Influence of yttrium as alloying element on the oxidation at 1100°C of a model alumina-forming alloy

Influence de l’yttrium en tant qu’élément d’alliage sur l’oxydation à 1100°C d’un acier alumino-formeur modèle

¹ Laboratoire Vellave sur l’Elaboration et l’Etude des Matériaux, IUT de Clermont-Ferrand 1, Département de Chimie, Science des matériaux, BP 219, 43006 Le Puy en Velay, France
² LRRS, UMR 5613 CNRS, 9, avenue Alain Savary, BP 47870, 21078 Dijon Cedex, France

Abstract

In order to study the effect of yttrium as an alloying element, 0.093 wt% yttrium was incorporated into the model Fe-20Cr-5Al alloy to give the FeCrAl-0.1Y substrate. During isothermal oxidation and thermal cycling tests, we have observed that yttrium has a beneficial effect on the oxidation behavior in air at 1100°C. In situ X-Ray diffraction allowed to demonstrate that yttrium favors a preferential crystallographic orientation of the α-Al₂O₃ scale. Glancing angle X-ray diffraction on a sample oxidized during 1000 hours under thermal cycling conditions indicates that yttrium is located at the internal interface as Y₃A1₅O₁₂. We think that the beneficial effect of yttrium on high temperature oxidation of the model alloy is due to its location at the internal interface and to the new crystallographic structure of the scale induced by the presence of Y₃Al₅O_l2.

Résumé

Pour étudier l’effet de l’yttrium en tant qu’élément d’alliage, 0,093% en masse d’yttrium ont été incorporés dans un alliage Fe-20Cr-5Al modèle pour donner le substrat FeCrAl-0,1Y. Le comportement de l’alliage pendant l’oxydation isotherme et le cyclage thermique, à 1100°C, sous air, montre un effet bénéfique de l’yttrium. La diffraction des rayons X in situ nous révèle que l’yttrium favorise une orientation préférentielle de la couche d’alumine á. De plus, sous incidence rasante, la diffraction des rayons X sur un échantillon oxydé 1000 heures, en cyclage thermique, montre la formation de Y₃Al₅O₁₂ à l’interface interne de la couche. Nous pensons que cet oxyde mixte yttrié est à l’origine de la structure de l’alumine, différente de celle obtenue avec l’échantillon brut. Cette localisation de l’yttrium offre alors à l’alliage une meilleure résistance contre l’oxydation à 1100°C.