c Analyse des tailles de grains

III.4.c.i)

Validation

de

la

méthode

d’analyse

microstructurale

Les analyses EBSD effectuées sur le lot 3_d60-1315C-75MPa-2min_l p. laboratoire 1,05 Al et

présentées Figure III-27 ont été étudiées afin de procéder à une étude comparative des tailles de grains o te uesà pa à etteà thodeà a e à ellesà o te uesà pa à a al sesà d i agesà sur une même zone. La a tog aphieà d o ie tatio à desà g ai s,à l i ageà deà MOà e à lu i eà pola is eà i ulai e e tà età leà s ueletteàdeàlaà i ost u tu eàd te i eàpa àa al seàd i agesàso tà ep se t sàFigure III-29.

145

Figure III-29 : Comparaisons a) de la cartographie d'orientation des grains obtenue par EBSD, b) de l'image de la microstructure en MO et c) du squelette de la microstructure obtenu par analyses d'images d u à chantillon prélevé au sein

du lot 3_d60-1315C-75MPa-2min_l p. laboratoire 1,05 Al

Les numéros ASTM, les valeurs de surfaces moyennes et de diamètre équivalent obtenues à partir du logi ielàOIMàpou àl EB“Dàetà àpa ti àduàt aite e tàd i agesàdeàMOàso tàdo es dans le Tableau III-19.

Tableau III-19 : Nu osàá“TM,àsu fa esà o e esàetàdia t eà ui ale tào te usà àpa ti àduàlogi ielàOIMàpou àl EB“Dàetà à partir du traite e tàd i agesàdeàMO

EBSD MO

ASTM 13,72 13,67

Surface moyenne (µm²) 9,59 8,88 Diamètre équivalent (µm) 3,23 3,14

Lesàtaillesàdeàg ai sà u osàá“TM ào te uesàpa àa al seàd i agesàsont en très bon accord avec celles obtenues en EBSD. Les surfaces moyennes et les diamètres équivalents déterminés par analyse d i agesà so tà l g e e tà i f ieu sà à eu à alu esà pa à EB“D.à áà l i e se,à sià l o à o pa eà lesà distributions de surfaces ta liesà àpa ti àdesàdeu à thodes,àilàestàpossi leàd o se e àu eàdiff e e notable entre celles inférieures à 2 µm² (voir Figure III-30). Pour des raisons de clarté, les grains de su fa eàsup ieu eà à ൠ²à eàso tàpasà ep se t sàsu àl histog a eàp se t en Figure III-30. Ceux-

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Figure III-30 : Distributions surfaciques des grains déterminées par analyses d'images et par EBSD

En effet, seulement 0,6% des grains contre 48% présentent une surface inférieure à 2 µm² dans le cas deàl a al seàEB“Dàetàdeàl a al seàd i ages respectivement. Cette différence de distribution résulte essentiellement du traitement des images EBSD au p ala leà àl a al seàdesàg ai s.àE àeffet,àlo sàdeà l a al se,à ilà a i eà ueà e tai sà pi elsà soie tà alà i de sà auà sei à desà g ai s.à L a al seà à eà stadeà surestime le nombre de grains, ces pixels étant considérés comme des grains à part entière. Il est donc essai eàdeàp o de à àu àt aite e tàafi àd li i e à esàpi els.àDa sà etteà tude,àtousàlesàg ai sàdeà taille inférieure à 50 pixels (i. e. : dont la surface est inférieure à 2 m2_{) ont été supprimés. Cependant,}

la méthode de traitement étant non itérative, il subsiste des grains de surface inférieurs à 2µm² (0,6%) comme observé Figure III-30. Une observation plus fine des squelettes de microstructure obtenus ap sàa al seàd i agesàa montré que de tels grains existent réellement et u ilsàsont susceptibles d t eà ie àd fi is par analyse. De plus, la forte proportion de surface de grain inférieure à 2 µm² est en bon accord avec la proportion de particules de poudre de diamètre inférieur à 1,72 µm (et donc d ai eài f ieu eà à ൠ² .àE àeffet,àlesà sultatsàdeàg a ulo t ieàpe ette tàd esti e à u environ 76% de la population des particules de poudre présente un diamètre inférieur à 1,72 m. En o sid a tà ueàleàf ittageàpa à“P“àaffe teàpeuàlaàtailleàdeàg ai sàdeàpa àsaà apidit àetà ueàl i te fa eà e t eàdeu àpa ti ulesàdeàpoud esàe à ou sàdeàf ittageàseà a ifesteàg ale e tàpa àlaàfo atio àd u à joint de grain dans la microstructure en fo atio ,àilà estàpasà to a tàdeà et ou e àdesàg ai sàaussià fi sà àl issueàdeàlaàde sifi atio .àLeàt aite e tàdesàdo es EBSD conduit donc à une surestimation de la taille des autres grains et explique les différences de distribution surfacique observées. Malgré ces diff e es,àlesàdo esàsi ilai esàd á“TM,àdeàsu fa eà o e eàetàdeàdia t eà ui ale tàp se t esà Tableau III-19 atteste tàd u eà o eà oh e eàdesàdo esàd te i esàpa àa al seàd i ages, ceci malgré des étapes de traitement demeurant à optimiser.

