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Auteur(s)
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Valérie PARRY : Maître de conférences à l'Institut polytechnique de Grenoble - Laboratoire SIMaP, Saint Martin d'Hères, France
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La corrosion sèche est la dégradation d'un matériau dans un environnement chimiquement réactif sous l'effet d'une haute température, et éventuellement de contraintes mécaniques.
Elle concerne généralement des domaines technologiques avancés pour lesquels les conséquences des défaillances ont un coût financier, environnemental ou humain particulièrement élevé : machines thermiques pour le transport (terrestre, maritime, aérien), transformation d'énergie, industrie nucléaire, industrie chimique (organique, minérale), métallurgie…
Les cahiers des charges des matériaux métalliques utilisés dans ces domaines sont de plus en plus exigeants. Les températures de fonctionnement sont augmentées pour accroître les rendements. La réduction des coûts et les enjeux environnementaux stimulent le choix du matériau juste performant, d'épaisseur la plus petite possible. Enfin, les impératifs de sécurité nécessitent de pouvoir garantir une durée de vie en conditions de service que ce soit vis-à-vis du fluage, de la stabilité microstructurale ou de l'oxydation haute température.
Il apparaît donc une demande forte de connaissances quantifiées sur le comportement de matériaux soumis à la corrosion sèche. Cette demande se décline 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.
L'analyse des phénomènes de corrosion sèche présente un caractère pluridisciplinaire puisqu'elle demande des connaissances en métallurgie, en science des surfaces, en thermodynamique et cinétique chimique, en chimie et physique du solide.
La première section de cet article présente le phénomène de corrosion sèche et ses spécificités : distinction avec la corrosion aqueuse, températures et atmosphères rencontrées, domaines industriels concernés. La seconde section propose une démarche d'étude, de la mise en œuvre des expériences de suivis thermogravimétriques aux moyens de caractérisations chimique, morphologique et mécanique de la couche de corrosion et de son interface avec le métal.
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- Version archivée 1 de juin 2003 par Laurent ANTONI, Alain GALERIE
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Méthodes d'étude de la corrosion sèche
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1. Présentation du phénomène
1.1 Corrosion sèche, corrosion aqueuse
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 chimiquement 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 découlent 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 de ces situations, ou bien est assurée par la présence d'un revêtement protecteur. On connaît, en particulier, l'importance industrielle de la protection cathodique obtenue par potentiel imposé assuré par un couplage électrique avec des anodes galvaniques constituées en matériaux moins nobles (système galvanique) ou par l'injection d'un courant électrique continu (systèmes à courant imposé) . En corrosion sèche, 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...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - NORMAND (B.), PEBERE (N.), RICHARD (C.), WERY (M.) - Prévention et lutte contre la corrosion. Une approche scientifique et technique. - Presse Polytechniques et universitaires romandes (2004).
-
(2) - AL-BADAIRY (H.), TATLOCK (G.J.), BENNETT (M.J.) - A comparison of breakaway oxidation in wedge-shaped and parallel sided coupons of FeCrAl alloys. - Mater. High Temp. 17(1/2), p. 101-107 (2000).
-
(3) - ASENSIO-JIMENEZ (C.), LESZEK (N.), HATTENDORF (H.), KUHN (B.), HUCZKOWSKI (P.), SINGHEISER (L.), QUADAKKERS (W. J.) - Effect of specimen thickness on the oxidation rate of high chromium ferritic steels : the significance of intrinsic alloy creep strength. - Oxid. Met., 79(1/2), p. 15-28 (2013).
-
(4) - PIEHL (C.), TOEKEI (Zs.), GRABKE (H.J.) - Influence of chromium diffusion and different surface finishes on the oxidation behaviour of chromium steels. - Mater High Temp., 17(1/2), p. 243-246 (2000).
-
(5) - KOBAYASHI (Y.), FUJIWARA (Y.) - Effect of passive film on high temperature oxidation behaviour of ferritic stainless steels. - Corr. Eng., 43, p. 697-710...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
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Logiciels de calculs thermodynamiques
Les progrès du calcul numérique ont permis l'apparition, dans les années 1970, puis le développement et la dissémination récente de logiciels de calculs d'équilibres thermodynamiques très performants :
Gemini II http://thermodata.online.fr/gem1ang.html
ChemSage http://gtt.mch.rwth-aachen.de/gtt-web/chemsage
FactSage http://www.factsage.com/
HSC Chemistry http://www.hsc-chemistry.net/
ThermoCalc http://www.thermocalc.com/start/
Pour la plupart, ces logiciels recherchent la valeur minimale, en système fermé, de l'enthalpie libre globale du système complexe de tous les corps purs élémentaires et composés connus susceptibles d'exister dans le système contenant...
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