FR3027312A1 - Alliage binaire chrome-aluminium ayant une excellente resistance a la corrosion et procede de sa production - Google Patents
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Abstract
La présente divulgation concerne un alliage binaire chrome-aluminium ayant une excellente résistance à la corrosion et un procédé de sa production, et plus particulièrement un alliage binaire chrome-aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion, comprenant : 1 à 40 % en poids d'aluminium (Al), le restant de chrome (Cr) et d'autres impuretés inévitables, par rapport au poids total de l'alliage. Elle concerne également un procédé de production d'un alliage binaire chrome-aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion, ledit procédé comprenant : le mélange et la fusion d'une matière première comprenant 1 à 40 % en poids d'aluminium (Al), le restant de chrome (Cr), et d'autres impuretés inévitables, par rapport au poids total de l'alliage (étape 1) ; et le traitement en solution de l'alliage fondu au cours de l'étape 1 (étape 2). L'alliage binaire chrome-aluminium peut être facilement produit et possède une ductilité, ce qui lui permet d'être tout à fait applicable comme matériau de revêtement pour un matériau nécessitant une résistance à la corrosion à haute température et une résistance à l'usure.
Description
La présente demande de brevet revendique le bénéfice de la priorité de la demande de brevet coréenne n°10-20140141522, déposée le 20 octobre 2014.
Domaine de l'invention La présente divulgation concerne un alliage binaire chrome-aluminium ayant une excellente résistance à la corrosion et un procédé de sa production, et plus particulièrement, un alliage binaire chrome-aluminium comprenant 1 à 40 % en poids d'aluminium et un procédé de sa production. Description de l'art connexe Un matériau d'alliage de zirconium utilisé comme composant de noyau d'une composition combustible dans l'accident de Fukushima au Japon a dégagé une grande quantité d'hydrogène à une vitesse de réaction de corrosion très forte, ce qui est à l'origine de l'explosion de l'hydrogène dans une atmosphère oxydante à haute température dans laquelle le liquide de refroidissement s'est dissipé et la température du combustible nucléaire a augmenté. Compte tenu de ce fait, il a été confirmé que, si le matériau d'alliage de zirconium actuel était utilisé comme matériau de noyau dans une centrale nucléaire, cela ne posait pas de gros problèmes quand la situation était stable, mais la sécurité n'était pas garantie en cas d'accident. Une des solutions envisagées pour surmonter la limitation de l'alliage de zirconium en cas d'accident à haute température et pour augmenter grandement la sécurité de la composition combustible consiste à remplacer l'alliage de zirconium par un matériau ayant une excellente résistance à l'oxydation ou à revêtir une surface de l'alliage de zirconium par un matériau résistant à l'oxydation afin d'augmenter la résistance à l'oxydation. Ce qui veut dire que si un matériau dans lequel l'oxydation se produit difficilement est appliqué sur 5 l'alliage de zirconium, ou si un matériau de revêtement résistant à l'oxydation dans un environnement à haute température en situation d'accident est présent sur une surface de l'alliage de zirconium, la réaction d'oxydation est nettement réprimée afin de réduire le dégagement d'hydrogène 10 par la réaction d'oxydation, si bien qu'un risque d'explosion de l'hydrogène peut être évité. Pour résoudre ce problème, dans les laboratoires et les universités du monde entier on mène des recherches concernant le développement d'un matériau SiC/SiCf, d'un alliage FeCrAl, 15 d'une gaine tubulaire revêtue de Zr-Mo, d'une gaine tubulaire revêtue de Zr, ou similaire avec un nouveau matériau afin d'améliorer la sécurité d'une centrale nucléaire dans un environnement tel que l'accident de Fukushima. Cependant, ces technologies matérielles sont favorables 20 dans une situation normale, mais défavorables en situation d'accident et vice versa. Par exemple, un matériau SiC/SiCf a été évalué comme ayant une excellente résistance à haute température et une résistance à l'oxydation supérieure, mais comme présentant des inconvénients du fait que la dissolution 25 du matériau s'effectue très rapidement dans un environnement stable et que le coût de production est très élevé. L'alliage de FeCrAl a une excellente résistance à la corrosion en situations stable et d'accident, mais, du fait d'une caractéristique matérielle, il comporte une section 30 transversale d'absorption des neutrons importante et une propriété de récupération du tritium faible, ce qui présente l'inconvénient que l'alliage FeCrAl n'est pas productible économiquement quand il est utilisé lors d'un fonctionnement stable. La gaine tubulaire revêtue de Zr-Mo a une excellente résistance à la température élevée, mais son coût est grandement augmenté quand il faut la produire sous forme tri-couche et il reste toujours un grand nombre de problèmes à résoudre techniquement. La gaine tubulaire revêtue de Zr présente l'avantage d'accélérer le cycle de développement à un coût relativement bas par rapport à d'autres technologies, mais aussi l'inconvénient d'un faible effet du revêtement à cause d'un problème d'écaillage de la couche de revêtement et de réaction du matériau de revêtement avec un matériau à base de Zr à haute température.
