Effet d’un revêtement métallique sur les propriétés de l’acier ferrito-martensitique Fe-12Cr
Résumé—
Les aciers ferrito-martensitiques contenant 9 a 12
% en poids de Cr sont de bons candidats pour la réalisation d'échangeurs thermiques car ils présentent de bonnes propriétés mécaniques jusqu'a une température de 600 °C, une forte conductivité thermique, un faible coefficient d'expansion thermique ainsi qu'un cout plus faible que celui des aciers austénitiques. Bien que ces aciers soient résistants à la corrosion, des phénomènes de dégradation peuvent être mis en évidence dans certaines applications. Afin de limiter au maximum la détérioration de ces matériaux à haute température ou dans certains milieux agressifs, il est nécessaire de minimiser voire d’annihiler ces phénomènes de corrosion. Une voie prometteuse dans ce domaine concerne l’élaboration de couches protectrices de ces aciers par des procédés de dépôt.
Cette étude a pour objectif d'étudier l'influence du dépôt de molybdène sur la résistance à la corrosion ainsi que le traitement thermique sur le mécanisme d'oxydation d'un acier Fe-12Cr dans l’atmosphère d’air à 700° C. Il est montré qu'en fonction de ces paramètres, il est possible de former une couche d'oxyde fine protectrice en surface .Ce résultat est expliqué par la diffusion du chrome au cours de l’oxydation.
A cet effet, on s’est intéressé à l’étude d’un revêtement métallique à base de molybdène présentant un intérêt considérable et très bénéfique pour ses propriétés de protection contre la corrosion des aciers ferrito- martensitiques. Le dépôt ainsi élaboré a été caractérisé au moyen des techniques d’analyse telles que la microscopie électronique à balayage (MEB –EDS) pour étudier la morphologie
et la
(DRX) pour identifier les phases formées au cours de l’oxydation.Mots clés : acier Fe -12Cr, acier ferrito-martensitique, corrosion, revêtement, oxydation
.
I. INTRODUCTION
Les matériaux utilisés dans des conditions hostiles doivent à la fois posséder une bonne résistance à la corrosion et de bonne caractéristique mécanique telle que la dureté.
Ces deux caractéristiques ne sont pas toujours faciles à réaliser et l’on est souvent amené à faire des compromis entre ces deux propriétés. Ainsi, le choix des matériaux doit tenir compte les conditions de service de chaque appareil et du rapport coût d’investissement/ coût d’entretien.
A cet effet, l’acier Fe-12Cr trouve toute leur importance dans l’industrie et en particulier dans la fabrication des Réchauffeurs d'air, Echangeur de chaleur, réacteurs nucléaires…. c’est un matériau qui travaille à température élevée et ainsi dans des milieux agressifs provoquant de dons des fissurations après une certaine période de travail.
Plusieurs auteurs ont montré que la nature de l’oxyde formé à la surface des aciers Fe-Cr et plus précisément sa teneur en chrome sous O2 dépend fortement de la température d’oxydation ainsi que de la quantité d’O2 présente [1,2]. Ils ont interprété ce comportement par le flux des différentes espèces (Fe, Cr et O) vers la surface. Trois paramètres ont été définis : CrA, FeA et OA qui représentent respectivement les flux surfaciques de chrome, fer et d’oxygène [3].
II. PROCEDURE EXPERIMENTALE
On se propose, dans ce travail d’élaborer un dépôt de molybdène sur un substrat d’acier Fe12Cr par la technique de pulvérisation magnétron RF puis oxydé sous atmosphère d’oxygène à T= 700°C et la pression d’oxygène est de 62,5
% pendant deux heures . La composition chimique de l’acier est reportée sur le tableau (1) ci-dessous .
Tableau (1) : Composition chimique de l’acier Fe12Cr .
Elément chimique
Fer Chrome Nickel Carbone Manganèse
Symbole chimique
Fe Cr Ni C Mn
Concentration (at.%)
- 12,0 8-10 0.05 1
Rachedi .N.
Centre de Recherche Scientifique et Technique en Soudage et Contrôle,Chéraga-Algérie.
n.rachedi@csc.dz,
A.Badidi Bouda
Centre de Recherche Scientifique et Technique en Soudage et Contrôle, Chéraga-Algérie.
a.badidi@csc.dz.
Le substrat et la cible ont subit un nettoyage chimique selon la procédure ci-après.
L’état de surface des substrats est un paramètre important pour la procédure de dépôt, pour minimiser les contraintes résiduelles et augmenter l’adhérence des films de molybdène sur l’acier Fe12Cr . Par conséquent les échantillons ont été enrobés par la résine puis un polissage mécanique avec des papiers abrasifs de carbure de silicium d’une granulométrie de 250 à1000 suivi d’un polissage miroir en utilisant une solution d’alumine .
Ces échantillons sont ensuite nettoyés chimiquement par une succession de passage dans des bains de solvant qui permettent d’éliminer toutes les impuretés quelle soient de nature organiques (résine, graisse) ou bien solide (poussière).En effet, toute impureté se trouvant à la surface de l’échantillon peut générer une mauvaise adhérence du film. Le dépôt de molybdène a été réalisé par la technique de pulvérisation magnétron RF dans les conditions illustrées sur le tableau (2) .
