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Theses Year : 2020

Thermal oxidation, intermetallics induced corrosion behaviour and surface treatment of Al-Cu-Li alloy

Oxydation thermique, comportement à la corrosion induite par intermétallique et traitement de surface de l'alliage Al-Cu-Li

Abstract

Al-Cu-Li alloys are considered as advanced materials for the aircraft manufacturing due to their high mechanical properties and low weight. However, Al-Cu-Li alloys, similarly to other Al alloys, are susceptible to corrosion due to the presence of intermetallic particles (IMP) such as Al-Cu-Fe-Mn particles, T1 phase (Al2CuLi). These IMPs can lead to different surface modifications of the alloy during the alloy treatment and/or exposure to various working conditions. The objective of this PhD thesis was to understand the surface modifications induced by thermal treatments, the corrosion behaviour of bare Al-Cu-Li alloy (AA2050) and the corrosion protection efficiency of the alloy after chemical treatments (degreasing, pickling and TCP deposition).This PhD thesis is composed of three parts. In the first part, the surface composition of the as received AA2050-T8 and the alloy surface modifications induced by thermal oxidation at 190°C, using in situ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), were performed. The formation of a mixed Al-Li oxide layer was demonstrated after sample exposure to oxygen at low pressure. Post mortem time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) 3D chemical mapping and ion depth profile analyses showed Mg segregation at the grain boundaries and Ag enrichment at the oxide/metal interface. In the second part, the pitting corrosion of the AA2050-T8 alloy exposed to the aggressive chloride-based electrolytes was studied in details by ToF-SIMS 2D and 3D chemical mapping and scanning electron microscopy (SEM). The formation of an oxide-hydroxide layer with different composition and higher thickness was evidenced over the IMPs than over the alloy matrix. Moreover, the behaviour of Li in the oxide was also discussed. In the third part, the surface chemical treatments including degreasing, pickling and conversion coating (TCP) and related surface chemical modifications were studied using XPS, ToF-SIMS and SEM. An improved corrosion behaviour on TCP coated alloy was revealed. A strong influence of copper enrichment on the quality, composition and corrosion performance of the TCP was demonstrated.
Les alliages Al-Cu-Li sont considérés comme des matériaux de pointe dans le domaine de l’aéronautique en raison de leurs excellentes propriétés mécaniques et de leur faible poids. Cependant, ces alliages, comme d’autres alliages à base d’aluminium, sont sensibles à la corrosion en raison de la présence de particules intermétalliques (IMP) telles que les particules Al-Cu-Fe-Mn, constituant la phase T1 (Al2CuLi). Ces particules intermétalliques peuvent conduire à des modifications de surface pendant le traitement de l’alliage et lors de l’exposition à diverses conditions de travail. L’objectif de cette thèse de doctorat est de comprendre les modifications de surface induites par les traitements thermiques, le comportement de l’alliage nu Al-Cu-Li (AA2050) vis-à-vis de la corrosion et l’efficacité de la protection contre la corrosion après traitements chimiques (dégraissage, décapage et dépôt TCP).Cette thèse de doctorat est composée de trois parties. Dans la première partie, la composition de surface de l’AA2050-T8 tel que reçu et les modifications de surface de l’alliage induites par l’oxydation thermique à 190°C, ont été étudiées in situ à l’aide de la spectroscopie de photoémission induites par rayons X (XPS). La formation d’une couche mixte d’oxyde d’Al-Li a été démontrée après exposition de l’échantillon à de l’oxygène à basse pression. L’analyse de la cartographie chimique 3D post mortem par spectrométrie de masse d’ions secondaires en temps de vol (ToF-SIMS) a révélé la ségrégation de Mg aux joints de grains et l’enrichissement en Ag à l’interface oxyde/métal. Dans la deuxième partie, la corrosion de l’alliage AA2050-T8 exposé à des électrolytes agressifs à base de chlorure a été étudiée en détail par ToF-SIMS 2D et 3D et microscopie électronique à balayage (MEB). Une couche d’oxyde-hydroxyde de composition différente et d’épaisseur plus élevée a été démontré au-dessus des IMPs par rapport à celle formée sur la matrice de l’alliage. En outre, le comportement de Li dans l’oxyde a également été discuté. Dans la troisième partie, les traitements chimiques de surface, y compris le dégraissage, le décapage et le revêtement de conversion (TCP) et les modifications chimiques de surface associées, ont été étudiés à l’aide des techniques XPS, ToF-SIMS et MEB. L’amélioration du comportement de corrosion sur l’alliage traité TCP a été révélée. Une forte influence de l’enrichissement en cuivre sur la qualité, la composition et les performances vis-à-vis de la corrosion du traitement TCP a été démontrée.
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  • HAL Id : tel-03551222 , version 1

Cite

Meicheng Li. Oxydation thermique, comportement à la corrosion induite par intermétallique et traitement de surface de l'alliage Al-Cu-Li. Chimie analytique. Université Paris sciences et lettres, 2020. Français. ⟨NNT : 2020UPSLC024⟩. ⟨tel-03551222⟩
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