Cela veut dire que si l'alliage de FeCrAl ayant une excellente résistance à la corrosion est appliqué sur la gaine tubulaire revêtue de Zr, il se pose le problème que la composition du matériau de revêtement se modifie par inter-diffusion du Zr et du Fe à une température de 950 °C ou plus et le matériau de base de la gaine tubulaire de Zr forme un composé intermétallique à base de Zr-Fe qu'il faut modérer. Quand une couche de Cr pur est appliquée sur le matériau de base de la couche de la gaine de Zr, l'interdiffusion entre Cr et Zr peut se produire à 1400 °C ou plus, afin de réduire un problème d'altération de la microstructure. Cependant, la gaine tubulaire revêtue de Zr est sensible aux chocs du fait de la faible ductilité de la couche de Cr et a une résistance à l'oxydation à haute température relativement faible par rapport à l'alliage de FeCrAl.
En attendant, comme art connexe concernant un alliage ayant une forte résistance à la corrosion, le brevet coréen délivré n°10-0584113 divulgue un matériau de FeCrAl et un procédé de sa production. En l'espèce, comme procédé de production d'un matériau de FeCrAl par atomisation gazeuse, l'art connexe propose un procédé de production d'un matériau de FeCrAl qui est caractérisé en que le matériau de FeCrAl contient : du fer (Fe), du chrome (Cr) et de l'aluminium (Al) 5 et comprend en outre au moins un élément parmi le molybdène (Mo), le hafnium (Hf), le zirconium (Zr), l'yttrium (Y), l'azote (N), le carbone (C) et l'oxygène (0) ; une matière fondue à pulvériser contient 0,05 % à 0,50 % en poids de tantale (Ta) et moins de 0,10 % en poids de titane (Ti) ; et 10 une composition de la matière fondue est déterminée de sorte qu'une composition d'une poudre obtenue après pulvérisation soit de Fe : restant, Cr : 15-25, Al : 3-7, Mo : < 5, Y : 0,05-0,60, Zr : 0,01-0,30, Hf : 0,05-0,50, Ta : 0,05-0,50, Ti : < 0,10, C : 0,01-0,05, N : 0,01-0,06, 0 : 0,02-0,10, Si : 15 0,10-0,70, Mn : 0,05-0,50, P : < 0,8, S : < 0,005 [unité en % en poids]. Cependant, puisque le matériau de FeCrAl, du fait de sa caractéristique matérielle, a une section transversale d'absorption des neutrons importante et une propriété de 20 récupération du tritium faible produite dans un combustible nucléaire, le matériau de FeCrAl n'est pas productible économiquement quand il doit être utilisé dans une situation stable et pose le problème qu'un matériau de base de la gaine tubulaire en Zr forme un composé intermétallique à base de Zr 25 - Fe qu'il faut modérer quand le matériau de FeCrAl doit être appliqué sur la gaine tubulaire en Zr. Ainsi, il est difficile d'atteindre des objectifs à la fois de sécurité et de faisabilité économique avec une des combinaisons de matériaux et de technologies de revêtement 30 rapportées jusqu'à présent, dans une situation stable ou une situation d'accident de la centrale nucléaire. Par conséquent, lors de la réalisation de recherches sur un matériau ayant une résistance élevée à la corrosion, capable d'atteindre à la fois des objectifs de sécurité et de faisabilité économique dans une situation stable ou d'accident de la centrale nucléaire, les présents inventeurs ont confirmé qu'un alliage binaire chrome-aluminium incluant 1 à 40 % en poids d'aluminium avait une dureté élevée et une bonne résistance à l'oxydation et ont réalisé la présente invention. Un objectif de la présente invention est de proposer un alliage binaire chrome-aluminium présentant une excellente 10 résistance à la corrosion. Un autre objectif de la présente invention est de proposer un procédé de production d'un alliage binaire chrome-aluminium ayant une excellente résistance à la corrosion. Un autre objectif de la présente invention