High-Temperature Oxidation Protection of y-Based TiAl by Sputtered AlOF Films

Les aluminures de titane (TiAl) ont récemment été introduits dans la confection de lames de turbine basse-pression chez certains fournisseurs de réacteurs d'avion. Leur force et leur module d'Young spécifiques se comparent à ceux des alliages de nickel présentement utilisés en industrie, mais leur faible densité permet de réduire le poids des lames et des pièces les soutenant. Une telle réduction du poids des moteurs mène à des économies de carburant intéressantes, qui se traduisent ultimement par la réduction des coûts d'opération et des émissions polluantes. Il est cependant difficile d'utiliser le TiAl dans des étages des moteurs autres que les turbines basse-pression, où les températures sont somme toute basses, puisque qu'il s'oxyde rapidement lorsqu'exposé à des températures supérieures à 750 �C. L'objectif du projet présenté dans ce mémoire est de prévenir l'oxydation à haute température du TiAl en utilisant des revêtements pulvérisés fluorés. La présence de fluor dans les revêtements permet l'utilisation de l'effet halogène, un moyen efficace de protéger le TiAl contre l'oxydation. En effet, lorsqu'exposé aux hautes températures d'opération, il y a formation de fluorures d'aluminium sous l'interface du TiAl, suivie de leur diffusion jusqu'à la surface et de leur oxydation, ce qui crée une couche protectrice d'oxyde d'aluminium. Cet oxyde est reconnu pour son imperméabilité à l'oxygène, ce qui permet de protéger le TiAl de l'oxydation future. Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur la production de revêtements fluorées d'oxy-fluorure d'aluminium par pulvérisation magnétron réactive dans une atmosphère de CF4 et de O2. La chimie du plasma réactif est monitorée par spectrométrie de masse. La puissance de pulvérisation et l'apport en oxygène dans le plasma réactif sont variés pour comprendre leurs effets sur la composition chimique du plasma. La composition des revêtements d'AlOF est ensuite à son tour mesurée, à l'aide de la spectroscopie de rétrodiffusion de Rutherford. Les relations entre cette composition et celle du plasma réactif sont ainsi établies. Finalement, différents revêtements d'AlOF à la composition connue sont oxydés pour déterminer leur capacité à protéger le TiAl. Pendant ces tests d'oxydation, les échantillons sont pesés pour monitorer leur prise de masse. Des tests d'oxydation sont effectués à différentes températures, pour caractériser leur cinétique d'oxydation. Ces travaux démontrent que les revêtements d'AlOF protègent efficacement le TiAl contre l'oxydation à haute température. Les prises de masses sont faibles (sous 0.5 mg cm−2 après 50 h d'oxydation à 875 �C) et les taux d'oxydations sont amoindris par la présence d'AlOF.