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12 Novembre 2009 <ul><li>Matériaux métalliques pour la vitrification des déchets avant  stockage sous-terrain </li></ul>Bu...
12 Novembre 2009 <ul><li>Reproduction des conditions de l’application :  T(°C), ATM  </li></ul><ul><li>Instrumentation  Ca...
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<ul><li>Caractérisation du comportement en fonction de la température </li></ul><ul><li>Immersion d’une alliage préoxydé à...
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3.Vilasi_Contribution_à_la_sélection_des_matériaux_métalliques_en_vue_d’applications_nucléaires

  1. 1. Contribution à la sélection des matériaux métalliques en vue d’applications nucléaires Institut Jean Lamour - Equipe 206 Institut Jean Lamour - UMR 7198 12 Novembre 2009 Bure
  2. 2. Institut Jean Lamour - UMR 7198 12 Novembre 2009 Institut Jean Lamour Physique de la Matière et des Matériaux Plasmas Chauds – LPMIA Physique statistique – LPM/LPMIA Propriétés Electroniques et Magnétiques des Matériaux Fonctionnels – LPM Physique des Surfaces - LPM Conception et réalisation de micro et nanosystèmes – LPMIA/LPM Synthèse et Caractérisation d’Intermétalliques - LCSM Sections concernées au Comité national* : 2, 5, 6, 8, 10 * Dans l’ancienne nomenclature des sections Chimie-Physique des Solides et des Surfaces Procédés de Modification des Surfaces par Voie Sèche – LSGS Plasmas Réactifs et Couches Minces – LPMIA Métallurgie et Surfaces – LSG2M Thermodynamique et Corrosion – LCSM Matériaux pour hautes températures – LCSM Matériaux à Squelette Carboné - LCSM Matériaux Thermoélectriques – LPM Nanomatériaux - LPM Sections concernées au Comité national* : 6, 8, 10, 19 Élaboration, Microstructures et Propriétés Procédés d’élaboration - LSG2M Solidification - LSG2M Thermique-Mécanique et Microstructures - LSG2M Plasticité des Matériaux inorganiques – LPM Polymères, Composites et Verres – LPM Caractérisation  ,  , mécanique des surfaces modifiées – LSGS Sections concernées au Comité national : 5, 9, 10, 19, peut-être 15 pour les polyméristes
  3. 3. D.Veys-Renaux J. Steinmetz E. Rocca Matériaux orthodontiques P. Steinmetz C. Rapin J.M.Fiorani J.J. Kuntz N.David S.Mathieu M.Vilasi Cor Haute T° Verre Thermo Cor Basse T° carboxylates D.Veys-Renaux P. Berthod L. Aranda P.J. Panteix C. Petitjean Présentation de l’équipe 12 Novembre 2009 Institut Jean Lamour - UMR 7198
  4. 4. Historique <ul><li>Dès 1975, le laboratoire LCSM-UHP Nancy s’est intéressé à la dégradation des parties chaudes en superalliages bases nickel des moteurs aéronautiques </li></ul>Institut Jean Lamour - UMR 7198 12 Novembre 2009 <ul><li>Notamment les aubes de turbines qui subissent les agressions par les gaz de combustion oxydants comme O 2 et SO 2 </li></ul>
  5. 5. Historique <ul><li>Dès 1975, le laboratoire LCSM-UHP Nancy s’est intéressé à la dégradation des parties chaudes en superalliages bases nickel des moteurs aéronautiques </li></ul>Institut Jean Lamour - UMR 7198 12 Novembre 2009 Et les phases condensées liquides Na 2 SO 4 <ul><li>Notamment les aubes de turbines qui subissent les agressions par les gaz de combustion oxydants comme O 2 et SO 2 </li></ul>
  6. 6. <ul><li>Cinétique hétérogène : réactions solide-gaz </li></ul><ul><li>Chimie des liquides à Oxoanions tels que Na 2 SO 4 , Na 2 SiO 4 , Na 2 CO 3 avec T fusion > 500°C </li></ul><ul><li>LiCl-NaCl-KCl, Hg-Pb-Bi  dans un degré moindre </li></ul>Depuis 35 ans, expertise en : Inter êt porté à d’autres applications haute température <ul><li>Aéronautique : toujours </li></ul><ul><li>Industrie verrière, </li></ul><ul><li>Nucléaire, </li></ul><ul><li>Incinération des déchets urbains </li></ul>Compétences Institut Jean Lamour - UMR 7198 12 Novembre 2009