147

III.4.c.ii)

Etude de l’hétérogénéité microstructurale

La cartographie EBSD réalisée sur le lot 1_d60-1315C-75MPa-2min p. laboratoire 1,05 Al et présentée en Figure III-31-aà o fi eà l e iste eà d u eà fo teà h t og it à deà taillesà deà g ai sà o eà précédemment observé. Cette hétérogénéité est caractéristique de la large distribution en tailles de grains des échantillons. Si la taille de grains est peu affectée par le frittage, il est possible que les zones à gros grains proviennent des particules de poudres de Ti3AlC2 les plus volumineuses comme observé

par granulométrie laser (cf Figure III-4). Le tamisage des poudres en amont pourrait donc permettre de limiter cette hétérogénéité microstructurale.

Figure III-31 : a) Cartographie EBSD sur le lot 1_d60-1315C-75MPa-2min p. laboratoire 1,05 A présentant une large distribution de tailles de grains - b) assimilation des grains définis par analyse EBSD à des ellipses sur une zone du lot 3_d60-

1315C-75MPa-2min_l p. laboratoire 1,05 A à des ellipses - c) Rapport d'aspect de ces ellipses représentatives

Les indications de surface moyenne, de numéro ASTM et de diamètre équivalent étudiées ici sont esse tielle e tàdo esà àtit eà o pa atif.àE àeffet,àl e se leàdesà ha tillo sàp se teàu eàla geà distribution en taille de grains se traduisant par un écart type de diamètre équivalent du même ordre de grandeur que la valeur de diamètre.

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De plus, les grains de phase MAX possèdent des morphologies fortement anisotropes. En effet, la plupa tàdesàg ai sààso tà a a t is sàpa àu eàfo eàallo g eàleàlo gàduàpla àdeà aseàetàfi eàselo àl a eà c. Cette anisotropie se retrou eà àplusieu sà hellesàpuis u o se eàauà i eauàdeàlaà ailleà istalli e,à elle gouverne la croissance des grains et donc leur morphologie finale. La densification par métallurgie desà poud esà assu e,à e à out e,à l la o atio à d u eà pastilleà p se ta tà u eà texture faible voire inexistante. Ainsi, les grains orientés de façon aléatoire peuvent présenter des tailles de grains diff e tesàsui a tàleàpla àd o se atio .àLaàFigure III-31-b présente une analogie de ces grains à des ellipses. La distribution des rapports « petit diamètre / grand diamètre » des ellipses analogues est représentée en Figure III-31- .àCeà appo tàestàe à o e eàdeà , à eà uià o fi eàl a isot opieàdesà grains observée. Dans ces conditions, il est difficile de déterminer une taille de grains moyenne. Le numéro ASTM étant basé sur une morphologie de grains de type équiaxe, il est donc nécessaire de considérer prudemment les résultats obtenus par EBSD et analysesàd i agesàd taill sàp de e t,à ceux-ci étant essentiellement utilisés de manière à comparer les lots de matière densifiés.

Au-delà de la large distribution en tailles de grains, la Figure III-31-a met en évidence la présence de phasesà se o dai esà p se ta tà desà di e sio sà deà l o d eà deà plusieu sà dizai esà oi eà e tai esà deà i o t es.à Bie à ueà leà t aite e tà d i agesà aità t à alis à su à à i agesà età do à su à u eà zo eà sup ieu eà à , à ²àafi àd i t g e àlesàsi gula it sà i ost u tu ales,àlaàD‘Xàpe etàd a al se àu eà ai eà aisà aussià u eà p ofo deu à deà ati eà plusà i po ta teà deà l o d eà deà uel uesà i o s .à Cepe da t,àlesàa al sesàpa àaffi e e tà‘iet eldà eàpe ette tàpasàd i t g e àlesàesp esàe àfai lesà quantit sàouàlesàesp esàa o phes.àE fi ,àl a al seàMEB,à alis eàsu àdesàzo esàplusà duites,àpe età d ide tifie àlaà atu eà hi i ueàdeàphasesàse o dai esàplusàsi guli esà elati esàau àp o d sàe plo sà et aux poudres initialement utilisées lors la synthèse de Ti3AlC2.àLaà o i aiso àdeàl e se leàdeà esà

149

III.5.

Bilan

Les paramètres de densification de Ti3AlC2 par SPS ont été optimisés à partir du frittage de pastilles de

diamètre 20 mm élaborées à partir de poudre industrielle de Ti3Al1-xSnxC2 (avec 0,20 < x < 0,24). Ces

paramètres ont de plus été validés sur des pastilles de 60 mm de diamètre élaborées à partir de trois poudres : la poudre industrielle et deux poudres synthétisées en laboratoire présentant une stœ hio t ieàdeà à e de tàdeàTiC àetà , àe àál.

