3ème Conférence Internationale sur
le Soudage, le CND et l’Industrie des Matériaux et Alliages (IC-WNDT-MI’12) Oran du 26 au 28 Novembre 2012,
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COMPORTEMENT ÉLECTROCHIMIQUE D’UN ACIER INOXYDABLE AUSTÉNITIQUE SOUDÉPAR LE PROCÉDÉ TIG DANS UN MILIEU DE
CHLORURES
NourEddine DJEDDI1, Hamida ESSOM1, MerzougBENAHMED2
djeddi.nou@voila.fr
1Laboratoire de métallurgie et génie des matériaux (L.M.G.M)
2Département de Chimie – Université de Chikh Larbi Tébessi – Tébessa
Résumé :
L‟objectif de ce travail est d‟étudier le comportement électrochimique des soudures par le procédé TIG del‟acierinoxydable de type AISI304L (Acier inoxydable austénitique) dans une solution à 0.5%
NaCl et de tester l‟inhibition de cet acier.
Le comportement électrochimique des soudures par le procédé TIG de l‟acier inoxydable dans une solution à 0.5M NaCl sans et avec l‟ajout d‟inhibiteur a été étudié avec :
Gravimétrie (Perte de masse)
Test potentiodynamique (Courbes de polarisation)
La voltammétrie cyclique
Test de spectrométrie d‟impédance électrochimique
Les résultats ont indiqué que l‟acier inoxydable AISI304L présente une corrosion localisée. Ce type de corrosion est associé à la précipitation de carbures de chrome aux joints de grains favorisée par un refroidissement lent après soudage qui conduit à un appauvrissement en chrome des zones alentours et les rendes plus sensibles à la corrosion[1,2].
Les résultats expérimentaux obtenus montrent une faible vitesse de corrosion en présence d‟inhibiteur de corrosion pour l‟acier AISI 304L en augmentant la concentration de l‟inhibiteur.
Les résultats expérimentaux montrent aussi, qu‟il y a une bonne concordance des valeurs de la vitesse de corrosion et de l‟efficacité inhibitrice calculées à partir des résistances de polarisation, dans le milieu d‟étude avec et sans inhibiteur déduites de la technique SIE, avec les valeurs de l‟efficacité inhibitrice calculées à partir des paramètres cinétiques déduites des courbes de polarisation potentiodynamiques et par la méthode perte de masse.
Mots clés : Corrosion localisée, soudage TIG, acier inoxydable, inhibiteur de corrosion, adsorption.
1. INTRODUCTION
La corrosion résulte d‟une action chimique ou électrochimique d‟un environnement sur les métaux et les alliages. Les conséquences sont importantes dans divers domaines et en particulier dans l‟industrie: arrêt de production, remplacement des équipements et pièces corrodées, accidents et risques de pollutions sont des événements fréquents avec parfois de lourdes incidences économiques.
Les industriels portent un intérêt croissant à la caractérisation des aciers destinés pour la fabrication des appareils, canalisations et pièces et aux diverses hétérogénéités qui peuvent être liées, telles que le soudage.
Ce type de liaisons se révèles être tout particulièrement une zone d‟hétérogénéité. Tant du point de vue microstructurale que mécanique et électrochimique. Il est alors nécessaire de les identifier afin de les
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Cette étude a été abordée avec une double préoccupation : d‟une part, étudier le comportement à la corrosion del‟acier inoxydable 304L soudés par le procédé TIG dans la solution 0.5% NaCl et d‟autre part, apporter une contribution à la connaissance de l‟inhibition de ce type d‟acier.
2. CONDITIONS EXPERIMENTALES
Les essais de perte de masse ont été réalisés sur des échantillons sous forme rectangulaire de dimensions 2,5 cm × 2 cm × 0.2 cm. Avant chaque essai, L‟échantillon (304L soudé avec 304L) subit un polissage mécanique à l‟aide du papier abrasif jusqu‟au grade 1400 et nettoyé et dégraissé dans l‟éthanol, séché à l‟air libre et finalement pesé. L‟erreur relative sur la perte de poids était de ± 2%. Les essais de perte de masse sont réalisés à la température 25 ± l °C.