encore est de 15 proposer un matériau structurel pour un environnement à haute température comprenant un alliage binaire chrome-aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion. Un autre objectif de la présente invention encore est de proposer un matériau de revêtement de surface d'un matériau 20 métallique, le matériau de revêtement de surface comprenant un alliage binaire chrome-aluminium ayant une excellente résistance à la corrosion. Afin d'atteindre ces objectifs, la présente invention propose un alliage binaire chrome-aluminium présentant une 25 excellente résistance à la corrosion, ledit alliage binaire chrome-aluminium comprenant 1 à 40 % en poids d'aluminium, le restant étant constitué de chrome (Cr) et d'autres impuretés inévitables, par rapport au poids total de l'alliage. La présente invention propose également un procédé de 30 production d'un alliage binaire chrome-aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion, ledit procédé de production comprenant : le mélange et la fusion d'une matière première comprenant de 1 à 40 % en poids d'aluminium (Al), le restant de chrome (Cr) et d'autres impuretés inévitables, par rapport au poids total de l'alliage (étape 1) ; et le traitement en solution de l'alliage fondu au cours de l'étape 1 (étape 2).
En outre, la présente invention propose un alliage binaire chrome-aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion, produit conformément au procédé et ayant une dureté de 250 à 450 Hv et une résistance à l'oxydation à haute température 100 à 200 fois supérieure à celle d'un alliage zircaloy-4, 5 à 10 fois supérieure à celle du chrome pur et 2 à 10 fois supérieure à celle d'un alliage de FeCrAl. En outre, la présente invention propose un matériau structurel pour un environnement à haute température comprenant ledit alliage binaire chrome-aluminium présentant 15 une excellente résistance à la corrosion. En outre, la présente invention propose un matériau de revêtement de surface d'un matériau métallique, ledit matériau de revêtement de surface comprenant l'alliage binaire chrome-aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion. 20 Les objectifs, caractéristiques et avantages indiqués ci-dessus, ainsi que d'autres, de la présente invention seront mieux compris à la lumière de la description détaillée suivante considérée conjointement avec les dessins ci-joints, 25 dont : La figure 1 est un graphique montrant la dureté d'un alliage binaire chrome-aluminium produit dans les exemples 1 à 5 et d'un matériau métallique des exemples comparatifs 1 à 3 mesurés par un microtesteur de dureté Vickers ; 30 La figure 2 montre une photographie d'un appareil d'expérimentation de l'oxydation à haute température et un schéma décrivant les conditions de l'expérience ; La figure 3 est un graphique montrant la hausse de poids des alliages binaires chrome-aluminium produits dans les exemples 1 à 5 et des matériaux métalliques des exemples comparatifs 1 à 3 en fonction du temps, à la suite d'une expérience d'oxydation à haute température ; La figure 4 est un graphique montrant la hausse en poids des alliages binaires chrome-aluminium produits dans les exemples 1 à 5 et des matériaux métalliques des exemples comparatifs 1 à 3 après une expérience d'oxydation à haute température de 7200 secondes ; La figure 5 est le graphique obtenu par conversion semilogarithmique du graphique de la figure 4 ; et La figure 6 montre des photographies de coupes transversales des alliages binaires chrome-aluminium produits dans les exemples 1 à 5 et des matériaux métalliques des exemples comparatifs 1 à 3, observés au microscope électronique à balayage après une expérience d'oxydation à haute température.
