Présentation
NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la réédition actualisée de l'article intitulé "Corrosion sèche des métaux - Méthodes d'étude" paru en 2003 et rédigé par Laurent ANTONI et Alain GALERIE.
RÉSUMÉ
Les cahiers des charges des matériaux métalliques soumis à la corrosion sèche dans le domaine des transports, de la production d'énergie ou de l'industrie chimique sont de plus en plus exigeants. Il apparaît une demande forte de connaissances quantifiées sur leur comportement en termes de vitesses de réaction, de températures limites d'utilisation, d'atmosphères interdites, de conditions de cyclage thermique ou de sollicitations mécaniques en service. Cet article propose une démarche d'étude de la corrosion sèche des métaux : de la mise en oeuvre du suivi cinétique aux moyens de caractérisations chimique, morphologique et mécanique de la couche de corrosion et de son interface avec le métal.
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The specifications for metal materials exposed to hot corrosion in the fields of transport, energy production or industrial chemistry are increasingly demanding. Requirements concern the collection of quantified knowledge about their behavior in terms of reaction rates, limiting temperatures, prohibited atmospheres, thermal cycling conditions or mechanical stress criteria. This paper provides a guideline for studying hot corrosion of metals: from kinetic studies to characterization of the chemistry, morphology and mechanical properties of the corrosion layer and its interface with the metal.
Auteur(s)
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Laurent ANTONI : Docteur-ingénieur de l’Institut national polytechnique de Grenoble, - École nationale supérieure d’électrochimie et d’électrométallurgie de Grenoble
-
Alain GALERIE : Professeur à l’Institut national polytechnique de Grenoble, - École nationale supérieure d’électrochimie et d’électrométallurgie de Grenoble
INTRODUCTION
Comme tous les phénomènes de corrosion, la corrosion sèche se manifeste par une dégradation des matériaux élaborés par l’activité humaine, entraînant leur retour à une forme plus stable. Cette dégradation se déroule en l’absence de phase liquide jouant le rôle d’électrolyte. L’absence d’électrolyte et la relative lenteur des phénomènes qui en découle imposent, pour que ce type de corrosion soit actif, une température élevée. On parle ainsi souvent de corrosion à haute température (« high temperature corrosion »), d’oxydation thermique (« thermal oxidation ») ou de corrosion par les gaz chauds (en français uniquement).
Une différence fondamentale provenant de l’absence de phase liquide en corrosion sèche apparaît au niveau de l’importance relative des situations d’immunité et de passivation. En environnement aqueux, l’absence de corrosion résulte de l’une ou l’autre de ces situations. On connaît, en particulier, l’importance industrielle de la protection cathodique, obtenue par potentiel imposé ou par application d’un revêtement sacrificiel. En corrosion sèche, comme on le montre dans l’article suivant Corrosion sèche des métaux- Mécanismes, les situations d’immunité sont hautement improbables, sauf à considérer des métaux très nobles qui sont sans application industrielle à chaud. L’absence de corrosion sèche résulte toujours d’une situation de passivité où la vitesse de corrosion est quasi nulle. Cette situation est « intrinsèque » si le matériau métallique est utilisé à une température suffisamment basse, « extrinsèque » si un élément d’alliage judicieusement choisi produit un film protecteur dont la vitesse de croissance est, elle-même, très faible.
Les matériaux métalliques (métaux ou alliages) sont les plus touchés par la corrosion sèche, mais les céramiques non oxydes, de type borure, nitrure ou carbure sont évidemment également concernées. Cet article, limité au comportement des matériaux métalliques, n’en fait pas état. Le lecteur trouvera en référence des indications récentes sur la corrosion sèche des céramiques [1].
Cette étude théorique sur la corrosion sèche des métaux se compose de deux parties :
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[M 4 220] - Corrosion sèche des métaux. Méthodes d’étude ;
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Corrosion sèche des métaux- Mécanismes - Corrosion sèche des métaux. Mécanismes ; auxquels se rattache un fascicule de documentation « Pour en savoir plus » ;
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- Corrosion sèche des métaux. Méthodes d’étude et mécanismes.
L’étude pratique de divers cas industriels est traitée dans :
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Corrosion sèche des métaux- Cas industriels : oxydation, carburation - Corrosion sèche des métaux. Cas industriels : oxydation, carburation ;
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Corrosion sèche des métaux- Cas industriels : sulfuration, nitruration - Corrosion sèche des métaux. Cas industriels : sulfuration, nitruration ;
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Corrosion sèche des métaux- Cas industriels : halogènes - Corrosion sèche des métaux. Cas industriels : halogènes ;
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Corrosion sèche des métaux- Cas industriels : dépôts, milieux fondus - Corrosion sèche des métaux. Cas industriels : dépôts ; milieux fondus ;
-
Corrosion sèche des métaux- Choix des alliages - Corrosion sèche des métaux. Choix des alliages ;
-
- Corrosion sèche des métaux. Cas industriels. Pour en savoir plus.
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KEYWORDS
Kinetic study | oxide scale characterizations
VERSIONS
- Version courante de déc. 2015 par Valérie PARRY
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Présentation
Présentation du phénomène2. Méthodes d’étude de la corrosion sèche
2.1 Préparation des échantillons
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Forme
Les études de laboratoire nécessitent des échantillons à la fois représentatifs de la réalité des pièces industrielles, de taille raisonnable et reproductibles entre eux. La découpe dans une tôle d’épaisseur de l’ordre du millimètre est souvent employée. Il est alors nécessaire de repérer le sens de laminage dont on sait qu’il conditionne l’anisotropie dimensionnelle des grains du métal. L’emploi d’échantillons cubiques (ou presque) est moins fréquent. Il présente cependant l’avantage de minimiser le rapport longueur des arêtes / aire réactionnelle et de réduire la tendance à l’écaillage spontané de la couche de corrosion. La forme cylindrique est également avantageuse à ce point de vue.
Quand l’épaisseur de la pièce métallique conditionne un effet « réservoir » (cf. article [M 4 221, § 2.4]), une découpe astucieuse « en coin » permet de tester en une seule expérience l’influence de l’épaisseur [2]
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Préparation de surface
Il n’existe pas de règle communément admise à ce sujet, le bon sens dictant seulement d’effectuer toute comparaison à préparation de surface identique. Trois possibilités s’offrent à l’expérimentateur.
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Ne pas effectuer de préparation ; l’état de surface industriel est considéré comme reproductible. On prendra alors garde à disposer de suffisamment de matière pour toute la campagne d’expériences, le réapprovisionnement en cours de campagne pouvant éventuellement ne pas assurer un état de surface identique.
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Effectuer un polissage mécanique sur papiers abrasifs ; le grade SiC 1200 constitue un bon compromis entre facilité de préparation et qualité de la surface. Un polissage miroir (diamant ou alumine submicronique) peut se révéler indispensable. Le défaut principal du polissage mécanique est l’écrouissage et la mise en compression superficiels du matériau.
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Réaliser...
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