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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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Lire l’articleINTRODUCTION
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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2. Méthodes d'étude de la corrosion sèche
2.1 Préparation des échantillons
Les études de laboratoire nécessitent des échantillons à la fois représentatifs de la réalité des pièces industrielles, de tailles raisonnables et reproductibles entre eux. La métrologie avant oxydation doit être très soignée. La préparation de surface est une étape clé car elle modifie la réactivité du métal des échantillons et peut ainsi conditionner les résultats d'oxydation haute température.
Les normes NF ISO 21608 et ISO 13573 décrivent les procédures de préparation des échantillons pour des essais d'oxydation en conditions isothermes [NF ISO 21608] ou avec exposition à des cycles thermiques [ISO 13573].
Quelles que soient les conditions de préparation des échantillons, elles sont à consigner scrupuleusement et à décrire soigneusement dans les rapports et publications de corrosion à haute température.
HAUT DE PAGE
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 entre la longueur des arêtes et l'aire réactionnelle et de réduire la tendance à l'écaillage spontané de la couche de corrosion. La forme cylindrique est également avantageuse de ce point de vue.
Quand l'épaisseur de la pièce métallique conditionne un effet « réservoir », c'est-à-dire mettant en jeu la disponibilité de l'élément générant l'oxyde protecteur, une découpe astucieuse « en coin » permet de tester en une seule expérience l'influence de l'épaisseur ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(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 les éléments...
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