Étude du soudage diffusion entre l'alliage de zirconium Zy₄ et l'acier inoxydable 304L. Morphologie de l'interface et nature des phases formées

Study of diffusion welding between the zirconium alloy Zy₄ and the stainless steel 304L. Morphology of the interface and nature of the phases formed

¹ Centre de Recherche Nucléaire de Draria (CRNA), BP 43, Draria, Alger, Algérie
² Laboratoire de Science et Génie des Matériaux, Faculté de Génie Mécanique et Génie des Procédés, Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene, BP 32, El Alia, Bab Ezzouar, 16111 Alger, Algérie
³ Centre de Recherche Nucléaire d'Alger (CRNA), 2 Bd Frantz Fanon, Alger, Algérie

Reçu : 15 Mai 2009
Accepté : 13 Juillet 2009

Résumé

L'assemblage de matériaux par les méthodes conventionnelles trouve ses limites dans certaines applications spécifiques. Nous abordons une étude sur la liaison par diffusion à l'état solide entre l'alliage de Zr (Zy₄) et I'acier inoxydable (304L) pour une application dans le secteur du nucléaire. Les couples de diffusion préparés ont subi des traitements à des températures comprises entre 850 et 1020 °C dans une atmosphère contrôlée et sous pressions d'accostages dynamiques. Nous accordons une attention particulière à la morphologie de l'interface formée et à la nature des phases formées. Les observations et analyses chimiques sont réalisées par MEBE-EDX et DRX. La répartition quantitative ainsi que la localisation des éléments chimiques sont définies par des profils chimiques et des séries d'images X. La jonction est constituée de trois zones distinctes formées d'une solution solide (FeCr)_α riche en Cr sous forme d'un liseré homogène du côté acier. Les deux autres zones du centre et du côté Zy₄ sont biphasées Zr_α, (FeCr)_α-Zr(Fe, Cr)₂ et Zr_α-Zr₂(Fe_1-xNi_x), 0,15 < x < 0,25. Les résultats obtenus sont un recoupement entre les observations fines et les analyses chimiques et radiocristallographiques. Les valeurs des microduretés mesurées donnent une filiation très hétérogène au niveau de l'interface.

Abstract

We approach a study on the solid state diffusion bonding between zircalloy (Zy₄) and stainless steel (304L) for an application in the sector of the nuclear power. The diffusion couples prepared underwent treatments at the temperatures ranging between 850 and 1020 °C in a controlled atmosphere and under dynamic pressures. We give a particular attention to the morphology of the interface, formed, and to the determination of the nature of the compounds formed. The observations and chemical analysis are realized by ESEM-EDX and XRD. The quantitative distribution as well as the detailed localization of the basic chemical elements are defined by chemical profiles, and series of images X. The junction of diffusion consists of three zones distinct, formed from a solid solution FeCr(α), rich in Cr in the form of a homogeneous edge, localized in steel side. The two other zones of the center of the Zy₄ side are two phase of type Zr_α, (FeCr)_α-Zr(Fe, Cr)₂ and Zr_α-Zr₂(Fe_1-xNi_x, 0.15<x<0.25. The detailed results obtained, are a regrouping, between those obtained from the observations and chemical analysis and radio crystallographic. The values of the measured microhardnesses give very heterogeneous filiations to the level of the interface.