INFLUENCE DES PARAMETRES D’ELABORATION SUR LE COMPORTEMENT ELECTROCHIMIQUE D’UN ACIER INOXYDABLE PROJETE THERMIQUEMENT

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3^ème 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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INFLUENCE DES PARAMETRES D’ELABORATION SUR LE COMPORTEMENT ELECTROCHIMIQUE D’UN ACIER

INOXYDABLE PROJETE THERMIQUEMENT

Kerdali nabil¹, Laribi merzak²

1: kerdali nabil, métallurgie, Enp d’alger, cité armaf bt c n°4 chevalley alger, ker_nab@yahoo.fr 2: laribi merzak, métallurgie, Enp d’alger, boumerdess, mlaribi@yahoo.fr

Résumé

:

Les dépôts d'acier inoxydable produits par différents procédés de projection thermique sont souvent employés pour améliorer le comportement à la corrosion des aciers. Dans cette étude, les dépôts d'acier inoxydable ont été réalisés moyennant le procédé de projection Arc-fil en variant deux paramètres : la distance de projection (140 et 170mm) et le traitement thermique des dépôts (850°C pendant 1heure). [1]

Les dépôts ont été étudiés en termes de leur microstructure, oxydation et comportement à la corrosion.

Le comportement à la corrosion des dépôts a été évalué par la caractérisation électrochimique dans la solution corrosive à 3.5% de NaCl. Des mesures de potentiel en circuit ouvert, la polarisation potentiodynamique, la spectroscopie d'impédance électrochimique, les mesures de porosité et la microscopie optique ont été réalisées. [1, 2, 3]

Le comportement électrochimique des dépôts d'acier inoxydable a été fortement influencé par la porosité, la présence des microfissures, et également des particules non fondues. Une fois que l'électrolyte atteint le substrat par l'intermédiaire de ces défauts, une pile galvanique s’est formée dans l’interface dépôt /substrat accélérant la corrosion et l'épuisement du dépôt. Les dépôts réalisés avec une distance de 140 mm et ayant subi le post traitement à 850°C ont présenté la meilleure résistance à la corrosion.

Mots clés :projection thermique, acier inox, arc électrique, Corrosion, comportement électrochimique, traitement thermique.

1. Introduction :

Le dépôt utilisé dans cette étude est un acier inoxydable de nuance industrielle Autrod 16.12.

L’opération de projection à arc électrique a été réalisée sans couche d’accrochage avec deux distance de projection (140 et 170mm) et une épaisseur d’environ 300 μm, des échantillons ont subit un traitement thermique à 850 °C pendant 1heur et d’autres échantillons n’ont pas subit ce traitement thermique. On obtient à la fin quatre types de dépôt : dépôt traité (140 et 170mm) et le dépôt non traité

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http://www.csc.dz/ic-wndt-mi12/index.php 101 (140et 170mm). Deux autres échantillons ont servi pour la comparaison c’est l’acier XC18 et l’acier inoxydable massif (304L) du type X2CrNi18-9.

2. Etude expérimentale

L’observation microscopique a été réalisée en utilisant la microscopie optique et la microscopie électronique à balayage. La caractérisation électrochimique a été réalisée à l’aide de l’appareil Voltalab.

Tableau 1- Composition chimique du dépôt, l’acier inox 304L et le substrat XC18.

ELEMENTS Fe C Cr Ni Si Mn

XC18 98.6 0.22 0.25 _ _ 0.25

Dépôt 68.04 0.03 19 10 0.8 1.7

L’inox massif 71.24 0.06 18.17 8.14 0.6 1.02

2.1 Caractérisation microscopique :

La vue de face du dépôt révèle une structure lamellaire typique des dépôts projetés thermiquement.

Elle est plus ou moins hétérogène. Les particules et les zones sombres, représentent des oxydes et des porosités.

La vue de l’interface du dépôt est décrite dans la figure 2. Elle présente des lamelles plus ou moins denses et peu compactes. Elle est plus claire et plus homogène que le substrat. La faible densité du dépôt ainsi que les défauts déjà cités sont sans doute liée aux paramètres de projection à savoir la vitesse, la pression et la distance de projection.

Figure1 : Micrographie du dépôt réalisé par projection thermique (G=100).

Oxydes Pores

Particules non fondues

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http://www.csc.dz/ic-wndt-mi12/index.php 102 Figure2 : Micrographie de l’interface du dépôt/substrat (G=100).

2.1.1 Analyse par EDS du taux d’oxydes :

L’analyse par EDS (Energie Dispersive X-ray Spectrometry ) du dépôt montre la présence de composés métalliques combinés à l’oxygène et des oxydes de Fer (Voir figure5).

Figure 3 : Spectre de pics d’éléments d’oxydes dans le dépôt.

Tableau 2 - Analyse EDS de taux d’oxydes dans le dépôt

Elément Fe2O3 Cr2O3 NiO SiO2 CO2

% 60.04 18.68 08.10 01.05 12.14

2.1.2 Essai de microdureté :

Tableau 3 - résultats des essais de microdureté vickers des six échantillons.

Echantillons L’inox 304L Dépôt traité 140mm

Dépôt traité 170mm

Dépôt non traité 140mm

Dépôt non traité 170mm

substrat Microdurté

(Hv) 190 400 363 294 311 117

Fe2O

3

Cr2O

3

Ni

OSi 2 O

Ni O

Dépôt

Substra t

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2.2 Caractérisation électrochimique :

2.2.1 Potentiel d’abandon :

Les courbes potentiel / temps pour chaque échantillon étudié ont montré une chute du potentiel pendant la première heure d’immersion, suivi d’une stabilisation des valeurs du potentiel après environ 3h d’immersion.

