Protection des alliages Fe (Cr, Mo) contre la corrosion par le procédé d'aluminiage.

Protection des alliages Fe (Cr, Mo) contre la corrosion par le procédé d'aluminiage.

Alima Mebrek

¹

, H'maida Essom

²

1 Unité de Recherche en Technologies Industrielles - URTI / CSC - Annaba, Université Badji Mokhtar, B. P.

1037, Annaba 23000, Algérie, Email: alima.mebrek@gmail.com

2 Laboratoire LMGM, Département de Métallurgie et Génie des Matériaux, Faculté des Sciences, Université de Annaba, B. P. 12, Annaba 23000, Algérie.

Résumé:

Les alliages à base de Fe (Cr, Mo), très utilisés dans l’industrie pétrochimique pour leur excellente résistance à la corrosion présentent souvent des insuffisances dues, toutefois, au non respect du domaine de température habituellement conseillé et aux principaux produits agressifs contenus dans les fumées produites par les combustibles dans leur milieux de travail.

Pour remédier à ce problème, les revêtements aluminés se sont toujours justifiés par leurs réponses à la fois à des contraintes de résistance à la corrosion et à l’oxydation à chaud. Le point de fusion de l’aluminium (660°C) garantit une meilleure résistance à chaud du revêtement aluminé.

C´est un bon revêtement anti-corrosion, sur la plupart des matériaux métalliques, du fait de ses caractéristiques chimiques propres, de sa position dans l’échelle des potentiels des métaux et de la passivation de sa surface (alumine)

. La réaction du fer avec l’aluminium liquide est très violente et résulte dans la formation très rapide d’une couche épaisse d’alliage généralement composée de deux phases superposées: Fe

2

Al

5

phase épaisse côté acier et FeAl

₃

phase mince côté revêtement. Au dessus de la couche d’alliage, le revêtement est constitué d’aluminium saturé en fer contenant des précipités sous forme d’aiguilles de FeAl

3

.

L’objectif de ce travail est la protection contre la corrosion des alliages à base de Fe(Cr, Mo)

utilisés pour la fabrication des tubes dans le milieu de travail au sein de la SONATRACH SKIKDA et qui sont destinés à véhiculer du pétrole dans un four.

Différentes techniques de caractérisation ont utilisées à savoir, des analyses chimiques, le microscope optique, la diffraction des rayons X, le MEB et les dépôts à

différents temps d'immersion.

Mots clés: Alliage (Fr, Cr, Mo), aluminiage, état de surface et revêtement.

I. Introduction

L’alliage Fe (Cr, Mo) est utilisé pour la fabrication d’un tube dans le milieu de travail au sein de la SONATRACH SKIKDA destiné à véhiculer un fluide (pétrole) dans un four. La réaction du fer avec l’aluminium liquide est très violente et résulte dans la formation très rapide d’une épaisse couche d’alliage généralement composée de deux phases superposées: Fe2Al5 épais du côté acier et FeAl3

mince du côté revêtement. Au dessus de la couche d’alliage, le revêtement est constitué d’aluminium saturé en fer contenant des précipités sous forme d’aiguilles de FeAl3 conformément au diagramme d’équilibre FeAl.

Les échantillons prélevés détérioré ont subi plusieurs techniques de caractérisation (analyse chimique, analyse métallographique, analyse par diffraction des rayons X, rugosité, dureté, microstructure et dépôt à différents temps d'immersion). On a essayé de viser une meilleure compréhension des problèmes d’adhérence rencontrés lors de l’emploi des couches aluminées obtenues par calorisation aux interfaces dépôt/métal. La microscopie optique, la microscopie électronique à balayage, la diffraction des rayons X.

Présentation du matériau

Le matériau utilisé est à base de Fe(Cr, Mo), très utilisé dans l’industrie pétrochimique pour son excellente résistance à la corrosion.

Tableau 1. Analyse chimique (% pondéral) de l'alliage étudié (balance Fe).

II. Conditions expérimentales et techniques

La caractérisation du matériau ne peut être complète que si elle fait appel à la corrélation de plusieurs méthodes entre elles. Ainsi, dans notre étude nous avons fait appel à des techniques d'analyse et des moyens de caractérisation tels que la microscopie optique et la diffraction des rayons X, la microscopie électronique à balayage et la rugosimétrie

La calorisation des échantillons a été réalisée dans un dispositif expérimental schématiquement représenté par la figure suivante

Figure 1. Dispositif pour une cémentation par immersion (statique isotherme, dépôt d’aluminium).

Le dépôt effectué à haute température (700°c), température supérieure à celle de fusion de l’aluminium (660°c) afin d’assurer une bonne homogénéisation du bain. Le principe très simple consiste à plonger les différents échantillons préalablement nettoyés dans le métal en fusion, triturant en petits cercles.

III. Résultats expérimentaux

La couche externe est constituée de film d’oxyde compact composé d’alumine, par contre, au contact de l’interface, se trouve une couche constituée de grands cristaux basaltiques de phase Fe2Al5

(Figure 2) entre les deux en sandwich la phase FeAl3 en couche très fine (Figure 3).

Eléments C max Si max Mn Cr Mo S max P max

% en masse 0,15 0,50 0,30-0,60 1,90-2,60 0,87-1,13 0,030 0,030

Echantillon

Métalliquide

Figure 2. Coupe transversale de l’échantillon calorisé à la température 700°C pendant 15 mn, état de surface poli 1000 (G x400)

Figure 3. Coupe biaise de l’échantillon calorisé à la température 700°C pendant 15 mn, état de surface poli 1000 (G x400)

Languettes Fe2Al5

Interface dépôt/métal

Substrat

Dépôt FeAl3

Dépôt

Fe

₂

Al

₅

Interface dépôt/métal

Substrat

Les analyses radio cristallographiques sur les couches calorisées à différents temps d’immersion (Figure 4) révèlent, en plus des raies propres à la matrice des réflexions caractéristiques de la calorisation par immersion.

10 20 30 40 50 60 70

0 5 10 15 20 25 30 35 40

(Echantillon 1 mn)

Intensité (U.A)

2  (°)

10 20 30 40 50 60 70

0 5 10 15 20 25 30 35

Echantillon 15 mn inter

Intensité (U.A)

2 (°)

Figure 3. Résultats par Rx des dépôts FeAl3

FeAl3

Fe2Al5

FeAl2

Fe2Al5

FeAl2

IV. Conclusion

L´aluminisation fournit une protection au métal de base par la formation des phases intermétalliques.

Les avantages d´un dépôt obtenu par immersion, sont : - Homogénéité chimique de dépôt

- Grande concentration de l´aluminium dans le liquide.

- Des couches plus compactes à des temps d´immersion beaucoup plus faibles.

- Une meilleure résistance à la corrosion.

- Présence des phases FeAl3, Fe2Al5

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