Etude de l'influence d'un dépôt d'oxyde de cérium sur le comportement vis-à-vis de l'oxydation isotherme et cyclique de deux aciers commerciaux : Z4CN18-09 (AISI 304) et Z2CT17 (F17Ti)

Résumé
L'addition d'élément actif comme les terres rares est connu pour améliorer le comportement vis-à-vis de l'oxydation à haute température d'aciers chromino-formeurs. Nous présentons ici les résultats relatifs à l'oxydation isotherme à 950 °C et 1000 °C et en cyclage thermique à 950 °C des deux aciers commerciaux Z4CN18-09 (AISI 304) et Z2CT17 (F17Ti) recouverts d'un dépôt fin d'oxyde de cérium réalisé par différentes méthodes "chimiques". L'étude du comportement des aciers non traités confirme les résultats de la littérature. Les dépôts de CeO₂ ont été réalisés par voie électrophorétique, à partir du sol en suspension dans différents solvants aqueux ou organiques. Ces dépôts, fins et homogènes, ont des effets positifs vis-à-vis de l'oxydation isotherme et cyclique. Il apparait clairement que : 1) en condition isotherme, la vitesse de corrosion diminue légèrement et l'adhérence des couches barrières augmente fortement ; 2) en condition de cyclage thermique, l'adhérence de la couche protectrice augmente de façon spectaculaire. La justification de ces résultats réside apparemment dans la formation d'une sous-couche de chromine à grains très fins qui confère au système une plasticité plus élevée que précédemment. Ce travail a permis de proposer différents procédés d'introduction superficielle du cérium dans un alliage métallique, de mise en oeuvre beaucoup plus facile et moins couteuse que l'implantation ionique. Les dépôts ainsi obtenus améliorent considérablement l'adhérence des couches protectrices formées sur des aciers inoxydables commerciaux, en particulier lors de leur utilisation dans des installations soumises à des variations de température de grande amplitude.

Abstract
Reactive element addition as rare earth elements is a well known method for improving the high temperature oxidation behavior of chromia-former stainless steels. Two commercial stainless steels (AISI 304 and Fe17Ti) were exposed to isothermal oxidation at 950 °C and 1000 °C and thermal cycling oxidation at 950 °C in air under atmospheric pressure. These steels were prepared by coating a thin ceria film by electrophorectic methods or by dipping into a ceria dispersion in various solvants (aqueous or organic). It has been shown for the coated steels that the oxidation rate slightly decreased and that the oxide adherence increased particularly for Fe17Ti steel in isothermal condition. For cyclic conditions, the oxide scale adherence was considerably increased since no scale spallation occured after more than 40 cycles. The observation can be partially explained by the growth of a very fine grained chromia subscale on coated stainless steels. Comparison are made between dipped coating and ion implantation processes for introducing reactive element to the surface. The latter processes provide surface modification which increases the oxide scale adherence of chromiaformer stainless steel, especially when large temperature range variations occur.