La présente invention propose un alliage binaire chrome- aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion, ledit alliage binaire chrome-aluminium comprenant 1 à 40 % en poids d'aluminium, le restant de chrome et d'impuretés inévitables par rapport au poids total de l'alliage.
Dans ce qui suit, l'alliage binaire chrome-aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion selon la présente invention va être décrit plus en détail. De manière classique, afin d'améliorer la sécurité d'une centrale nucléaire, on a développé comme matériaux perfectionnés un matériau de SiC/SiCf, un alliage de FeCrAl, une gaine tubulaire revêtue de Zr-Mo, une gaine tubulaire revêtue de Zr et similaires, mais ils présentent les inconvénients que l'on a décrits ci-dessus. Par conséquent, les combinaisons de matériaux et de technologies de revêtement indiquées jusqu'ici posent des difficultés en matière de réalisation des objectifs à la fois de sécurité et de faisabilité économique en situation stable et en situation d'accident dans une centrale nucléaire. Cependant, la présente invention propose un alliage binaire chrome-aluminium dans lequel la teneur en aluminium est de 1 à 40 % en poids par rapport au poids total de l'alliage.
Cr forme un oxyde stable Cr203 par une réaction d'oxydation et Al forme un oxyde stable A1203 par une réaction d'oxydation, ce qui augmente la résistance à la corrosion de l'alliage binaire Cr-Al. En cas d'application dans les centrales nucléaires, l'alliage binaire chrome-aluminium présente une excellente résistance à la corrosion en situation d'accident ainsi qu'en situation de fonctionnement stable, ce qui a pour effet de permettre un accroissement net de la faisabilité économique et de la sécurité de la centrale nucléaire en cas d'accident.
Quand un alliage binaire comprend moins de 1 % en poids d'aluminium, on rencontre le problème que l'amélioration en matière de résistance à la corrosion grâce à l'aluminium est faible, et quand un alliage binaire comprend plus de 40 % en poids d'aluminium, l'alliage binaire possède une faible résistance à la corrosion due à la formation d'un composé intermétallique A18Cr5, il est difficile à travailler car le composé intermétallique a une fragilité très élevée concernant cette caractéristique, et sa composition est difficile à contrôler. En plus, puisque le point de fusion diminue dès que la quantité d'aluminium ajoutée augmente, on rencontre le problème qu'il devient impossible d'utiliser l'alliage binaire à hautes températures, comme en cas d'accident dans une centrale nucléaire.
L'aluminium est de préférence inclus en une quantité de 1 % à 18 % en poids ou 22 % à 40 % en poids. Quand on inclut 1 % à 18 % en poids d'aluminium, l'aluminium est présent sous forme de soluté dans une solution solide Al-Cr, et quand on inclut 22 % à 40 % en poids d'aluminium, une phase riche en aluminium et une phase riche en chrome sont présentes séparément dans l'alliage. Quand plus de 18 % et moins de 22 % en poids d'aluminium sont présents, un composé intermétallique A1Cr2 peut se 10 former, ce qui réduit plutôt la résistance à la corrosion. La présente invention propose un procédé de production d'un alliage binaire chrome-aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion, ledit procédé comprenant : le mélange et la fusion des matières premières 15 comprenant 1 à 40 % en poids d'aluminium (Al), le restant de chrome (Cr), et d'autres impuretés inévitables, par rapport au poids total de l'alliage (étape 1) ; et le traitement en solution de l'alliage fondu au cours de l'étape 1 (étape 2). Dans ce qui suit, un procédé de production d'un alliage 20 binaire chrome-aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion selon la présente invention va être décrit pour chaque étape plus en détails. Dans le procédé de production d'un alliage binaire chrome-aluminium présentant une excellente résistance à la 25 corrosion selon la présente invention, l'étape 1 est une étape de mélange et de fusion des matières premières comprenant 1 à 40 % en poids d'aluminium (Al), le restant de chrome (Cr), et d'autres impuretés inévitables, par rapport au poids total de l'alliage. 30 A l'étape 1, les matières premières sont mélangées et fondues dans un bain de métal fondu pour produire un alliage dans lequel les matières premières sont mélangées de manière homogène.
