Etude des mécanismes d'oxydation des alliages FeCrAl et de l'acierAISI 316L à haute température (700-1300°C). Influence du mode d'introduction du lanthane et du Cerium. Protection par des couches d'oxydes thermiques contre la corrosion aqueuse - Laboratoire Vellave sur l’Élaboration et l'Etude des Matériaux Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

Study of mecanism of FeCrAl alloys and AISI 316L at high temperatures (700-1300°C). Influence of introduction mode of lanthanum and cerium. Protection against corrosion by thermally formed oxide layers

Etude des mécanismes d'oxydation des alliages FeCrAl et de l'acierAISI 316L à haute température (700-1300°C). Influence du mode d'introduction du lanthane et du Cerium. Protection par des couches d'oxydes thermiques contre la corrosion aqueuse

Résumé

This work highlights the role of the reactive elements such as lanthanum, zirconium and magnesium during oxidation of FeCrAl alloys at high temperature. The role of molybdenum was studied during the oxidation of an AISI 316L steel. The lanthanum, present in the initial composition of the alloy, has a beneficial effect on the oxidation behaviour until 1300°C. Its location allows us to think that its action can be described within the framework of the model of dynamic segregation by blocking the cation external diffusion along grain boundaries. The effect of magnesium cannot be described in terms of dynamic segregation because it diffuses too fast towards the external alumina interface to form the spinel phase MgAl2O4. This oxide leads to the formation of surface porosities, which can be useful in the case of surgical implants asking for colonization by the neighbouring bone tissue. The zirconium blocks partially the diffusion of aluminium at the beginning of oxidation. Then, the oxide becomes richer in chromium and the oxidation rate is increased. On the other hand, the presence of zirconium favours the formation of pegs, which improves the scale adherence on the metal. In the case of the AISI 316L steel, molybdenumcontaining oxides forms along the alloy grains boundaries as well as at the internal interface. It appears that the NiMoO4 mixed oxide blocks the external iron diffusion. The presence of molybdenum improves the chromia scale adherence by a pegging effect due to internal oxidation. In aqueous corrosion, the pre-oxidized samples of FeCrAl or AISI 316L show the best behaviour with the finest polishing grade. A pre-oxidation at 1100°C for FeCrAl alloys and at 800°C for AISI 316L are the best temperatures promoting a protective oxide layer against pitting corrosion.
Ce travail a permis de mettre en évidence le rôle des éléments actifs tels que le lanthane, le zirconium et le magnésium lors de l'oxydation à haute température des alliages FeCrAl. Le rôle du molybdène a été étudié lors de l'oxydation de l'acier AISI 316L. Le lanthane, présent dans la composition initiale d'un alliage, a des effets particulièrement bénéfiques sur l'oxydation jusqu'à 1300°C. Sa localisation permet de penser que son action peut être décrite dans le cadre du modèle de ségrégation dynamique en bloquant la diffusion cationique aux joints de grains. L'effet du magnésium ne peut pas s'apparenter au phénomène de ségrégation dynamique car il diffuse trop rapidement en direction de la surface externe de la couche d'alumine pour former le spinelle MgAl2O4. Cet oxyde induit la formation de porosité en surface, ce qui peut être recherché dans le cas d'implants chirurgicaux demandant une colonisation par le tissus osseux adjacent. Le zirconium bloque en partie la diffusion de l'aluminium au début de l'oxydation ce qui conduit à une couche d'oxyde plus riche en chrome et des vitesses d'oxydation plus grandes. Par contre la présence de zircone favorise la formation des plots d'ancrage qui favorisent l'adhérence de la couche d'oxyde sur le métal. Dans le cas de l'acier AISI 316L, le molybdène précipite aux joints de grains du métal ainsi qu'à l'interface interne de la couche d'oxyde pour former un oxyde mixte NiMoO4 et bloquer la diffusion externe du fer. Il améliore l'adhérence de la couche aux températures les plus élevées en favorisant la formation des plots d'ancrage par oxydation interne de l'acier. En corrosion aqueuse, les échantillons de FeCrAl ou de AISI 316L pré-oxydés montrent le meilleur comportement avec le polissage le plus fin. Une pré-oxydation à 1100°C pour le FeCrAl et à 800°C pour le AISI 316L sont les températures les mieux adaptées à la constitution d'une couche d'oxyde protectrice contre la corrosion par piqûre
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  • HAL Id : tel-00718195 , version 1

Citer

Samira El Messki. Etude des mécanismes d'oxydation des alliages FeCrAl et de l'acierAISI 316L à haute température (700-1300°C). Influence du mode d'introduction du lanthane et du Cerium. Protection par des couches d'oxydes thermiques contre la corrosion aqueuse. Chimie organique. Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2007. Français. ⟨NNT : 2007CLF21765⟩. ⟨tel-00718195⟩
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