29/07/2013 - Analyse de la corrosion à l'échelle nanométrique

Menéame

Une équipe de chercheurs européens et mexicains, dirigés par le Institut Max-Planck en Allemagne, a analysé par une "sonde atomique" les processus de corrosion Le problème de l’acier, qui coûte des millions d’euros par an.

L’étude, qui publie le magazine Science, révèle que la température et la distribution homogène d’éléments tels que le chrome sont des clés pour obtenir des aciers inoxydables plus résistants.

" Pour réduire les pertes annuelles de la corrosion des matériaux, évaluées à des centaines de millions d’euros, nous devons améliorer notre compréhension des processus de corrosion dans les matériaux, en particulier ceux conçus spécifiquement pour résister à la corrosion, comme les aciers inoxydables," explique la chercheuse mexicaine Jazmin Duarte, de l’Institut Max-Planck pour la recherche sur le fer (MPIE, en Allemagne).

Duarte, avec d’autres scientifiques allemands et de l’Université Polytechnique de Catalogne, présentent dans le magazine Science une analyse de l’influence de la structure au niveau atomique sur la résistance à la corrosion d’un acier ou d’un alliage composé de fer, de chrome, de molybdène, de carbone et de silice (Fe)₅₀Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆). Le chrome et le molybdène sont essentiels pour convertir un acier en acier inoxydable.

Distribution du chrome (bleu) et du molybdène (rouge) dans un alliage de fer (vert) comme la température augmente. / M. J. Duarte et al.-MPIE

Dans ce cas, la distribution homogène de petits cristaux de chrome, qui forment une couche d’oxyde de protection, est essentielle pour que le matériau soit résistant à la corrosion. Cela se produit à des températures d’environ 620 °C.

Mais la situation change quand l’alliage se réchauffe le plus. À 650 oC apparaissent de nouveaux cristaux riches en molybdène, et à 800 oC - par un phénomène de percolation - on génère un réseau où le molybdène et le chrome sont interconnectés, qui ne sont plus répartis de manière homogène et perdent leur capacité protectrice.

"Ce n’est pas seulement la composition, mais aussi la température ou les facteurs comme le traitement du matériau et les conditions d’exploitation qui modifient la microstructure et la rendent plus ou moins sensible à la corrosion," commente Duarte.

La chercheuse souligne que ces résultats ont été observés grâce à une technique appelée "tomographie par sonde atomique" (atom probe tomography, en anglais), avec laquelle les atomes de l’échantillon sont évaporés un par un et projetés vers un détecteur. Cela permet d’obtenir des informations tridimensionnelles sur la façon dont la composition et la morphologie des éléments varient en fonction de la chaleur de l’alliage.

Outre l’importance des études à l’échelle nanométrique, "en tant que guide pratique, nous pouvons conclure qu’un élément essentiel pour obtenir des matériaux plus résistants à la corrosion et à moindre coût - par l’introduction d’éléments anticorrosion - est la possibilité de produire une distribution homogène des éléments dans l’alliage," résume Duarte.

Référence bibliographique:

M. J. Duarte, J. Klemm, S. O. Klemm, K. J. J. Mayrhofer, M. Stratmann, S. Borodin, A. H. Romero,M. Madinehei, D. Crespo, J. Serrano, S. S. A. Gerstl, P. P. Choi, D. Raabe, F. U. Renner. “Element-Resolved Corrosion Analysis of Stainless-Type Glass-Forming Steels”. Science341, 26 juillet 2013.

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