Publi¨¦ le 29 avril 2021 – Mis ¨¤ jour le 29 avril 2021

Un texte de la Minute Recherche par Marion Poncet, Henri Buscail et Christophe Issartel (LVEEM).

Chaque ann¨¦e, les chercheurs estiment qu¡¯un quart de la production mondiale en acier est d¨¦truite par les ph¨¦nom¨¨nes de corrosion. Ainsi dans de nombreux domaines d¡¯activit¨¦ industrielle (centrales thermiques ou nucl¨¦aires, a¨¦ronautique, automobile, incin¨¦ration des d¨¦chets, fours de traitement thermiques¡­), la r¨¦sistance ¨¤ la corrosion ¨¤ haute temp¨¦rature des mat¨¦riaux est ¨¦conomiquement importante. Depuis plus de 50 ans, de nombreuses ¨¦tudes ont permis de d¨¦velopper de nouveaux mat¨¦riaux plus r¨¦sistants comme les aciers inoxydables. Le principe est de cr¨¦er une couche de chromine (Cr2O3) protectrice surfacique agissant ainsi comme une barri¨¨re physique entre l¡¯environnement corrosif et l¡¯alliage. Cependant les conditions d¡¯utilisation des aciers deviennent de plus en plus corrosives ¨C c¡¯est le cas par exemple pour les parois des fours industriels ou des incin¨¦rateurs - et cette couche de chromine devient d¨¦faillante. Afin de l¡¯am¨¦liorer, les ¨¦tudes se tournent vers la cr¨¦ation de nouvelles couches protectrices. Pour cela, l¡¯alliage est chauff¨¦ ¨¤ haute temp¨¦rature (950¡ãC) dans une atmosph¨¨re contr?l¨¦e. C¡¯est le principe de l¡¯oxydation ¨¤ haute temp¨¦rature.

Cette ¨¦tude propose d'¨¦tudier la formation d¡¯une couche protectrice de silice (SiO2), afin de prot¨¦ger un alliage mod¨¨le ¨¤ base de fer, de chrome et de silicium ¨¤ 950¡ãC.
Pour cela, cet alliage est oxyd¨¦ ¨¤ 950¡ãC pendant 70 heures dans deux atmosph¨¨res diff¨¦rentes. Le premier milieu gazeux est constitu¨¦ d¡¯air, riche en oxyg¨¨ne. L¡¯autre, tr¨¨s pauvre en oxyg¨¨ne, est constitu¨¦ essentiellement d¡¯azote contenant 5% en volume d¡¯hydrog¨¨ne (N2-5%H2). La Figure 1 pr¨¦sente les photos, prises au microscope ¨¦lectronique ¨¤ balayage, des couches d'oxyde form¨¦es pour chaque atmosph¨¨re.
 
Figure 1 : Observation au microscope ¨¦lectronique ¨¤ balayage des coupes des ¨¦chantillons oxyd¨¦s (a) sous air (grandissement x1000 et (b) sous N2-5%H2 (grandissement x4000).
Figure 1 : Observation au microscope ¨¦lectronique ¨¤ balayage des coupes des ¨¦chantillons oxyd¨¦s (a) sous air (grandissement x1000 et (b) sous N2-5%H2 (grandissement x4000). - Figure 1 : Observation au microscope ¨¦lectronique ¨¤ balayage des coupes des ¨¦chantillons oxyd¨¦s (a) sous air (grandissement x1000 et (b) sous N2-5%H2 (grandissement x4000).

Apr¨¨s oxydation dans l'air, une couche de Cr2O3 (chromine) non adh¨¦rente s'est form¨¦e. Les vides observ¨¦s r¨¦v¨¨lent que la couche d'oxyde peut laisser diffuser l¡¯environnement gazeux. Elle ne peut donc pas constituer une protection efficace. Sous N2-5%H2, la coupe transversale ne pr¨¦sente pas de vide ¨¤ l'interface oxyde/m¨¦tal. Elle est parfaitement adh¨¦rente. De plus, une couche de silice (SiO2) est pr¨¦sente entre la chromine et l¡¯alliage.

Gr?ce au faible taux d¡¯oxyg¨¨ne pr¨¦sent dans l¡¯environnement gazeux N2-5%H2 et une forte teneur en silicium dans l¡¯alliage, les couches protectrices de chromine et de silice se forment ¨¤ la surface de l¡¯alliage. La suite de l¡¯¨¦tude consistera ¨¤ tester si cette structuration de la couche d'oxyde apporte une bonne protection face ¨¤ la corrosion ¨¤ hautes temp¨¦ratures, dans d¡¯autres atmosph¨¨res plus agressives comme celles constitu¨¦es de m¨¦thane ou de propane par exemple.