Les essais électrochimiques sont réalisés avec un montage à trois électrodes : une électrode de référence au calomel saturée (ECS), une contre électrode en platine et l‟électrode de travail (304L soudé avec 304L) de section 0.72 cm². La composition chimique du métal de base et du métal d‟apport sont les suivantes (Tableau1, 2) :
Tableau 1 - Composition chimique de l‟acier AISI 304L
Tableau 2 - Composition chimique du métal d‟apport ER308L
Les essais ont été effectués dans un milieu non aéré, avec agitation à 0,5 % NaClsans et avec l‟ajout de l‟inhibiteur organique CHIMEC 1038.Toutes les mesures électrochimiques ont été réalisées à l‟acide d‟un voltalab 40, muni d‟un potentiostat / Galvanostat modèle PGZ 301, piloté par un ordinateur et le logiciel Voltamaster 4.
3. RESULTATS ET DISCUSSIONS 3.1.Mesures gravimétriques [3]
Le tableau.3 regroupe les valeurs de Vcorr, déterminée pour une durée d'immersion de deux heures, en l'absence et en présence d'inhibiteur à différentes concentrations. On constate que Vcorrdiminue après l‟addition de l‟inhibiteur dans la solution contenant 0.5% NaCl. L‟inhibiteur présente une efficacité de 95% à la concentration de 20 ppm.
Tableau 3 - Influence de la concentration de l'inhibiteur sur la vitesse moyenne de corrosion de la
Elément C Mn Si P S Ti Nb Ni Cr Mo V
% 0.02 2.01 0.52 0.03 0.011 0.006 0.013 7.93 16.79 0.118 0.076
Element C Cr Ni Mo Mn Si S P Cu
% 0,028 20,30 10,26 0,27 1,60 0,5 0,04 0,03 0,25
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http://www.csc.dz/ic-wndt-mi12/index.php 60 jonction 304L – 304L et sur l'efficacité inhibitrice
C Pm Vcorr ϴ
ppm mg/cm² m/an %
0 0.2377 109.80 -
10 0.1710 75.00 31
15 0.0390 18.2 83
20 0.0109 5.05 95
Afin de valider l‟hypothèse que l‟action de l‟inhibiteur basée sur un mécanisme d‟action par simple adsorption à la surface du métal, bloquant ainsi les sites actifs, nous avons essayé de corréler les résultats expérimentaux avec le tracé de l‟isotherme d‟adsorption. On adopte l‟isotherme de Temkin souvent utilisé pour les inhibiteurs organiques à base d‟amine. [4]
……….….….……(1) Pour cela, la valeur du ( ), est définie par la relation suivante:
(
) ………(2)
, Vcorr et V`corr : vitesses moyenne de corrosion ; h : est un paramètre qui tient compte de l'hétérogénéité de la surface et des interactions intermoléculaires dans la couche adsorbée; C : est la concentration de l'inhibiteur dans la solution. K : la constante d'équilibre du processus d'adsorption, est reliée à l'énergie libre d‟adsorption ( ) par la relation :
………..……...…(3) R est la constante des gaz parfaits et T est la température.
La figure 1 représente la variation de θ en fonction de la concentration en inhibiteur (lnC), après deux heures d'immersion.
La constante d'équilibre K est plus au moins important(Tableau.4). Ceci suggère que l‟inhibiteur utilisé dans cette étude permet un meilleur recouvrement, d'où sa plus grande efficacité de protection contre la corrosion. La valeur négative de l‟énergie libre d'adsorption (∆G°ads) indique aussi sa forte adsorption sur la surface de la jonction 304L – 304L à 20ppm qui correspond à un taux de recouvrement de l‟ordre de 95%.
