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Fiche détaillée Thèses
Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (15/12/2005), Philippe MARCUS (Dir.)
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Étude in situ par microscopie à force atomique de la corrosion localisée d'un acier inoxydable 304L
Frantz Martin1, 2

La compréhension de l'initiation de la corrosion localisée sur les aciers inoxydables reste à nos jours encore limitée. Dans ce contexte, ce travail a porté sur l'observation in situ par Microscopie à Force Atomique (AFM) de l'initiation de piqûres ou de fissures de corrosion sous contrainte (CSC). Pour cela, une technique originale associant un AFM, une cellule électrochimique et une platine de déformation a été mise au point. Elle permet d'imager in situ sous potentiel et/ou sous contrainte contrôlés les évolutions de la surface d'un 304L. Nous avons ainsi montré que les piqûres de corrosion s'initient préférentiellement au niveau d'imperfections nanométriques de la surface. Pour la première fois, un suivi cinétique de la croissance des piqûres aux échelles nanométriques a été réalisé, corroborant le modèle du "point defect" (vitesse de croissance des piqûres de 0,18 Å.s−1, densité de courant à l'intérieur des piqûres de 73 μA.cm−2). Combiné à l'EBSD ("Electron BackScattered Diffraction"), l'AFM permet d'indexer totalement les systèmes de glissement actifs et de remonter au nombre de dislocations émergées (quelques unités). L'effet aux échelles nanométriques de l'écrouissage sur l'initiation de piqûres a été étudié : nous proposons un modèle simple basé sur les modifications du travail de sortie des électrons par des contraintes locales. Cela explique l'initiation de 70% des piqûres au niveau des zones écrouies. En CSC, les premières observations in situ semblent valider le modèle de Magnin : l'initiation de fissures est observée au niveau de noeuds de concentration de contraintes. Observées après anodisation de nos surfaces de 304L, des nanostructures organisées de cavités nanométriques (période de 50-100 nm) ont été caractérisées. En collaboration avec une équipe de l'INSERM, nous avons montré que de telle surfaces nanostructurées améliorent l'adhésion et la différenciation de cellules osseuses.
1 :  LECA - Laboratoire d'Etude de la Corrosion Aqueuse
2 :  SPCSI - Service de Physique et de Chimie des Surfaces et Interfaces
corrosion localisée – observations in situ – microscopie à force atomique – cinétiques de piqûration – déformation plastique – corrosion sous contrainte – surfaces nanostructurées – ostéointégration

In situ AFM study of localised corrosion on a 304L stainless steel
At this time, the understanding of the initiation of localized corrosion on stainless steels (SS) is still limited. In this context, the present work aimed at observing in situ by Atomic Force Microscopy (AFM) the initiation of corrosion pits and stress corrosion cracking (SCC) cracks. In order to complete the project, a new technique associating an AFM, an electrochemical cell and a traction platform as been developed. It allows in situ imaging of the surface evolutions of a 304L SS at the nanoscale, under controlled potential and/or under stress conditions. We show that corrosion pits initiate preferentially in relation with nanometric defects of the surface. For the first time, a real-time kinetic study of the first steps of nanometric pits growth has been performed. This study coroborates the "point-defect" model (vertical pit growth speed of 0.18 Å.s−1, current densities inside pits evaluated to 73 μA.cm−2). Combined with the EBSD technique (Electron BackScattered Diffraction), the AFM allows a total indexation of the activated slip systems during deformation and give information about the number of emerged dislocations (few units). The effect of strain hardening at the nanoscale on pitting susceptibility has been investigated: 70% of the pits set up at strain hardened areas. To explain this pehnomenoun, we propose a simple model based on the modification of the local work function of the surface due to local stress gradients. Concerning SCC, the first in situ observations seem to validate Magnin's mechanism: crack initiation appears at strain concentration spots. Observed after anodization of our 304L surface, organized arrays of nanocavities (period of 50-100 nm) have been analyzed. In collaboration with an INSERM team, we showed that such nanostructured surfaces increase the adhesion and differenciation of bone cells.
localized corrosion – in situ observations – atomic force microscopy – pitting kinetics – plastic deformation – stress corrosion cracking – nanostructured surfaces – osteointegration