Surface composition and corrosion behavior of an Al-Cu alloy

par Jun Tao

Thèse de doctorat en Chimie physique des surfaces

Sous la direction de Philippe Marcus.

Soutenue le 07-06-2016

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris) , en partenariat avec Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris- Chimie ParisTech-PSL (laboratoire) .

Le jury était composé de Roland Oltra, Dominique Thierry, Eliane Sutter, Jean-Michel Lameille, Jolanta Swiatowska.

  • Titre traduit

    Composition de surface et comportement à la corrosion d'un alliage aluminium-cuivre


  • Résumé

    Dans ce travail, Al-Cu échantillons modèle en alliage ont été chauffés sous vide ultra élevé, et on a trouvé que l'oxyde Al grandi et Cu pertage inceased en fonction de l'exposition à l'O2 en raison de l'oxydation préférentielle de Al. échantillons ont ensuite été recuits à 540 °C sous vide poussé et vieilli à 300 °C dans l'air, et corrodés en peu de temps dans l'électrolyte neutre et l'électrolyte alcalin contenant des ions Cl- en utilisant le système à trois électrodes, respectivement. Après immersion dans l'électrolyte neutre, corrosion morphologies (creusement de tranchées sur l'échantillon poli vs fosses creuses sur l'échantillon vieilli) se distinguent. Cependant, dans un électrolyte alcalin, la corrosion a à deux phases en raison de la dissolution de l'aluminium et de l'oxyde d'aluminium dans une solution alcaline: d'une part, un oxyde d'Al et la matrice d'Al ont été dissous en général, ce qui entraîne riche en Cu intermétalliques étant laissé isolément sur la surface; d'autre part, la corrosion générale a ensuite accompagné la dissolution préférentielle du substrat environnant riche en Cu intermétalliques résultant dans des tranchées autour des particules. Formation des mixtes Al-Cu oxydes riche en Cu2O et CuO dépôts ont été trouvés sur la surface corrodée. En outre, les échantillons Al-Cu recouvertes de revêtements Al2O3 déposés par procédé ALD à la surface ont été corrodés dans des conditions similaires. Comme on s'y attendait, une amélioration significative de la résistance à la corrosion des échantillons d'alliages revêtus a été observée, mais la couche d'ALD dans l'électrolyte alcalin est pas aussi stable que dans les électrolytes neutres.


  • Résumé

    In this work, Al-Cu model alloy samples were heated in ultra high vacuum (UHV), and it was found that the Al oxide grew and Cu percentage increased as a function of exposure to the O2 owing to the preferential oxidation of Al. Then samples were annealed at 540 °C in high vacuum and aged at 300 °C in air, and corroded in short time in the neutral electrolyte and the alkaline electrolyte containing Cl- ion using the three-electrode system, respectively. After immersion in the neutral electrolyte, corrosion morphologies (trenching on the polished sample vs. hollow pits on the aged sample) are distinguished due to the different distributions of Cu-rich intermetallics in the polished sample (distributed homogeneously) and the aged sample (mostly beneath the oxide layer). However, in alkaline electrolyte, corrosion went at two stages owing to the dissolution of aluminium and aluminium oxide in an alkaline solution: firstly, Al oxide and the Al matrix were dissolved generally, resulting in Cu-rich intermetallics being left isolatedly on the surface; secondly, general corrosion went on accompanied with the preferential dissolution of substrate surrounding Cu-rich intermetallics resulting in trenching around particles. Formation of mixed Al-Cu oxides/hydroxides layer rich in Cu2O and CuO deposits were found on the corroded surface. Furthermore, Al-Cu samples covered with Al2O3 coatings deposited by ALD process on the surface were corroded under similar conditions. As expected, a significant improvement of corrosion resistance of the coated alloy samples was observed, but the ALD layer in alkaline electrolyte is not as stable as in neutral electrolytes, and undergoes dissolution.


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