Caractérisation des films passifs pour la définition de nouveaux matériaux : application aux plaques bipolaires métalliques des systèmes PEMFCs

par Olivier Lavigne

Thèse de doctorat en Matériaux

Sous la direction de Bernard Normand et de Catherine Dumont-Alemany.

Soutenue en 2009

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    L’objectif de ce travail est de déterminer des solutions matériaux pour la réalisation de plaques bipolaires embouties, répondant aux spécifications techniques d’une utilisation en milieu pile à combustible de type PEMFC. Sur la base des propriétés d’usage, l’acier 316L a été proposé comme matériau de référence. Pour autant la conductivité de sa couche passive formée en surface reste faible, et fait ainsi chuter les performances de la pile. La modification de la surface de ce matériau est donc indispensable. La première voie développée dans ce travail a été d’élaborer un dépôt par PVD de type CrN sur cet acier. La structure, ainsi que les propriétés de résistance à la corrosion et de conductivité des couches passives formées sur ces matériaux, dépendent de la teneur en azote du revêtement et de la nature du substrat. La caractérisation ex-situ du revêtement dit ‘haut azote’ élaboré sur acier, montre que celui-ci répond à la problématique posée. Toutefois, ces matériaux induisent un coût supplémentaire dû au process et nécessitent une bonne tenue à l’emboutissage. La deuxième approche de modification de surface a donc été la fonctionnalisation de la couche passive existante sur l’acier 316L. L’ajout par voie électrochimique de Ce dans les couches d’oxydes à permis d’en modifier les propriétés. Ce traitement préserve la résistance à la corrosion du matériau, tout en diminuant la valeur de la résistance de contact interfaciale de 78%. Sur la base du traitement précédent, il a pu être proposé de nouvelles nuances d’aciers intégrant quelques % massique d’éléments dopants (Ce, Ta) dans le but de ‘fonctionnaliser’ le film passif. Les caractérisations physico-chimiques de ces nuances ont montré l’intérêt de tels alliages pour l’application visée. En effet, tout en maintenant de bonnes propriétés de résistance à la corrosion, une diminution importante des valeurs de résistances de contact interfaciale est observée. Bien que certaines spécifications n’atteignent pas encore les valeurs souhaitées, ce travail valide une démarche originale de choix de matériaux


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Informations

  • Détails : 1 vol. (173 p.)
  • Annexes : Références bibliographiques en fin de chapitres

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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(3534)
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