Figure 1 : Isotherme d'adsorption de Temkin de l’inhibiteur sur la jonction 304L – 304L
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Tableau 4 - Paramètres thermodynamiques relatifs à l'adsorption (hypothèse de Temkin) sur la jonction 304L – 304L dans la solution à 0.5% de NaCl
Inhibiteur K ∆G°ads
ppm Mol-1 kJ . Mol-1
CHIMEC1038 118.5 -34.06
3.2.Courbes de polarisations potentiodynamiques
Tableau 5- Paramètres cinétiques obtenus à partir des courbes de polarisation de la jonction 304L- 304L
Concentration Ecorr icorr βa βc Rp Vcorr ε
ppm mV mA/cm² mV.
décade-1
mV.
décade-1
k.Ohm.cm² μm/an %
- - 438.2 9.7546 238.57 -574.6 7.50 114.00 -
10 - 426.4 7.2236 308.45 -519.0 11,63 84.48 26
15 - 319.0 1.4368 309.67 -414.0 53.37 16.80 85
20 - 217.9 0.2739 157.70 - 299.0 175.44 3.204 97
Figure 2 : Courbes de polarisation de la jonction 304L-304L dans 0.5 % NaCl sans et avec addition de différentes concentrations de l’inhibiteur
En examinons les paramètres cinétiques du tableau.5, On constate qu‟il y a une bonne concordance entre les valeurs de la vitesse de corrosion déduites des courbes de polarisation avec les valeurs de la vitesse de corrosion obtenues par perte de masse. L‟efficacité inhibitrice, elle en est de même.
3.3.Courbes de polarisations cycliques
E ( V /EC S)
1 0,5
0 -0,5
log I (mA/cm²)
1,5
1
0,5
0
-0,5
-1
-1,5
-2
-2,5
-3
-3,5
-4
1 2
3
4 1: 304L-304L dans 0.5% NaCl
2: 304L-304L dans 0.5% NaCl à 10 ppm d'inhibiteur 3: 304L-304L dans 0.5% NaCl à 15 ppm d'inhibiteur 4: 304L-304L dans 0.5% NaCl à 20 ppm d'inhibiteur
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http://www.csc.dz/ic-wndt-mi12/index.php 62 Tableau 6 - Résultats de l‟essai de polarisation cyclique de la jonction 304L-304L dans 0.5 % NaCl à
différentes concentrations d‟inhibiteur
Concentration de l’inhibiteur
Ep
Ecorr (Aller)
Erp
Ecorr (Retour)
E=Ep - Erp
ppm mV mV mV
0 366 61.0 305
10 240 -110 364
15 380 16.0 350
20 397 -230 627
Figure 3 : Voltamogrammes de la jonction 304L-304L dans 0.5 % NaCl sans et avec addition de différentes concentrations de l’inhibiteur
Ces courbes (Figure 3) montrent clairement, que la jonction 304L-304L présente une hystérésis positive, signe que le film passif n'est pas stable dans la solution 0.5% NaCl, et que l‟on a une forte tendance vers la corrosion localisée[5].
Ces courbes montrent également un domaine passif plus au moins étendue et le potentiel aller tends vers des valeurs nobles en augmentant la concentration en inhibiteur (Tableau.6), ce qui révèle une bonne résistance vis-à-vis de l‟attaque par piqure.
