Synthèse, caractérisation et modélisation des spinelles des couches de corrosion

par Pâmella Vasconcelos Borges De Pinho

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Jean-Baptiste Moussy et de Alain Chartier.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris) , en partenariat avec Service de Physique de l'Etat Condensé (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 21-11-2018 .


  • Résumé

    La corrosion généralisée des alliages Fe-(Cr,Ni) en milieu aqueux à haute température est un ensemble de phénomènes complexes, mêlant passivation, dissolution et précipitation. Elle conduit à l'édification d'une couche d'oxyde multiphasique dont nombres d'études antérieures ont permis de donner une description de la nature et de la structure de l'oxyde, et en particulier de souligner la présence récurrente d'oxydes de structure spinelle. Cette phase spinelle de type AB2O4 (avec A et B = Fe, Cr ou Ni) forme une couche de corrosion continue. Elle joue par conséquent un rôle majeur dans les processus de corrosion car elle régit le transport entre l'alliage et le milieu aqueux. Paradoxalement, les propriétés de transport de cette couche de spinelle sont mal connues du fait de sa composition variable, sa faible cristallinité, sa microstructure complexe et sa faible épaisseur. L'objectif de la thèse est d'enrichir les connaissances structurales et de transport à l'aide de spinelles modèles de composition (Fe,Cr,Ni)3O4. Les échantillons modèles de grande cristallinité et de composition parfaitement maitrisées et variables seront obtenus par deux voies : sous forme de monocristaux macroscopiques et sous forme de couches minces nanométriques. Les connaissances structurales seront obtenues à l'aide de plusieurs méthodes de caractérisation (XPS, DRX et d'absorption X). La modélisation atomistique est conçue dans un premier temps pour compléter la compréhension structurale des spinelles. Il est prévu de calculer à partir de structures simulées à l'échelle atomique par dynamique moléculaire les diagrammes DRX et SAX et de comparer aux résultats expérimentaux. Dans un deuxième temps, les données structurales et les mécanismes de diffusion permettront à terme de développer les modèles microscopiques et d'amender les modèles mésoscopiques appliqués à la corrosion. Ainsi, l'ensemble de résultats obtenus constitueront une base de données solide pour l'analyse de couches de corrosion réelles.

  • Titre traduit

    Synthesis, characterization and modeling of spinels in corrosion layers


  • Résumé

    The generalized corrosion of Fe-(Cr,Ni) alloys in aqueous medium at high temperature is an ensemble of complex phenomena, including passivation, dissolution and precipitation. It leads to the formation of a multiphasic oxide layer whose nature and structure were described by a number of previous studies. In particular, emphasis was given to the recurrent presence of spinel oxides. This spinel phase of type AB2O4 (with A and B = Fe, Cr or Ni) forms a continuous corrosion layer, which plays a critical role in the corrosion process, since it governs the transport between the alloy and the aqueous medium. Paradoxically, the transport properties of this spinel layer are little-known because of its variable composition, poor crystallinity, complex microstructure and nanometer thickness. The aim of the thesis is to build up knowledge of structure and transport using (Fe,Cr,Ni)3O4 spinel models. The model samples of high crystallinity and well-known composition will be prepared in two forms: macroscopic single crystals and thin nanometric layers. Structural knowledge will be acquired using several characterization methods (XPS, XRD and X-absorption). Atomistic modeling is initially designed to a comprehensive structural understanding of spinels. XRD and XAS diagrams will be calculated on the atomic scale by molecular dynamics and further compared with experimental results. In a second step, the structural data and the diffusion mechanisms will assist the development of microscopic models and the improvement of mesoscopic models applied to corrosion. Thus, the results obtained will build a solid database for the analysis of real corrosion layers.