Ilà aà t à o t à u u eà aug e tatio à deà te p atu e, de pression ou de temps de maintien en température ne modifie pas significativement la teneur en phases secondaires mais réduit le taux de po osit .àDeàplus,àl utilisatio àd u eà itesseàdeà o t eàe àte p atu eàp og essi eàau àa o dsàdeàlaà température de densification maximale se traduit par une augmentation de la densité finale. Le passageàd u eà itesseàdeà ef oidisse e tàdeàl o d eàdeà °C/ i à à °C/ i àengendre la fissuration des pastillesàdeà à àdeàdia t eàauà ou sàdeàl usi ageàpa à le t o osio àdeàpa àlesà o t ai tesà résiduelles induites. Le cycle « modèle » finalement sélectionné fait intervenir une montée progressive e à te p atu eà jus u à °C,à u eà sta ilisatio à deà à i utesà à u eà p essio à deà à MPaà età u à

ef oidisse e tàdeàl o d eàdeà °C/ i .à

Lesàa al sesàd i agesàe àMEBà– couplé ou non à un détecteur EBSD – et en MO ont permis de mettre en évidence une h t og it à i ost u tu aleà a a t isti ueà deà l e se leà desà ha tillo sà densifiés. Ainsi, de larges distributions de tailles de grains ont été relevées ainsi que des proportions en phases secondaires majoritaires (Al2O3, TixAly et TiC) et pores variant significativement suivant les

zo esàdeàp l e e t.àCesàde i esà aleu s,ào te uesà àl aideàd affi e e tà‘iet eldàetàdeà esu eàdeà asseà olu i ueàpa àpouss eàd á hi de,àp se te tàu à o àa o dàa e àlesà sultatsào te usàpa à a al seà d i agesà ie à u tant caractérisés par des incertitudes non négligeables. Les densités o te uesàpou àlesà ha tillo sàp le sà à œu àdeàpastillesàso tàse si le e tàplusài po ta tesà ueà ellesàd ha tillo sàp le sàe àsu fa eàsugg a tàai siàl e iste eàdeàg adie tsàde densification entre leà œu àetàlaàsu fa e.àCepe da t,àleà o eàd ha tillo sàa al s sà eàpe etàpasàd affi e àdeàfaço à univoque la tendance observée. Les tailles de grains les plus importantes ont été obtenues pour les échantillons contenant les teneurs en TiC les plus importantes et les teneurs en Al2O3 les plus faibles.

Des phases secondaires supplémentaires provenant des poudres initiales et des étapes de synthèse ont pu être observées. On relève ainsi la présence de grains riches en tungstène (impureté de la poudre deàTiCài itiale ,àdeàg ai sà i hesàe àCaàetà“ià p o e a tàduà e eàd e apsulatio àetàdeàg ai sà i hesàe à fer (provenant du TiC initial ou de la contamination par de la limaille de fer lors de la réduction en poudres).

Enfin, les résultats deà taillesà deà g ai sà o te usà pa à t aite e tà d i agesà o tà t à o pa sà à eu à obtenus par EBSD. Les résultats similaires de surface moyenne de grains, de diamètre équivalent et de

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u oàá“TMào te usàauàt a e sàdesàdeu à thodesàpe etàdeà alide àl utilisation de traitement d i agesàda sàleà ad eàd u eà tudeà o pa ati e.

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Chapitre IV.Résistance à l’oxydation

Ce chapitre d itàlesàp i ipau à sultatsàd o datio ào te usàsu àdesà ha tillo sàdeàTi3AlC2, dont la

synthèse est décrite au chapitre III, et testés selon différentes conditions opératoires (température, cyclage thermique ou palier isothe e,à e i o e e tà d essaià … .à Cesà sultatsà so tà ota e tà d itsàauà o e àdeàlaà a a t isatio àdesà ou hesàd o desàfo esàetàdesà a iatio sàdeà i ti uesà associées. Lesà o eu à pa a t esà ide tifi sà o eà ta tà sus epti lesà d i flue e à leà comportement en oxydation seront discutés individuellement lors de points intermédiaires développés dans ce chapitre, afin de pouvoir dans un second temps dégager les paramètres dominant lesà o po te e tsào se sàlo sàd u eàdis ussio àg ale.

U eàp e i eàpa tieàestàa eàsu àl i flue eàdeàlaàte p atu eàsu àlaà ou heàd o deàfo eàe àte esà deà atu eàetàst u tu eàdesào desàfo sàauà ou sàd o datio s isotherme et cyclique.

Da sàu eàse o deà pa tie,àl o datio àdeàdiff e tsàlotsàdeà ati eàestà tudi eà afi àdeàd te i e à l i pa tàdes caractéristiques microstructurales telles la nature et le taux de phases secondaires, de po esàouàe o eàl i flue eàdeàlaàtailleàdeàg ai sàetàde l o ie tatio à istalli eàsu àlesào desàfo sàetà su àlesà i ti uesàd o datio .

Lesà sultatsà o te usà so tà dis ut sà da sà u eà de i eà pa tieà afi à d e pli ue à lesà a is esà i te e a tàlo sàdeàl o datio àdeàTi3AlC2 et les différences de résistance à lo datio ào se es.

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