Simulation numérique des phénomènes de transport lors de la nitruration gazeuse avec des mélanges NH₃-h₂ et NH₃-H₂-N₂

par Marwan Rida

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de M. Gantois.

Soutenue en 1994

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .


  • Résumé

    L'amélioration du comportement des pièces, par nitruration gazeuse à partir d'ammoniac, dépend étroitement des différentes configurations allotropiques que l'on peut former dans le système Fe-N. L'absence d'un contrôle rigoureux des paramètres de traitement dans le réacteur donne un aspect empirique au procèdé. Après que les différentes vitesses de réaction (paroi, gaz, échantillon) aient été présentées, trois modèles en régime permanent ont été réalises: un unidimensionnel, deux bidimensionnels (avec et sans échantillon). La comparaison entre expérience et modèles des taux de dissociation de l'ammoniac en fonction de la température, de la composition du gaz et du débit d'entrée, a montré que les modèles bidimensionnels sont les plus représentatifs. Les cartographies des constituants, des températures, et des vitesses ont été également présentées. Nous avons ensuite modélisé simultanément en régime transitoire la phase gazeuse et le transport d'azote dans la matrice, ce qui n'a jamais été réalisé précédemment. En phase gazeuse, la simulation fournit les concentrations, la température et la vitesse instantanées du mélange en tout point. En mélange NH₃-H₂, nous avons bénéficié de la connaissance de la vitesse de réaction de l'ammoniac, à la surface du fer (α) et dispose de nombreux résultats dans la littérature, pour confronter notre modèle a différents travaux. En mélange NH₃-H₂-N₂, bien que la vitesse de réaction de l'ammoniac sur ne soit pas connue, la modélisation de la croissance de γ' sur α a toutefois pu être réalisée, et ce dans les conditions ou le flux d'azote théorique à concentration superficielle constante est utilisé comme condition aux limites à la surface de l'échantillon. De très bonnes corrélations avec l'expérience ont été obtenues, notamment pour la croissance de la couche de γ' sur α. Ainsi, un modèle original a été proposé qui s'appuie sur la résolution directe du transfert d'azote dans les couches α et γ' et a l'interface γ'/α, ce qui n'a jamais été réalise auparavant dans ces types de problèmes. Á partir de la résolution simultanée des équations de transfert dans la phase gazeuse et dans l'échantillon, en s'appuyant uniquement sur les données d'entrée du réacteur, nos modèles permettent un contrôle rigoureux du procédé quelque soit la nature du réacteur

  • Titre traduit

    Numerical simulation of transport phenomena during gaseous nitriding with NH₃-H₂ and NH₃-H₂-N₂ mixture


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Informations

  • Détails : 1 vol. (150 p.)
  • Annexes : 60 ref.

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