3.1.2.4. Usure – corrosion

Ce type d’usure intervient dans les situationsoù le contact fonctionne en environnement

corrosif. L’énergie dissipée dans le contact peut alors activer les phénomènes de corrosion et accélérer la dégradation des surfaces. Ce phénomène sera détaillé par la suite. Il n’est pas évident de trouver une bonne illustration des faciès caractéristiques de ce phénomène, mais d’une manière générale, il faut chercher sur les faciès l’indice d’une activité de la corrosion.

En 1976, Eyre [39] a estimé les pourcentages pour les différents types d'usure dans l'industrie : l'usure par abrasion (+ usure par érosion) 58%, l’usure adhésive (+ usure par petits débattements) 23%, l’usure par fatigue de surface 14%, l’usure-corrosion 4%. Il semble que les usures d’origine adhésive ou abrasive soient les plus fréquentes. En pratique, il convient

toutefois de noter ici que les faciès d’usure observés expérimentalement présentent souvent des caractéristiques mixtes et qu’il n’est pas toujours évident de définir quelle forme d’usure prédomine.

I.3.2. Corrosion des alliages Ni – Cr

La corrosion quant à elle est le résultat d'un processus physico-chimique (oxydo -

réduction) dont l'étude permet, au travers des variations du potentiel et du courant, d'apprécier la réactivité des surfaces vis à vis de l’environnement et son évolution dans le temps. La corrosion est toujours la conséquence d’une réaction due à une hétérogénéité, au sens large, du matériau ou de son environnement. Elle génère des modifications de composition de la surface, entraînant souvent une dégradation fonctionnelle du métal lui-même, et une modification de l'environnement.

Les réactions caractéristiques du processus mixte d’oxydo – réduction sont souvent écrites sous une forme très simplifie :

Oxydation du métal : M  Mⁿ⁺ + ne^- (8)

Réactions de réduction : H⁺ + e^- ½ H2 (9)

2H2O +O2 + 4e^- 4OH^- (10)

De même que pour le frottement, la résistance à la corrosion n’est pas intrinsèque au matériau. Elle dépend étroitement de l’environnement physico – chimique de celui – ci (pH, potentiel d’oxydo – réduction, etc.), qui n’est pas nécessairement connu, en particulier lorsque la corrosion se produit en milieu confiné.

I.3.2.1. Passivité des alliages Ni – Cr

La passivité peut être définie comme la perte de réactivité de certains matériaux, dans certaines conditions, liée à la présence d’un film très fin (10 - 100 Å) qui abaisse le taux de corrosion à une très faible valeur.

Quand un métal est soumis à un milieu oxydant (aqueux ou gazeux), il a tendance à évoluer vers sa forme la plus stable thermodynamiquement : la forme oxydée. En milieu aqueux, l’oxydation se traduit par la réaction anodique décrite ci – dessus, équation (8).

Le transfert d’électrons entre le métal et les oxydants est caractérisé par un courant

potentiel auquel se situe le métal est alors celle de la Figure 6. Cette figure présente une courbe intensité – potentiel typique pour les matériaux métalliques passivables qui est divisée en plusieurs domaines.

Figure 6: Allure de courbe intensité – potentielle pour les métaux passivables [40].

Dans la zone anodique, la corrosion est active à une vitesse élevée. On tentera toujours à éviter d’utiliser les matériaux dans ce domaine. La valeur maximale du courant, ip, appelée courant de passivation, augmente avec l’agressivité du milieu.

Lorsque la tension dépasse le pic anodique, la vitesse de corrosion diminue très nettement : le matériau a formé une couche d’oxydes ou d’hydroxydes très minces (quelques nm d’épaisseur) : c’est le film passif, qui le protège de toute oxydation ultérieure, en agissant comme une barrière de diffusion (soit aux ions métalliques, soit aux ions oxygène). La densité de courant (courant de passivité) est quasiment constante et faible (quelques dizaines de nA / cm² à quelques dizaines de µA / cm²). Le film passif a souvent tendance à se reformer spontanément lorsqu’il est endommagé. Ce n’est cependant pas toujours le cas.

Lorsque le potentiel est supérieur à une valeur critique, le matériau se corrode de nouveau rapidement, soit uniformément (E > Etr: zone de transpassivité), soit localement (E > Etr: piqûration). Le courant augmente de nouveau et le matériau n’est pas utilisable dans ce domaine.

D’une manière générale, on cherche à abaisser le potentiel de passivation Epp pour rendre

le matériau plus facile à passiver. On cherche également à repousser Etr et Er vers les valeurs

plus élevées, si possible supérieures au potentiel d’oxydation de l’eau, pour augmenter la tolérance du matériau aux milieux oxydants.

Les matériaux dits « inoxydables » sont en fait utilisés dans leur domaine de passivation. C’est notamment le cas des alliages Ni – Cr grâce à une teneur en chrome suffisamment élevée. Comme tous les matériaux passivés, ils sont cependant sensibles à une détérioration locale sévère du film passif, par exemple une détérioration mécanique.

Figure 7: Quelques paramètres influents sur la passivité d’un matériau dans le milieu primaire à eau pressurisée [19].

Dans son travail, Deforge [19], présente la résistance à la corrosion, généralisée ou localisée, des aciers inoxydables étant dépendante de la structure, la composition et l’épaisseur des couches passives. Ces propriétés dépendent d’un grand nombre des paramètres propres au matériau, au milieu corrosif et à la thermohydraulique. Une liste non exhaustive des ces paramètres est proposée dans la Figure 7.

Selon Machet [41], une couche passive est protectrice si elle répond aux caractéristiques et propriétés suivantes:

· elle doit être une barrière effective entre le métal et l’environnement oxydant,

· elle doit être d’une composition la plus proche possible de la stœchiométrie pour que

la diffusion de l’oxygène et des cations à travers le réseau soit la plus lente,

· elle ne doit pas être fissurée, elle ne doit pas contenir des pores ou des défauts qui pourraient faciliter le transport rapide des éléments à travers la couche,

· elle doit présenter une bonne résistance à l’écaillage pour ne pas se détacher de l’alliage,

· elle doit être le moins possible soumise à des contraintes résiduelles,

· l’oxyde qui la compose ne doit pas réagir avec l’environnement oxydant pour former

· elle doit avoir une bonne résistance aux contraintes engendrées lors de cycles thermiques.