  7. 7. <ul><ul><li>Procédé de Vitrification des déchets ultimes (3 thèses) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Caractérisation de la corrosivité des verres </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Corrosion des matériaux métalliques et céramiques </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Elaboration de revêtements protecteurs </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Développement d’une électrode spécifique à O 2 </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Les Réacteurs ADS (1 Thèse) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Etude thermo. du système Pb-Bi-Hg-Fe-Cr-Al-O </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Etude de la fragilisation de T91 par Pb-Bi liquide </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Revêtements protecteurs de l’oxydation </li></ul></ul></ul>Contribution à la recherche de matériaux pour le Nucléaire 12 Novembre 2009 Activités de l’éq. 206 AREVA CEA CEA GEDEPEON EUROTRANS Institut Jean Lamour - UMR 7198
  8. 8. 12 Novembre 2009 <ul><li>Matériaux métalliques pour la vitrification des déchets avant stockage sous-terrain </li></ul>But : définir les compositions de matériaux résistant à la corrosion par les verres de confinement dans le but de fabriquer les outils nécessaires au procédé : agitateur, canne de bullage, pot de fusion <ul><li>Composition optimale : </li></ul><ul><li>peu d’Al, beaucoup de Cr </li></ul><ul><li>structure ODS </li></ul>Composition corrodable <ul><li>Etude des alliages Base-Ni </li></ul>Contraintes du procédé Institut Jean Lamour - UMR 7198
  9. 9. 12 Novembre 2009 <ul><li>Reproduction des conditions de l’application : T(°C), ATM </li></ul><ul><li>Instrumentation Caractérisation de la physico-chimiques : </li></ul>Elect. Réf. ZrO 2 +Y 2 O 3 Elect. Aux. Pt Elect. Travail Alliage testé Technique expérimentale Institut Jean Lamour - UMR 7198
  10. 10. 12 Novembre 2009 <ul><li>Etude électrochimique des systèmes verre- éléments métalliques </li></ul><ul><li>prévision de la réactivité </li></ul><ul><li>Rédox </li></ul><ul><li>permet la caractérisation du mécanisme de corrosion </li></ul>Physico-chimie du milieu <ul><li>Détermination d’une échelle de potentiels de «1/2 vague » </li></ul>par voltammétries cycliques <ul><li>Expl des systèmes de Mo </li></ul><ul><li>Montage à 3 électrodes </li></ul>Institut Jean Lamour - UMR 7198 (b)-(d) : Mo +III /Mo° E ½ = -0,96 V (a)-(f) : Mo +VI /Mo +III E ½ = -0,73 V
  11. 11. <ul><li>Caractérisation du comportement des alliages Base Ni dans le verre fondu </li></ul><ul><ul><ul><ul><li>Utilisation des alliages modèles Ni30Cr </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Utilisation de 3 électrodes : Ni30Cr est l’électrode de travail </li></ul></ul></ul></ul>Traitement de pré-oxydation Physico-chimie du matériau Institut Jean Lamour - UMR 7198 12 Novembre 2009
  12. 12. <ul><li>Caractérisation du comportement en fonction de la température </li></ul><ul><li>Immersion d’une alliage préoxydé à T=1000°C </li></ul><ul><li>Equilibre durant 2 heures </li></ul><ul><li>augmentation de la temperature (5°C/h) jusqu’à 1300°C </li></ul><ul><li>Mesure de Rp et Ecorr </li></ul>Physico-chimie du matériau Institut Jean Lamour - UMR 7198 12 Novembre 2009 transition Etat passif Etat actif