3.4.Impédances électrochimiques
Tableau 7 - Résultats des essais d‟impédance électrochimique de la jonction 304L-304L dans 0.5 % à différentes concentrations d‟inhibiteur
Concentration
de l’inhibiteur Rs Rp Cdc
Pouvoir protecteur ( )
ppm kOhm.cm² kOhm.cm² μF/cm² %
0 0.069 7.795 57.590 -
10 0.062 11.720 33.320 33
15 0.065 56.370 5.860 86
E ( V /EC S)
1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1
I (mA/cm²)
16
14
12
10
8
6
4
2
0
1 2
3
4 1: 304L-304L dans 0.5% NaCl
2: 304L-304L dans 0.5% NaCl à 10 ppm d'inhibiteur 3: 304L-304L dans 0.5% NaCl à 15 ppm d'inhibiteur 4: 304L-304L dans 0.5% NaCl à 20 ppm d'inhibiteur
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20 1.101 174.200 1.450 95.5
L'efficacité inhibitrice ( ) est calculée en utilisant l'expression suivante :
( ) ………..(5)
Dans laquelle et présentent les résistances de transferts de charges de la jonction 304L – 304L dans la solution à 0.5% de NaCl, respectivement en l‟absence et en présence d‟inhibiteur.
Figure 4 : Impédances électrochimiques de la jonction 304L-304L dans 0.5% NaCl sans et avec addition de différentes concentrations de l’inhibiteur
Aux termes des résultats des essais d‟impédance électrochimique de la jonction 304L-304L dans 0.5 % sans et avec inhibiteur, les remarques suivantes peuvent être annoncées :
La résistance de la solution Rs est faible ce qui montre que le milieu est conducteur
L‟addition de l‟inhibiteur conduit à l‟augmentation de la taille du spectre d‟impédance ayant la forme d‟un demi-cercle plus au moins aplatie caractérisant la formation d‟une couche protectrice de capacité Cdc(Figure4), qui diminue en fonction de l‟augmentation de la concentration en inhibiteur.
Le maintien de la capacité de double couche à une valeur relativement faible pour la concentration 20ppm témoigne de l‟adsorption des molécules inhibitrices sur la surface de la jonction 304L- 304L[5].
La résistance de polarisation est nettement plus élevée lorsque la concentration en inhibiteur augmente (Tableau.7). Ces résultats sont en accord avec la diminution de la densité de courant observée sur les courbes de polarisation. Preuve de la formation d‟unecoucheprotectrice[6].
4. CONCLUSION
Les résultats expérimentaux montrent, qu‟il y a une bonne concordance des valeurs de la vitesse de corrosion et de l‟efficacité inhibitrice calculées à partir des paramètres cinétiques déduites des courbes de polarisation potentiodynamiques et par la gravimétrie (méthode perte de masse), avec les valeurs de l‟efficacité inhibitrice calculées à partir des résistances de polarisation, déduites de la technique SIE,
REFERENCES
[1] : M. DADFR, „‟Effect of TIG welding on corrosion behavior of 316L stainless steel„‟, Science Direct, 2006.
[2] : XIN LUO, „‟Corrosion behavior of austenitic and ferritic steels in supercritical water„‟, 2007.
Re Z ( Oh m .cm ² )
40 000 30 000
20 000 10 000
0
-Im Z (Ohm.cm²)
28 000 26 000 24 000 22 000 20 000 18 000 16 000 14 000 12 000 10 000 8 000 6 000 4 000 2 000 0
1 2
3
4 1: 304L-304L dans 0.5% NaCl
2: 304L-304L dans 0.5% NaCl à 10 ppm d'inhibiteur 3: 304L-304L dans 0.5% NaCl à 15 ppm d'inhibiteur 4: 304L-304L dans 0.5% NaCl à 20 ppm d'inhibiteur
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http://www.csc.dz/ic-wndt-mi12/index.php 64 [3] : E.SCHASCHLE, „‟Methods for evaluation and testing of corrosion inhibitors‟‟, Corrosion
inhibitors, NACE Internationale, Houston, TX, 1973.
[4] : J.BUCHWEISHAJA, G.HAGEN, IOM Communication, 1999.
[5] : P. BOMMERSBASH, „‟Evolution des propriétés d‟un film inhibiteur de corrosion sous l‟influence de la température et des conditions hydrodynamiques caractérisation par
[6] : S.PAPAVINASAM, “ Advances in the evaluation of corrosion inhibitors” Journal of science and engineering , corrosion, Vol 62, n°1, 2006.