La figure 4 représente la superposition des courbes de potentiel d’abandon pour les six échantillons à savoir : Le substrat en acier XC18, le dépôt d’acier inox traité (140 et 170mm), le dépôt d’acier inox non traité (140 et170mm) et l’acier inoxydable massif de type 304L.

Figure4 : Superposition des courbes E=f (t) des six échantillons Tableau 4 - potentiel d’abandon des six échantillons

Echantillons

L’inox 304L

Dépôt traité 140mm

Dépôt traité 170mm

substrat

Potentiel (mV) -373 -446 -472 -522 -490 -612

La diminution du potentiel pendant la première étape peut être associée à plusieurs facteurs, entre autres :

 L’adsorption du chlorure,

 La dissolution des oxydes de fer par des ions de chlorure,

 Le changement de la concentration d’oxygène et des ions métalliques, ce qui peut développer des couches de diffusion,

 Le changement de l’activité en surface principalement quand l’électrolyte pénètre le dépôt.

L’inox 304L Dépôt traité 140mm Dépôt traité 170mm Dépôt non traité 170mm Dépôt non traité 140mm Substrat

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2.2.2 Courbes de polarisation potentiodynamiques :

Il est évident que le dépôt apporte une réelle protection sur tout le domaine de potentiel en le comparant au substrat. Mais cette protection reste assez faible par rapport à l’acier inoxydable massif.

Les figures 5 et 6 regroupent les courbes potentiodynamiques des six échantillons étudiés à savoir le substrat XC18, le dépôt traité (140 et 170mm), le dépôt non traité (140 et 170 mm) et l’acier inoxydable massif 304L.

Figure 5 : superposition des quatre courbes potentiodynamiques (d=140mm) Log i (A cm-2 )

E (mV)

Le substrat

Le dépôt non traité 140mm Le dépôt traité 140mm L’acier inox 304L

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http://www.csc.dz/ic-wndt-mi12/index.php 105 Figure6 : superposition des quatre courbes potentiodynamiques (d=170mm)

D’après les courbes potentiodynamiques et les paramètres cinétiques, on remarque ce qui suit:

 La superposition des quatre courbes potentiodynamiques (figure 7 et8) montre un comportement intermédiaire du dépôt par rapport au substrat et l’acier inoxydable massif 304L

 Une nette diminution des courants de corrosion du dépôt par rapport au substrat,

 En comparant les quatre types de dépôt étudiés on trouve que l’échantillon traité à850°C avec une distance de projection de 140mm présente une meilleure tenue à la corrosion.

 La décroissance du courant, indique d’une manière générale la formation du film passif et la stabilité de ce courant à une valeur très faible indique le renforcement et la croissance du film passif avec le temps. Pour le cas du dépôt, le domaine de stabilité du film passif n’est pas assez large à cause des petites dégradations localisées, mais la densité de courant du dépôt reste faible comparativement à l’acier inoxydable massif.

Le comportement de l’acier massif 304L a montré un dégagement faible d’un gaz dans le balayage cathodique, suggérant une réduction de l’eau et probablement de l’oxygène. Par conséquent, nous pouvons supposer que les mêmes réactions de réduction se produisent dans les interfaces des systèmes dépôt /solution et acier inoxydable massif /solution.

E (mV)

Le substrat

Le dépôt non traité 170mm Le dépôt traité 170mm L’acier inox 304L

Log i (A cm-2 )

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 Pour les dépôts, la branche anodique a montré une densité de courant plus élevée par rapport à l’acier massif, due forcément à leur structure, présence de défauts, oxydes et pores permettant à l’électrolyte d’atteindre le substrat. D’autant plus que la présence d’oxydes diminue la passivité des matériaux et affecte leur tenue à la corrosion. [1, 2, 3]

Conclusion :

A travers les différents tests électrochimiques réalisés ainsi que l’observation au microscope optique on a constaté que:

 L’évolution des potentiels d’abandon, les courbes de polarisation dynamiques montre que :

1. lorsqu’on augmente la distance de projection le potentiel de corrosion augmente.

2. l’application du post traitement thermique permet également d’améliorer la résistance à la corrosion.

3. le comportement électrochimique du dépôt inoxydable projeté est toujours intermédiaire entre le substrat et l’inox massif quel que soit le type de dépôt.

 Les paramètres de projection influent fortement sur la résistance à la corrosion des dépôts en acier inoxydables. Pour cette raison une optimisation soigneuse de ces paramètres (poste traitement et distance de projection) permet de réaliser des dépôts compacts, homogènes et de bonne qualité.

 Le taux élevé d’oxydes diminue la passivité des dépôts et affecte leur tenue à la corrosion.

 Les quatre types de dépôt présentent une microdureté plus grande que celle du substrat et l’acier inoxydable massif.

 Tous les tests électrochimiques confirment que les meilleurs résultats ont été obtenus avec le dépôt réalisé avec une distance de projection (D=140mm) et traité à 850°C pendant une heure.

A la fin il serait intéressant de comparer les résultats de cette étude avec d’autres techniques de projection thermique (plasma, HVOF, ….) ou de traitement de surface.

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Références :

[1] Salman NOUROUZI Contribution à l’étude du procédé arc-fil pour la réalisation des dépôts métalliques durs résistants à l’usure abrasive (source Internet) 2004.

[2] B. Jayaraj, S. Vishweswaraiah, V.H. Desai, Y.H. Sohn Electrochemical impedance spectroscopy of thermal barrier coatings as a function of isothermal and cyclic thermal exposure (Surface and Coatings Technology) 2004.

[3] Lidong Zhao, Erich Lugscheider Influence of the spraying processes on the properties of 316L stainless steel coatings. (Surface & Coatings Technology) 2002.