De manière classique, afin d'améliorer la sécurité d'une centrale nucléaire, on a développé comme matériaux perfectionnés un matériau de SiC/SiCf, un alliage de FeCrAl, une gaine tubulaire revêtue de Zr-Mo, une gaine tubulaire 5 revêtue de Zr et similaires, mais ils présentent les inconvénients que l'on a décrits ci-dessus. Par conséquent, les combinaisons de matériaux et de technologies de revêtement indiquées jusqu'ici posent des difficultés en termes de réalisation des objectifs à la fois de sécurité et de 10 faisabilité économique en situation stable et en situation d'accident dans une centrale nucléaire. La présente invention propose néanmoins un alliage binaire chrome-aluminium dans lequel la quantité d'aluminium est de 1 % à 40 % en poids. 15 Par rapport aux composés intermétalliques à base d'oxyde (Si02, Cr203, A1203, Zr02), de carbure (Cr3C2, SiC, ZrC), à base de nitrure (ZrN), et une phase MAX (composé additionné de C ou de N), l'alliage binaire chrome-aluminium est facile à produire. Aussi, la ductilité de l'alliage binaire chrome- 20 aluminium permet non seulement de produire facilement un produit mais aussi d'améliorer l'applicabilité en tant que matériau de revêtement. En plus, l'alliage binaire chrome-aluminium possède une excellente résistance à la corrosion pour réduire significativement le phénomène de risque 25 d'explosion de l'hydrogène provoqué par une réaction d'oxydation excessive quand on l'utilise comme composant et matériau de revêtement dans une centrale nucléaire. L'aluminium est de préférence inclus en une quantité de 1 % à 18 % en poids ou 22 % à 40 % en poids. Quand on inclut 30 1 % à 18 % en poids d'aluminium, l'aluminium est présent sous forme de soluté dans une solution solide Al-Cr, et quand on inclut 22 % à 40 % en poids d'aluminium, une phase riche en aluminium et une phase riche en chrome sont présentes séparément dans l'alliage. Quand plus de 18 % et moins de 22 % en poids d'aluminium sont présents, un composé intermétallique A1Cr2 peut se former, ce qui réduit plutôt la résistance à la corrosion.
En attendant, la fusion à l'étape 1 peut être réalisée à une température de 1400 °C à 1800 °C. Quand la fusion de l'étape 1 est réalisée à moins de 1400 °C, il peut se poser le problème que l'état fondu liquide ne peut être maintenu et qu'un alliage n'est donc pas adéquatement formé, et quand la fusion de l'étape 1 est réalisée à plus de 1800 °C, il peut se poser les problèmes que la réactivité du métal fondu est augmentée, renfermant alors une grande quantité d'impuretés, et que l'Al présentant un bas point de fusion s'évapore, ce qui pose une difficulté dans le contrôle de la composition, et que les coûts augmentent. Dans le procédé de production d'un alliage binaire chrome-aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion selon la présente invention, l'étape 2 est une étape de traitement en solution de l'alliage fondu au cours de l'étape 1. A l'étape 2, l'alliage fondu à l'étape 1 est chauffé jusqu'à une gamme de températures à laquelle l'alliage fondu se transforme en solution solide, et est refroidi brutalement pour maintenir l'état de solution solide, et grâce à cette étape, les éléments de l'alliage peuvent facilement former la solution solide. Le traitement en solution de l'étape 2 peut être réalisé à une température de 950 °C à 1200 °C. Quand la température est inférieure à 950 °C dans le traitement en solution de l'étape 2, il se pose le problème que le précipité de AlCr2 n'est pas complètement fondu et la propriété désirée n'est ainsi pas obtenue, et quand la température est