Dépôt chimique en phase gazeuse de silicium sur substrats ferreux

par Christophe Klam

Thèse de doctorat en Génie des Matériaux - Micostructure et Comportement Mécanique et Macroscopique des Matériaux

Sous la direction de Jean-Pierre Millet.

Soutenue en 1990

à Lyon, INSA , en partenariat avec LPCI - Laboratoire de Physico-Chimie Industrielle (Lyon, INSA) (laboratoire) .


  • Résumé

    La technique de dépôt chimique en phase gazeuse est utilisée pour enrichir superficiellement en Si des substrats ferreux. Une étude thermodynamique préalable montre que, parmi les divers composés chlora-hydrogénés de Si, le silane SiH4 possède le meilleur pouvoir siliciurant (rendement théorique maximal). Selon la phase gazeuse utilisée (présence ou non de chlorure), les revêtements obtenus sont différents. L'utilisation du mélange Ar-SiH4-H2 conduit à la formation par diffusion, d'une solution solide Fe-Si compacte et adhérente, avec 6 pour cent en poids maximum de Si en surface. La présence de SiCl4 dans le mélange gazeux modifie le processus réactionnel, et conduit à la formation et à la croissance de cristaux de Fe3Si. Le revêtement formé est plus riche en Si mais poreux. Les conditions opératoires sont optimisées à partir de l'étude des divers paramètres : débit et composition de la phase gazeuse, température et durée de traitement. Les dispositifs expérimentaux sont décrits. Des essais de refus ion superficielle par faisceau laser montrent qu'il est possible de refermer la porosité ouverte des revêtements de Fe3Si, pour donner un alliage de surface homogène, non poreux et non fissuré, mais dont la teneur en Si est moindre, en raison d'une dilution par fusion d'une partie du substrat. Les revêtements sont caractérisés en corrosion. Humide et/ou en oxydation sèche. Le comportement en milieu H2S04 1M et 7M, à température ambiante, confirme l'influence de la teneur en Si et de la porosité de la couche, et montre le rôle du ost-traitement laser. Le comportement à l'oxydation à l'air, entre 600 et 800°C, est relié à la nature et la structure des couches.

  • Titre traduit

    = Chemical vapour deposition of silicon onto iron and steel substrates. Characterization of the corrosion and oxidation behaviour of the coated materials


  • Résumé

    [Chemical vapour deposition is used to silicone iron and steel substrates. A preliminary thermodynamic study shows that, among various chlorinated and hydrogenated silicon compounds, mono silane SiH4 has the best siliconizing ability (i. E. The maximum theoretical yield). Depending on the gas composition (with or without SiCl4), the obtained coatings are quite different. The use of Ar-SiH4-H2 gas mixture leads to the formation, by diffusion of a non porous and adherent Fe-Si sol id-solution layer, with a maximum silicon content of 6% by weight at the surface. The use of SiCl4 in the gas mixture entirely modifies the reaction process, and leads to the formation of an iron silicide Fe3Si layer. The obtained coating has a higher silicon content but the structure becomes porous. The influence of various parameters, such as vapour phase composition, flow rate, treatment temperature and duration, is investigated. The experimental device is described. With a surface laser melting post-treatment, it is possible to eliminate open porosity of Fe3Si coatings, and an homogeneous and non porous alloy is formed. However the silicon content is lowered by melting a part of the substrate. The corrosion behaviour is tested in 1M and 7MH2S04 solutions at room temperature. The influences of the Si content, of the coating porosity, and of the laser post-treatment are analysed. The oxidation behaviour, between 600 and 800°C, is related to the nature and structure of the elaborated layers. ]

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Informations

  • Détails : 1 vol. (221 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(1277)
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