Contraintes « de croissance » et cinétiques d'oxydation dans des couches d'oxydes thermiques de Fer et de Nickel ;
Etude in-situ par Diffraction des Rayons X et modélisation

Benoît Panicaud (1)

1 LEMMA - Laboratoire d'Etude des Matériaux en Milieux Agressifs

A metal oxidation leads to a specific strain link to the oxide growth. This growth strain is supposed to be proportional to the oxide layer thickness. We study the « growth » stresses in some metals : nickel, untreated iron and phosphated iron. The first two materials oxidation is parabolic. On the other hand, the phosphated iron oxidation shows several features : phases inversion in the oxide layer, kinetic transition. Complementary analyses led by X – Rays Diffraction showed that the layer of phosphate seemed to play the role of a diffusion barrier. The stability of the phosphate layer during the oxidation and the oxide layers morphology confirmed that the kinetic accident has a mechanical origin. The measure of the stresses in the oxides has been achieved by XRD, with Synchrotron Radiation. In the first time, the stresses modelling in thermal oxides on metals allowed us to reproduce experimental results. Finally, we develop an identification method of the system parameters.

La formation d'une couche d'oxyde thermique sur un métal entraîne l'apparition d'une déformation spécifique liée à la croissance de l'oxyde. Nous considérons que cette déformation est proportionnelle à l'épaisseur de la couche d'oxyde. Nous avons analysé les contraintes de « croissance » associées, dans les oxydes se développant sur des substrats de nickel, de fer et enfin de fer phosphaté. L'oxydation des deux premiers métaux est parabolique. En revanche, l'oxydation du fer phosphaté montre plusieurs caractéristiques. Des analyses menées par Diffraction des Rayons X (évolution des pourcentages de phases) ont montré que le film de phosphate se comportait comme une barrière de diffusion. La mesure des contraintes dans les oxydes a été réalisée in-situ par thermodiffraction avec l'apport du Rayonnement Synchrotron. Enfin, la modélisation de l'évolution des contraintes dans les systèmes oxydes thermiques sur métal nous a permis de reproduire qualitativement les résultats expérimentaux.

Mots clés: couches minces; oxydation haute température; déformation de croissance; mesure par DRX; contraintes résiduelles; rayonnement synchrotron; modélisation; analyse asymptotique

Domaines: Mécanique [physics.med-ph]; Matériaux

Benoît Panicaud. Contraintes « de croissance » et cinétiques d'oxydation dans des couches d'oxydes thermiques de Fer et de Nickel ;
Etude in-situ par Diffraction des Rayons X et modélisation. Mécanique [physics.med-ph]. Université de La Rochelle, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00169180⟩