Influence du traitement de nitruration ionique sur les propriétés fonctionnelles des aciers inoxydables martensitiques

par Pierre Reilhac

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Juan Creus et de Xavier Feaugas.

Le président du jury était Marc Mantel.

Le jury était composé de Juan Creus, Xavier Feaugas, Marc Mantel, Christine Blanc, Thierry Czerwiec, Grégory Michel, Simon Frappart.

Les rapporteurs étaient Marc Mantel, Christine Blanc.


  • Résumé

    La nitruration des aciers est un procédé thermochimique très largement utilisé aujourd’hui dans l’industrie. Il permet notamment d’améliorer sensiblement les propriétés mécaniques de surface des pièces traitées qui nécessitent des performances mécaniques élevées. Le but de cette étude est d’étudier l’influence de la nitruration ionique d’aciers inoxydables martensitiques à travers une description fine des microstructures obtenues et de leurs impacts sur les propriétés fonctionnelles des alliages considérés (tribologie, résistance à la corrosion marine). La nitruration est effectuée par un traitement ionique assisté par plasma (mode DCPN). L’objectif est de comprendre l’impact des paramètres de nitruration ainsi que de mettre en relief les principales relations procédés/microstructures et procédés/propriétés. La microstructure est analysée par différentes techniques complémentaires MET, MEB et DRX. Il est observé une augmentation de l’épaisseur de la couche nitrurée ainsi qu’une précipitation de CrN et de diverses phases nitrurées (ε, γ’ ou α’N) en lien avec la température de traitement, formant une structure complexe en strates. Les propriétés électrochimiques étudiées en eau de mer artificielle par voltammétrie et à partir du test Mott-Schottky montrent un impact, d’une part de la température de traitement sur le comportement à la corrosion, et d’autre part de la formation d’une couche de combinaison nitrurée à la surface des échantillons. Des liens ont ainsi pu être établis entre la structuration en strates de la couche nitrurée, sa nature et les propriétés de tenue à la corrosion. Des tests tribologiques ont également été menés permettant d’observer une amélioration sensible des propriétés de résistance à l’usure (dureté, tenue au frottement).

  • Titre traduit

    Impact of nitriding process conditions on functional properties on martensitic stainless steels


  • Résumé

    The nitriding process of steels is a well known thermochemical surface treatment generally used for manufacturing components of type sprocket or gearings, requiring high superficial hardness. The aim of our present work is mainly focused on the optimizing of the nitriding treatment in order to understand the relationship between the metallurgical state and the marine corrosion resistance of nitrided martensitic stainless steels thanks to a multi-scale approach. Nitriding were performed by a low temperature plasma treatment (Direct Current mode). The objective is to understand the relationship between the metallurgical state of the nitrided layer and its corrosion resistance thanks to a multi scale analysis and characterization. The evolution of microstructure is studied by electron microscopy (TEM and SEM) and X-ray diffraction. An increase of the thickness of the nitrided layer with temperature is observed and a precipitation of CrN and others nitrided phases (ε, γ’ ou α’N) in relation with temperature treatment for each alloys occurred. The electrochemical properties of nitrided samples are assessed by voltametry test and Mott-Schottky test. The results highlight a thermal effect and an impact of the compound layers on resistance to pitting corrosion. Relations were established between different nitrided sublayers, their nature and the properties of corrosion resistance. Tribological tests have also been occurred, allow to observe a significant improvement in wear resistance properties (hardness, wear resistance).


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