Tableau (2) : Conditions de dépôt de Mo sur l’acier Fe- 12Cr .
Pression (mbr) Puissance(W) Polarisation du substrat (V)
Temps de dépôt (min)
5. 200 -50 45
III.RESULTATS ET DISCUSSIONS
Nous avons utilisé la microscopie électronique à balayage(MEB) pour observer la morphologie, cette caractérisation est complétée par l’analyse EDS pour étudier la composition chimique des dépôts ainsi que la technique de diffraction des rayons X (DRX) qui nous a permis de déterminer les différentes phases formées avant et au cours de l’oxydation ,c’est-à-dire les oxydes formés .
III.1 RESULTATS DE L’ETUDE MORPHOLOGIQUE
Les figures (1),(2)et(3) illustrent la morphologie du dépôt de molybdène sur l’acier Fe-12Cr puis oxydé sous atmosphère d’oxygène à différents grossissements.
Fig.1.Micrographie (MEB) de la surface du dépôt de Mo sur l’acier Fe- 12Cr (couche supérieure) oxydé sous oxygène et l’analyses chimique par
EDS correspondante à 25 KeV .
On distingue sur la micrographie de figure (1), deux aspects faisant apparaître des surfaces rugueuses séparées par des joints distribués de manière aléatoire.
Fig.2. Micrographie (MEB) de la surface du dépôt de Mo sur l’acier Fe- 12Cr(couche inférieure) oxydé sous oxygène et l’analyses chimique par EDS correspondante à 25 KeV .
La micgraphie (MEB)représenté sur la figure (2)montre que dépôt n’est pas homogène,il apparait dans certaines zones des sites vides ,l’analyse EDS révèle des oxydes de fer et de chrome qui sont formés au cours de l’oxydation.
Fig.3. Micrographie (MEB) de la surface du dépôt de Mo sur l’acier Fe- 12Cr oxydé sous oxygène et l’analyses chimique par EDS correspondante à 6 KeV .
La micrographie (MEB) représentée sur la figure (3) montre de grains d’oxyde de différentes formes.
L’analyse par EDS du dépôt montre que il est composé essentiellement de deux oxydes : oxyde de molybdène et l’oxyde de fer.
III. 2RÉSULTATS DRX
L’analyse du dépôt de molybdène sur l’acier Fe- 12Cr après oxydation sous atmosphère d’oxygène dans un four à moufle à 700°C par la technique de diffraction des rayons X (DRX) donne le diffractogramme illustré sur la figure (4) .
Fig.4.Spectre DRX relatif au dépôt de Mo l’acier Fe-12Cr sur après oxydation sous atmosphère d’oxygène à 700°C.
Cette analyse nous montre la présence de plusieurs phases telles que la phase de molybdène sous forme d’un oxyde de type MoO3 en plus des raies caractérisant le substrat. La formation des oxydes de molybdène de type (MoO3) a été signalée par plusieurs auteurs dans leurs travaux de recherches.Il apparait deux oxydes respectivement de type hématite (Fe3 O4) et l’oxyde de chrome (Cr 2 O3) en accord avec les résultats des travaux déjà publiés [5,6].
IV. CONCLUSION
Pour comprendre le phénomène relatif à la formation de la couche protectrice à base de molybdène en surface de l’acier inoxydable, des films de molybdène ont été obtenus par plasma magnétron RF. On a formé un oxyde en surface par oxydation sous atmosphère d’oxygène à T=700°C.
La morphologie et La composition chimique des couches ont été étudiées par MEB/EDS et par diffraction des rayons X. Le traitement d’oxydation permet de lier la
qualité des couches, à une modification de la nature de certains composés et à une ségrégation superficielle du chrome , nickel et le fer après oxydation.
REFERENCES
[1] S.Ohkido ,Y.Ishikawa ,T.Yoshimura,Appl .Surface .Science , 1994 ,pp.76-77 .
[2] I.Saeki , H.Konno, R. Furuichi , T. Nakamura, K.Mabuchi,M.Itoh, «. Corros .Sci,1998,pp.191.
[3] D.Briggs , M.P.Seah. « Practical surface analysis .in: Auger and X-ray photoelectron Spectroscopy ». Vol. l. Wiley.
Chichester. 1990,pp. 509.
[4] S. Shibagaki, A. Koga. Y. Shirakawa , H. Onishi, H.Yokokawa, J. Tanaka.Thin Solid films , 303,1997, pp. 101.
[5] G.B. Gibbs, R.E. Pendlebury and M.R. Wooton, Protective and Breakaway Corrosion of Mild Steel in CO2, British Nuclear Energy Society International Conferance on corrosion of steels in CO2, 1974,pp. 59-72.
[6] P.L. Surman and A.M. Brown, The Role of Carbon in the Breakaway Oxidation of Mild Steel in High Pressure Carbone Dioxide, British Nuclear Energy Society International Conferance on corrosion of steels in CO2,1974,pp. 85-9
