Influence of metal additive manufacturing parameters on the corrosion behavior of 316L stainless steel
Influence des paramètres des procédés de fabrication additive métallique sur le comportement en corrosion de l’acier inoxydable 316L
Résumé
In recent years, additive manufacturing has become a significant source of creativity for the development of complex materials which challenge the use of their traditional counterparts. In laser powder bed fusion (L-PBF), the material properties are widely influenced by the process parameters and the characteristics of the raw materials. This thesis deals with the influence of additive manufacturing parameters (choice of two different raw materials) on the corrosion behavior of 316L stainless steel in nitric media. On the other hand, the effect of two thermal post-treatments (750 °C or 1200 °C for 1 h) is studied. From two specific powder batches, significant differences in microstructures and nanostructures are obtained. With a specific powder, an unexpected hierarchical triple structuration was observed (small columnar grains, large solidification cells and small internal cells), and a link was established between the electrochemical response of the powder and L-PBF steels. In a strongly oxidizing nitric environment, 316L L-PBF steels show a significant improvement in intergranular corrosion resistance compared with wrought 316L. These performance differences are not related to a modification of the oxide layer properties on the surface, but are induced by differences in chemical composition at the grain boundaries, linked to the rapid solidification rate during the process. In addition, 316L L-PBF steels typically contain solidification cells which form galvanic micro-couplings initiating localized corrosion. However, it has been shown that the hierarchical triple structuration (starting from a specific powder) induces the elimination of this cellular corrosion. When thermal post-treatments are applied to L-PBF steels, microstructural and corrosion properties change significantly. Heat treatment at 750 °C for 1 h reduced intergranular corrosion resistance, while heat treatment at 1200 °C for 1 h conserved the enhanced resistance of grain boundaries.
Ces dernières années, la fabrication additive est devenue une source importante de créativité pour le développement de matériaux complexes qui défient l'utilisation de leurs homologues traditionnels. En fusion laser sur lit de poudre (L-PBF), les propriétés des matériaux sont largement influencées par les paramètres du procédé et les caractéristiques des matières premières. Ainsi, ce travail de thèse traite d’une part de l’influence des paramètres de fabrication additive (choix de deux matières premières différentes) sur le comportement en corrosion de l’acier inoxydable 316L en milieu nitrique. D’autre part, l’effet de deux post-traitements thermiques (750 °C ou 1200 °C pendant 1 h) est étudié. A partir de deux lots de poudres spécifiques, des différences significatives de microstructures et nanostructures sont obtenues. A partir d’une matière première spécifique, il a été observé l’apparition d’une triple structuration hiérarchique inattendue (grains faiblement colonnaires, grandes cellules de solidification et petites cellules internes) et un lien a été établi entre la réponse électrochimique de la poudre et celle de l’aciers L-PBF. En milieu nitrique fortement oxydant, les aciers 316L L-PBF montrent une amélioration significative des performances en corrosion intergranulaire par rapport au 316L forgé. Ces différences de performance ne sont pas liées à une modification des propriétés de la couche d’oxyde en surface mais seraient induites par des différences de composition chimique aux joints de grains, en lien avec la vitesse de solidification rapide lors du procédé. De plus, les aciers 316L L-PBF contiennent typiquement des cellules de solidification qui forment des micro-couplages galvaniques initiant l’apparition de corrosion localisée. Pourtant, il a été montré que l’obtention d’une triple structuration hiérarchique (à partir d’une poudre spécifique) induisait la disparition de cette corrosion cellulaire. Lorsque des post-traitements thermiques sont appliquées aux aciers L-PBF, les propriétés microstructurales et en corrosion évoluent sensiblement. En effet, le traitement thermique à 750 °C pendant 1 h a fortement dégradé la tenue en corrosion intergranulaire, tandis que le traitement thermique à 1200 °C pendant 1 h a conservé la résistance accrue des joints de grains.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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