supérieure à 1200 °C, le coût de production est accru si bien que le traitement en solution de l'étape 2 est économiquement infaisable. La présente invention propose un alliage binaire chrome-aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion, 5 l'alliage binaire chrome-aluminium produit selon le procédé décrit ci-dessus, et possédant une dureté de 250 à 450 Hv, et une résistance à l'oxydation à haute température de 100 à 200 fois supérieure à celle d'un alliage zircaloy-4, 5 à 10 fois supérieure à celle du chrome pur, et 2 à 10 fois supérieure à 10 celle d'un alliage de FeCrAl. La présente invention concerne un alliage binaire chrome-aluminium comprenant 1 à 40 % en poids d'aluminium, ledit alliage binaire pouvant avoir d'excellentes propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion à température 15 ambiante ainsi qu'à hautes températures. En particulier, l'alliage binaire chrome-aluminium peut avoir une dureté allant de 250 à 450 Hv, et une résistance à l'oxydation à haute température de 100 à 200 fois supérieure à celle d'un alliage zircaloy-4, 5 à 10 fois supérieure à celle du chrome 20 pur, et 2 à 10 fois supérieure à celle d'un alliage de FeCrAl. La présente invention propose un matériau structurel pour un environnement à haute température comprenant l'alliage binaire chrome-aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion. 25 Puisque l'alliage binaire chrome-aluminium selon la présente invention présente une excellente résistance à la corrosion même à haute température, ainsi qu'à température ambiante, l'alliage binaire chrome-aluminium peut ne pas être utilisé seulement comme matériau pour des composants dans une 30 centrale nucléaire mais être aussi appliqué à un matériau structurel utilisé dans un environnement à haute température, comme la production d'électricité thermique, un moteur d'aéronef et une turbine à gaz.
La présente invention propose un matériau de revêtement de surface comprenant ledit alliage binaire chrome-aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion. Selon la présente invention, puisque l'alliage binaire chrome-aluminium présente une résistance à la corrosion supérieure, est facile à produire et possède une ductilité, l'alliage binaire chrome-aluminium peut être appliqué en tant que matériau de revêtement. L'alliage binaire chrome-aluminium peut être utilisé comme matériau de revêtement de zirconium utilisé dans une centrale nucléaire et comme matériau de revêtement d'un matériau structurel métallique utilisé à haute température en plus de la centrale nucléaire. Dans le cas présent, le matériau métallique peut être l'acier inoxydable ou l'inconel et présente les avantages de réduire les coûts et les délais pour le développement technologique par rapport à un matériau anti-oxydation perfectionné, grâce au dépôt de l'alliage de la présente invention sur un tel matériau.
Ci-après, la présente invention va être décrite ci- dessous plus en détail en se référant aux exemples suivants. Cependant, les exemples suivants sont fournis à titre d'illustration seulement et l'étendue de la présente invention ne devra pas y être limitée d'une manière quelconque.
Exemple 1 : Production d'un alliage de Cr-2A1 Etape 1 : une température de fusion a été fixée à 1600 °C, et par fusion à l'arc sous vide, un alliage ayant une composition comprenant 2 % en poids d'aluminium, le restant de 30 chrome et d'impuretés inévitables a été produit. Etape 2 : l'alliage ayant passé l'étape 1 a été traité en solution à 1100 °C pendant 20 minutes afin de produire un alliage binaire chrome-aluminium.