  13. 13. <ul><li>les mesures électrochimiques ont permis de définir : </li></ul><ul><ul><ul><li>le pouvoir oxydant des verres en fonction de leur composition </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Le type d’alliage et leurs limites d’utilisation à l’état passivé [T(°C), fO 2 , Cr 2 O 3 -formeur, ODS] </li></ul></ul></ul><ul><li>Nécessité d’entreprendre des études physico-chimiques fondamentales </li></ul><ul><ul><ul><li>Etude thermodynamique pour l’application ADS </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Pb-Bi-Hg-Fe-Cr-Al-O </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>soutenue par le GDR GEDEPEON </li></ul></ul></ul>12 Novembre 2009 Institut Jean Lamour - UMR 7198 Conclusions
  14. 14. Dans ce dispositif, la cible de spallation liquide (Pb-0,55Bi) est soumise à un flux de protons rapides qui génèrent des neutrons. Ceux-ci peuvent être utilisés pour détruire des déchets nucléaires ultimes. Pallier la corrosion de l’acier T91 pour augmenter la longévité en sécurité Nouveaux matériaux de revêtements <ul><li>Matériaux pour les ADS (Accelerator Driven System) </li></ul>Institut Jean Lamour - UMR 7198 12 Novembre 2009 Pb-Bi Acier T91 Fe 3 O 4 Bi 25 FeO 40
  15. 15. <ul><li>démixtion de la phase liquide </li></ul><ul><li>pas de composé ternaire </li></ul><ul><li>pas de composé plus réfractaire que l’eutectique Pb-Bi (T F = 125°C) </li></ul><ul><li>Pas de dégradation par érosion </li></ul><ul><li>décroissance rapide de la température du liquidus avec la teneur en Hg </li></ul><ul><li>Calorimétrie et Modélisation </li></ul><ul><li>Connaître la stabilité du système : Cible-produit de fission Pb-Bi-Hg </li></ul>Cible de spallation Coupe isoplèthe (LBE-Hg) Institut Jean Lamour - UMR 7198 12 Novembre 2009
  16. 16. <ul><li>Etablir les mécanismes de corrosion : Thermo Pb-Bi-Hg - Fe-Cr(Al) -O </li></ul>Produits de corrosion <ul><li>Modélisés à partir de données expérimentales de Calorimétrie H.T. </li></ul>Cible Acier T91+revêtement Institut Jean Lamour - UMR 7198 12 Novembre 2009
  17. 17. <ul><li>Etablir les mécanismes de corrosion : Thermo Pb-Bi-Hg-Fe-Cr(Al)-O </li></ul>Produits de corrosion <ul><li>Calculé à partir des 3 aires modélisés </li></ul>Institut Jean Lamour - UMR 7198 12 Novembre 2009
  18. 18. <ul><li>Etablir les mécanismes de corrosion : Thermo Pb-Bi-Hg-Fe-Cr(Al)-O </li></ul>Produits de corrosion <ul><li>Déterminée expérimentalement </li></ul>Institut Jean Lamour - UMR 7198 12 Novembre 2009  -Pb 2 Fe 2 O 5 (2:1) Bi 2 Fe 4 O 9 (1:2) Pb 3 Bi 2 O 6 (3:1) Bi 25 FeO 39 (25:1) PbO-M  -Bi 2 O 3 Fe 2 O 3 PbBiFeO 4 Bi 8 Pb 5 O 17 (4:5)
  19. 19. <ul><li>Vitrification : </li></ul><ul><li>les mesures électrochimiques ont permis de définir : </li></ul><ul><ul><ul><li>le pouvoir oxydant des verres en fonction de leur composition </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Le type d’alliage et leurs limites d’utilisation à l’état passivé [T(°C), fO 2 , Cr 2 O 3 -formeur, ODS] </li></ul></ul></ul><ul><li>Réacteurs ADS : </li></ul><ul><ul><ul><li>Etude thermodynamique Pb-Bi-Hg-Fe-Cr(Al)-O en cours </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Revêtements à base de Cr prometteurs </li></ul></ul></ul>12 Novembre 2009 <ul><ul><ul><li>Nécessité d’entreprendre des études physico-chimiques fondamentales </li></ul></ul></ul>Institut Jean Lamour - UMR 7198 Conclusions

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