Oxydation à haute température de l’alliage Cu₅₄Ni₄₅Mn₁ : analyse isotherme

Abstract

Dans la recherche de nouveaux matériaux possédant un meilleur comportement à l’oxydation haute température, les alliages cuivre-nickel sont de bons candidats grâce à leur résistance à l’oxydation. Cette étude est consacrée à la cinétique d’oxydation isotherme de l’alliage Cu₅₄ Ni₄₅ Mn₁. Une étude de l’oxydation à haute température, de l’alliage Cu₅₄Ni₄₅Mn₁ (constantan) dans l’oxygène a été réalisée. Les oxydations ont été réalisées par thermogravimétrie en mode isotherme, pour une gamme de températures comprises entre 650 °C et 900 °C et suivies à l'aide du microscope électronique à balayage (MEB) couplé à l’EDX. Les résultats obtenus montrent que la cinétique n’est pas essentiellement parabolique mais elle est composée d’une loi parabolique (α < 20%), suivie de deux lois linéaires pour 20% < α < 40% et α > 50%. La couche d’oxyde formée se divise en deux régions : une région externe constituée de CuO et une région interne formée de Cu₂O, NiO et de MnO. L’interface entre les deux régions reflète la limite initiale de l’alliage, ce qui montre que l’oxydation est gouvernée par un mécanisme de diffusion. En perspective, une étude sur le rôle du manganèse dans la tenue à l’oxydation est envisagée ainsi que l’oxydation non isotherme de l’alliage.

Mots clés : Alliages cuivre-nickel, constantan, oxydation, diffusion.

English Title: High temperature oxidation of the Cu54Ni45Mn1 alloy: isothermal analysis

the search for new materials with better oxidation behavior, copper-nickel alloys are good candidates because of their resistance to oxidation. This study is devoted to the kinetic of oxidation of the Cu₅₄Ni₄₅Mn₁ alloy. A study of the oxidation of Cu54Ni45Mn1 (constantan) in oxygen at high temperature has been carried out. Oxidations studies performed by thermogravimetry in isothermal mode, for a range of temperatures between 650 °C and 900 °C and monitored using the scanning electron microscope (SEM) coupled to the EDX. The results obtained show that the kinetics is not essentially parabolic but it is composed of a parabolic law (α < 20%), followed by two linear laws for 20% < α < 40% and α > 50%. The obtained oxide layer is divided into two regions: an outer region consisting of CuO and an inner region formed of Cu₂O, NiO and MnO. The interface between the two regions reflects the initial limit of the alloy, which shows that the oxidation is governed by a diffusion mechanism. In perspective, a study on the role of manganese in the oxidation is envisaged as well as the non-isothermal oxidation of the alloy.
Keywords: Copper-nickel alloys, constantan, oxidation, diffusion.