Exemple 2 : Production d'un alliage de Cr-4A1 Un alliage binaire chrome-aluminium a été produit en appliquant la même procédure que dans l'exemple 1, sauf que la 5 quantité d'aluminium de l'étape 1 de l'exemple 1 a été portée à 4 % en poids. Exemple 3 : Production d'un alliage de Cr-6A1 Un alliage binaire chrome-aluminium a été produit en 10 appliquant la même procédure que dans l'exemple 1, sauf que la quantité d'aluminium de l'étape 1 de l'exemple 1 a été portée à 6 % en poids. Exemple 4 : Production d'un alliage de Cr-15A1 15 Un alliage binaire chrome-aluminium a été produit en appliquant la même procédure que dans l'exemple 1, sauf que la quantité d'aluminium de l'étape 1 de l'exemple 1 a été portée à 15 % en poids. 20 Exemple 5 : Production d'un alliage de Cr-30A1 Un alliage binaire chrome-aluminium a été produit en appliquant la même procédure que dans l'exemple 1, sauf que la quantité d'aluminium de l'étape 1 de l'exemple 1 a été portée à 30 % en poids. 25 Exemple comparatif 1 : Chrome pur Un chrome commercial de haute pureté pour une matière première de revêtement (pureté de 99,9 % ou plus) a été préparé à titre d'exemple comparatif 1. 30 Exemple comparatif 2 : FeCrAl Un alliage de FeCrAl commercial (nom de produit : Kantal APMT) a été préparé à titre d'exemple comparatif 2.
Exemple comparatif 3 : zircaloy-4 Un zircaloy-4 commercial (nom de produit : zircaloy-4) a été préparé à titre d'exemple comparatif 3.
Exemple expérimental 1 : Mesure de la dureté Pour étudier les propriétés mécaniques des alliages de chrome-aluminium produits dans les exemples 1 à 5 et des matériaux métalliques des exemples comparatifs 1 à 3, la dureté a été mesurée en situation de maintien d'une charge de 98 mN pendant 10 secondes à température ambiante par un microtesteur de dureté Vickers et le résultat est indiqué sur la figure 1. Ensuite, la valeur de la dureté a été mesurée 10 fois pour chaque échantillon et une moyenne a été déterminée.
Comme le montre la figure 1, on peut voir que les exemples 1 à 5 ont une dureté élevée d'environ 260 à 410 Hv. D'autre part, le chrome pur dans l'exemple comparatif 1 avait une dureté d'environ 290 Hv et l'alliage de FeCrAl dans l'exemple comparatif 2 avait une dureté d'environ 260 Hv, et le zircaloy-4 dans l'exemple comparatif 3 avait une dureté d'environ 240 Hv, mais on peut voir que la dureté de ces exemples comparatifs n'excède pas environ 300 Hv. A la suite de l'observation de l'entaillage après la mesure de dureté, puisque la valeur de dureté était élevée, mais qu'aucune fissure autour de l'entaillage n'a été observée dans les alliages des exemples de la présente invention, on a pu confirmer qu'aucune fragilité n'apparaissait dans le matériau d'oxyde et le composé intermétallique. Compte tenu de ces résultats, on peut constater que la dureté des alliages binaires chrome-aluminium selon la présente invention est excellente par rapport à celle des matériaux métalliques des exemples comparatifs. En plus, puisque les alliages des exemples de la présente invention ont une dureté supérieure à celle du zircaloy-4, les alliages des exemples de la présente invention auront une résistance à l'usure élevée par rapport au zircaloy-4 quand ils sont appliqués à une gaine tubulaire.
Exemple expérimental 2 : Mesure de résistance à l'oxydation à haute température Pour étudier la résistance à l'oxydation à haute température des alliages de chrome-aluminium produits dans les exemples 1 à 5 et des matériaux métalliques des exemples comparatifs 1 à 3, la température a été portée à 1200 °C à une vitesse de chauffage de 50 °C/min et a été maintenue pendant 7200 secondes et refroidie par air pour réaliser une expérience d'oxydation à la vapeur à haute température avec un analyseur thermogravimétrique (TGA-51-SHIMADZU) montré sur la figure 2, et le résultat est illustré sur les figures 3 à 5. En plus, après l'expérience d'oxydation à la vapeur à haute température, les coupes transversales des exemples 3 à 5 ont été observées au microscope électronique à balayage et les résultats sont indiqués sur la figure 6. Comme le montrent les figures 3 à 5, on peut voir que le taux d'oxydation des exemples 1 à 5 est inférieur d'environ 20 fois, au maximum d'environ 200 fois à celui de l'alliage au zirconium de l'exemple comparatif 3. En particulier, dans le cas des exemples 1 à 3 et 5, on peut voir que le taux d'oxydation des exemples 1 à 5 est inférieur d'environ 10 fois à celui du chrome pur de l'exemple comparatif 1 et d'un alliage de FeCrAl de l'exemple comparatif 2. Comme le montre la figure 6, dans le cas des exemples 1 à 3 et 5 où les caractéristiques de résistance à l'oxydation à haute température sont la plupart du temps excellentes, on peut voir qu'un film d'oxyde dense sans fissure a été formé sur la surface de chacun des alliages.
