Controling the microstructure in refractory alloys
Alliages réfractaires à microstructure contrôlée
Résumé
The aim of this thesis was to address certain challenges concerning the mass production of tungsten nanopowders (W) and tungsten alloys (W-V-Cr and W-V), but also the study of their mechanical properties (ductility, yield strength) and their resistance to recrystallization after sintering, with a view to their use as a plasma-facing material in the ITER project. For mass production, syntheses of W nanopowders and W alloys were made from the combustion synthesis process, Self-propagating High-temperature Synthesis (SHS). Batch syntheses of between 50 and 500 g of powders were carried out at two temperatures (1800K and 2500K) in order to meet all the challenges relating to the scaling of this SHS process. These powders after characterization by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and dynamic light scattering (DLS) showed nanometric particles and a fairly similar microstructure (before and after scaling). As a result, the study of the mechanical properties (ductility and microhardness) and the resistance to recrystallization was carried out on blocks obtained after sintering by Spark Plasma Sintering (SPS). These characterizations have shown that W-V binary alloys have better ductility compared to pure W and ternary alloy WV2Cr2. In fact, a ductility of almost 37.5% was obtained during the compression test at ambient temperature of the W-V8 alloy. All the samples showed good resistance to recrystallization at 1000° C. for 1 h. These results are promising for use as materials of the divertor. However, it is necessary to supplement this with other characterizations such as the study of resistance to oxidation at high temperature, the study of thermal shocks, etc.
Cette thèse a été menée dans le but de répondre à certains défis concernant la production en masse de nanopoudres de tungstène (W) et d'alliages de tungstène (W-V-Cr et W-V), mais également l'étude de leurs propriétés mécaniques (ductilité, limite élastique) et de leur résistance à la recristallisation après frittage, en perspective à une utilisation comme matériau face au plasma dans le cadre du projet ITER. Concernant la production en masse, les synthèses de nanopoudres de W et d'alliages de W ont été faites à partir du procédé de synthèse par combustion, Self-propagating High-temperature Synthesis (SHS). Des synthèses de lots compris entre 50 et 500 g de poudres ont été effectuées à deux températures (1800K et 2500K) afin de répondre à tous les défis relatifs à la mise en échelle de ce procédé SHS. Ces poudres après caractérisations par Diffraction des rayons X, par microscopie électronique à balayage et Dynamic Light Scattering (DLS) ont montré des particules nanométriques et une microstructure assez similaire (avant et après mise en échelle). A suite de cela, l'étude des propriétés mécaniques (ductilité et microdureté) et de la résistance à la recristallisation a été menée sur des massifs obtenus après frittage par Spark Plasma Sintering (SPS). Ces caractérisations ont montré que les alliages binaires W-V présentent une meilleure ductilité par rapport au W pur et à l'alliage ternaire WV2Cr2. En effet, une ductilité de près de 37,5% a été obtenue lors de l'essai de compression à température ambiante de l'alliage W-V8. L'ensemble des échantillons ont présenté une bonne résistance à la recristallisation à 1000°C pendant 1h. Ces résultats sont prometteurs pour une utilisation comme matériaux du divertor. Néanmoins, il est nécessaire de compléter par d'autres caractérisations comme l'étude de la résistance à l'oxydation à haute température, l'étude des chocs thermiques, etc.
Origine : Version validée par le jury (STAR)