Influence of a chromium layer on the high temperature reactivity of chromino-former austenitic et ferritic stainless steels : Chemical, microstructural and mechanical study of oxide layers
Influence d’un dépôt de chrome sur la réactivité de surface à haute température d'aciers inoxydables austenitiques et ferritiques chromino-formeurs : Etude chimique, microstructurale et mécanique des couches d'oxyde
Résumé
The present work aims to study and improve chemical and mecanical durability at high temperature of iron based alloys. For this, oxidation tests were performed at 850 ◦ C for duration varying between few minutes to more than 1000 h on austenitic and ferritic stainless steels with or without a chromium film (100 nm) deposited by PVD.Without Chromium deposition on surface, microstructural characterizations showed that austenitic steels and ferritic steels with low Cr content are susceptible to breakaway oxidation characterized by the formation of unprotective iron oxides. While in the presence of the Chromium film the thermally grown oxide has a duplex morphology (MnCr2O4/Cr2O3) with a protective character even in the long term (max duration tested 2000 h). The kinetics study demonstrate that the oxidation rates are slower in the presence of the Chromium thinlayer on austenitic and ferretic stainless steel surface.The thin microstructurals characterizations (ACOM-TEM) alloed to understand the contribution of Chromium film on the nature of formed oxides on stainless steels during the first stages of oxidation. A growth mechanism hs been proposed.Finally, micro-mecanical tests devoted to adherance caracterization (bulge-blister inversed) have been performed in order to quantify oxide layers and showed a beneficial effect of chromium deposition on the adhesion of the oxide layers grown on austenitic steels.
Le présent travail vise à étudier et améliorer la durabilité chimique et mécanique des aciers inoxydable chrominoformeurs à haute température. Dans ce but, des essais d’oxydation à durée variant de quelques minutes à plus de 1000 h ont été réalisés à une température de 850 ◦ C sur différents aciers inoxydables austénitiques et ferritiques avec ou sans dépôt, d’un film Chrome de 100 nm d’épaisseur réalisé par PVD.En absence du dépôt de Chrome, les caractérisations microstructurales ont démontré que les aciers austénitiques et les aciers ferritiques à faible teneur en Cr sont sensible à l’oxydation catastrophique caractérisée par la formation des oxydes de Fer non protecteur. Tandis qu’en présence du film de Chrome, les oxydes thermiques présente une morphologie duplexe (MnCr2O4 /Cr2O3) à caractère protecteur même à long terme (durée max testée 2000h). L’étude cinétique a permis de mettre en évidence l’effet positif du dépôt par l’abaissement de vitesse d’oxydation.Les caractérisations microstructurales fines (ACOM-TEM) ont permis de comprendre l’impact du dépôt de Chrome sur la nature des oxydes formés pendant les premières minutes d’oxydation et proposer un mécanisme de croissance.Enfin des essais micro-mécanique de mesure d’adhérence (gonflement-décollement inversé) ont été entrepris afin de quantifier la tenue mécanique des couches d’oxyde formées. Ces essais ont pu mettre en évidence l’effet bénéfique du dépôt de chrome sur l’adhérence des couches d’oxyde formées sur les aciers austénitiques.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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