Effect of yttrium ion implantation on the oxidation of alumina formers at 1173 K

Effet de l’implantation ionique d’yttrium sur l’oxydation des alliages alumino-formeurs à 1173 K

Laboratoire Vellave sur l’Elaboration et l’Etude des Matériaux, Equipe locale Université Blaise Pascal Clermont-Ferrand II, B.P. 219, 43006 Le Puy-en-Velay Cedex, France

Abstract

The effect of yttrium implantation on the oxidation behaviour of a commercial alumina forming FeCrAl alloy (Kanthal A1) has been investigated during isothermal exposures in air at 1173 K. The kinetic curve of the undoped specimen exhibits an initial transient stage during the first 6 hours, followed by a parabolic regime. The scale growth kinetics of the yttrium-implanted alloy obeys a parabolic rate law with two subsequent stages with a much lower rate constant during the second stage. Kinetic results indicate that yttrium implantation significantly reduces the growth rate of the oxide scale. In situ X-ray diffraction reveals a marked influence of the reactive element on the composition of the oxide scale. Yttrium suppresses the formation of transition alumina and promotes the growth of α-Al₂O₃, thereby leading to the earlier formation of a protective oxide scale.

Résumé

L’étude de l’effet de l’implantation ionique d’yttrium sur l’oxydation isotherme d’un alliage FeCrAl commercial, le Kanthal A1, a été conduite sous air à 1173 K. La cinétique d’oxydation de l’alliage non implanté se caractérise par une prise de masse rapide au cours des six premières heures (étape initiale transitoire) suivie par un régime d’oxydation parabolique. L’implantation modifie le comportement à l’oxydation de l’alliage qui présente alors deux régimes paraboliques consécutifs. La présence de l’élément actif diminue de façon conséquente la vitesse d’oxydation de l’alliage. L’implantation d’yttrium affecte également la composition de la couche d’oxyde. La diffraction des rayons X in situ montre que l’yttrium supprime la formation des alumines de transition et favorise la croissance d’alumine α, ce qui améliore le caractère protecteur de la couche d’oxyde formée.