Compte tenu de ces résultats, on voit bien que la résistance à l'oxydation à haute température de l'alliage binaire chrome-aluminium comprenant 1 à 40 % en poids d'aluminium est excellente par rapport au zirconium, au chrome pur, à un alliage de FeCrAl, et en particulier, dans les cas où il inclut de 1 à 12 % ou de 20 à 40 % en poids d'aluminium, une propriété de résistance à l'oxydation encore meilleure s'observe. Selon la présente invention, un alliage binaire chrome- aluminium est facile à produire et possède une ductilité, ce qui lui permet d'être tout à fait applicable à un matériau nécessitant une résistance à la corrosion à haute température et une résistance à l'usure, comme matériau de revêtement. En plus, l'alliage binaire chrome-aluminium possède une excellente résistance à la corrosion en situation d'accident dans une centrale nucléaire ainsi qu'en situation stable, ce qui a pour effet d'augmenter significativement la faisabilité économique et la sécurité vis-à-vis des accidents d'une centrale nucléaire.
Bien que les modes de réalisation préférés de la présente invention aient été exposés à des fins d'illustration, l'homme du métier appréciera que différentes modifications, additions et substitutions soient possibles, sans s'éloigner de l'étendue et de la visée de l'invention telle qu'elle a été exposée dans les revendications ci-jointes.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Alliage binaire chrome-aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion, comprenant : 1 à 40 % en poids d'aluminium (Al), le restant de chrome (Cr) et d'autres impuretés inévitables, par rapport au poids total de l'alliage.
- 2. Alliage binaire chrome-aluminium selon la 10 revendication 1, dans lequel l'aluminium est inclus en une quantité de 1 à 18 % en poids ou de 22 à 40 % en poids, par rapport au poids total de l'alliage.
- 3. Procédé de production d'un alliage binaire chrome-15 aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion, ledit procédé comprenant : le mélange et la fusion d'une matière première comprenant 1 à 40 % en poids d'aluminium (Al), le restant de chrome (Cr), et d'autres impuretés inévitables, par rapport au poids total 20 de l'alliage (étape 1) ; et le traitement en solution de l'alliage fondu au cours de l'étape 1 (étape 2).
- 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel 25 l'aluminium est inclus en une quantité de 1 à 18 % en poids ou de 22 à 40 % en poids, par rapport au poids total de l'alliage.
- 5. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la 30 fusion de l'étape 1 est réalisée à une température de 1400 °C à 1800 °C.
- 6. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le traitement en solution de l'étape 2 est réalisé à une température de 950 °C à 1200 °C.
- 7. Alliage binaire chrome-aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion, produit selon le procédé de la revendication 3, ledit alliage binaire chrome-aluminium ayant une dureté de 250 à 450 Hv et une résistance à l'oxydation à haute température 100 à 200 fois supérieure à celle d'un alliage zircaloy-4, 5 à 10 fois supérieure à celle du chrome pur et 2 à 10 fois supérieure à celle d'un alliage de FeCrAl.
- 8. Matériau structurel pour un environnement à haute 15 température, comprenant l'alliage binaire chrome-aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion de la revendication 7.
- 9. Matériau de revêtement de surface pour un matériau 20 métallique, comprenant l'alliage binaire chrome-aluminium présentant une excellente résistance à la corrosion de la revendication 7.
- 10. Matériau de revêtement de surface de la 25 revendication 9, dans lequel le matériau métallique est l'acier inoxydable ou l'inconel.
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