Corrosion sèche des métaux - Cas industriels : oxydation, carburation

De nombreux procédés industriels nécessitent de porter des matériaux à des températures supérieures à 500 ^oC. Comme pour les utilisations à température ambiante, le choix de ces matériaux est le résultat d’un compromis entre les aspects économique (recherche du moindre coût), technique (tenue mécanique, dureté, déformabilité, usinabilité, soudabilité, masse…) et esthétique (design, aspect visuel). L’utilisation à haute température engendre néanmoins des contraintes supplémentaires. Parmi elles, nous en citerons trois importantes : le fluage, la stabilité microstructurale et la corrosion à haute température (ou corrosion sèche).

Dans de nombreuses applications, l’augmentation des températures de travail permet d’améliorer les rendements (conversion de l’énergie) et/ou de diminuer les nuisances environnementales (consommation d’énergie, émission de CO₂). Elle conduit cependant à augmenter la corrosion et donc à diminuer la durée de vie des installations. Une adaptation des matériaux à la température maximale d’utilisation apparaît donc nécessaire.

Quasiment tous les environnements d’intérêt technologique contiennent suffisamment d’espèces gazeuses chimiquement réactives pour que presque tous les métaux soient thermodynamiquement instables et se transforment donc en oxydes, chlorures, nitrures, carbures, sulfures… La vitesse de corrosion dépend alors du produit formé dont la nature est déterminée par des interactions complexes entre la composition, la microstructure et la morphologie de surface de l’alliage, la thermochimie de l’environnement et la température de réaction. La corrosion sèche qui en résulte est constituée d’une part d’une diminution de l’épaisseur du matériau, souvent la cause première de la limitation de la durée de vie de l’installation, et d’autre part de la dissolution d’oxygène, d’azote ou de carbone dans l’alliage qui se traduit par une corrosion interne dégradant également la tenue mécanique et participant donc à la casse des pièces.

Nous nous attacherons donc ici à décrire les principaux modes de corrosions sèches rencontrés dans la pratique et la tenue relative des principaux matériaux métalliques disponibles, c’est-à-dire les métaux à base de Fe, Ni, Cr ou Co, bruts ou revêtus.