional project.

Prerequisite (specific skills for this thesis):




Applicants should supply the following :
• a detailed resume
• a copy of the identity card or passport
• a covering letter explaining the applicant's motivation for the position
• detailed exam results
• two references : the name and contact details of at least two people who could be contacted
• to provide an appreciation of the candidate
• Your notes of M1, M2
• level of English equivalent TOEIC
to be sent to recrutement_these@mat.mines-paristech.fr

La corrosion à chaud consiste en des réactions chimiques sélectives affectant la composition et très souvent la microstructure des matériaux en surface et sous-surface. La zone affectée par ces réactions de surface peut s'étendre sur quelques micromètres à quelques dizaines de micromètres en service. Relier les évolutions chimiques et microstructurales dans cette zone affectée par la réactivité de surface aux propriétés mécaniques locales apparait nécessaire pour mieux prédire le comportement et l'endommagement des pièces en service.
Trois axes majeurs de recherche ont été identifiés pour cette thèse :
• Identification des mécanismes de corrosion (suite travaux R. Malacarne [2]) sur superalliages pour disques en présence de sels et en atmosphère oxydante contenant du SO2 (g).
• Détermination des équilibres entre phases permettant de prendre en compte la chimie des milieux sulfates et des sables dans l'élaboration des mécanismes et l'identification des étapes limitantes du mécanisme de corrosion.
• Etudier l'impact d'une pré-déformation et de la présence de sables et de sulfates sur respectivement les profondeurs affectées par la corrosion et la vitesse de propagation de fissures.

[ ] R.A. Rapp, Chemistry and electrochemistry of hot corrosion of metals, Materials Science and Engineering. 87 (1987) 319–327. https://doi.org/10.1016/0025-5416(87)90394-6
[2] R. Malacarne, S. Mathieu, M. Siblani, L. Aranda, S. Knittel, C. Desgranges, M. Vilasi, Corrosion Science (2023). In press. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111186
[3] N. Leost, et al. 'Full-field analysis of damage under complex thermomechanical loading.' International Journal of Fatigue (2023): 107513.
[4] Lancement du projet COMEHT pour l'étude de la corrosion à haute température, https://www.irt-m2p.fr/fr/articles/lancement-du-projet-comeht-pour-letude-de-la-corrosion-haute-temperature

Convention CIFRE

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