Étude de la corrosion et du frottement de revêtements obtenus par projection thermique

A study on the corrosion and wear of coatings obtained by thermal spray

Estudio del comportamiento ante la corrosión y desgaste de recubrimientos obtenidos por proyección térmica

• Auteur / Autrice : Maribel Suarez Fernandez
• Direction : Jacky Lesage, Mariana H. Staia, Michel Traisnel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 14/12/2009
• Etablissement(s) : Lille 1 en cotutelle avec Universidad central de Venezuela. Facultad de ingeniería

Mots clés

Mots clés contrôlés

Corrosion de contact

Solutions d'électrolyte

Propriétés mécaniques

Surfaces

Acier au carbone

Corrosion

Revêtement métallique

Mots clés libres

Projection thermique plasma sous vide (VPS)

Alliages nickel-chrome

Carbure de chrome

Résumé

Ce travail concerne l’étude de la corrosion et du frottement du revêtement CrNi-9,5%C déposé par projection thermique sur l’acier SAE 1010. Les études ont été réalisées sur les revêtements bruts de déposition et après traitements thermiques à l’argon dans une gamme de températures variant entre 600 et 900 °C. Il a été trouvé que le revêtement était principalement constitué de Cr3C2 et NiCr en rapport avec la température de traitement. Il a été montré que la réponse du matériau revêtu au cours d’essais potentio-dynamiques dans une solution à 3.5% NaCl dépend fortement de l’épaisseur du revêtement et de l’évolution de la microstructure au cours des traitements thermiques. Il a été ainsi montré que le traitement réalisé à 900oC sur le revêtement de 450 mm d’épaisseur permettait de réduire de 97% la densité de courant de corrosion. Cela résulte d’un phénomène de diffusion à l’état solide qui conduit à une meilleure cohésion inter-lamellaire empêchant la solution de corrosion de pénétrer. Le principal mécanisme de corrosion est galvanique et résulte de la différence remarquable entre les propriétés électrochimiques de la matrice et de celles des carbures existants dans le revêtement. Durant les essais de frottement sous une charge de 5 N du matériau revêtu contre une bille d’alumine, on observe un changement progressif du mécanisme de frottement passant d’adhésif/abrasif à abrasif, principalement, lorsque la température du traitement augmente. Toutefois, les constantes de frottement sont du même ordre de grandeur, environ 10-6 mm3/N.m, ce qui indique un comportement satisfaisant du point de vue tribologique.

The present work has been devoted to the study of the corrosion and wear behaviors of CrNi-9.5%C coatings deposited onto a SAE 1010 steel substrate by a vacuum plasma thermal spray process. The studies were carried out with the coatings both in the as-deposited condition and after heat treatment in argon, at temperatures varying between 600° to 900oC. It has been found that the coatings contained mainly Cr3C2 and NiCr, irrespective to the heat treatment temperature. It has been shown that the response of the coated systems during the potentio-dynamic tests in a 3.5% NaCl solution depends strongly, besides the coating thickness, on the microstructural coating evolution that occurs during heat treatment. It has been found that the heat treatment performed at 900oC, for the 450 mm coating thickness, allowed the reduction of approximately 97% of the corrosion current density, as a result of a solid-state diffusion phenomenon, which produced a higher lamellar cohesion, impeding the penetration of the corrosive solution. The main corrosion mechanism has been attributed to the galvanic corrosion phenomenon, as a consequence of the remarkable difference between the electrochemical properties of the matrix and those of the existing carbides in the coating. During the sliding tests, the coated systems rubbed against alumina under a 5 N normal load, indicated a progressive change in the mechanism, from a mixed adhesive and abrasive, to a predominant abrasive as the heat treatment temperature increases. However, the wear constants were found to be of the order of approximately of 10-6 mm3/N.m, indicating that a satisfactory behavior from the tribological point of view.

En el presente trabajo se estudio el comportamiento ante la corrosión y el desgaste de recubrimientos de CrNi9,5%C depositados sobre un acero SAE 1010 usando la técnica de proyección térmica de plasma al vacío (VPS). Los estudios se realizaron para los recubrimientos tanto en condición de cómo depositados como tratados térmicamente, en atmósfera de argón, a temperaturas de recocido de 600°, 800° y 900°C. Se encontró que el recubrimiento tiene Cr3C2 y NiCr como fases mayoritarias, independiente de la temperatura del tratamiento. La respuesta de los sistemas recubiertos durante los ensayos potencio-dinamicos en solución acuosa de 3.5% NaCl indicó una significativa dependencia tanto del espesor, como de los cambios microestructurales producidos en función de la temperatura de tratamiento térmico. Se determinó que el tratamiento térmico realizado a 900oC, para un recubrimiento de 450mm de espesor, ha permitido una reducción de aproximadamente un 97% del valor de la densidad de corriente, como resultado del aumento en la cohesión interlamelar obtenida debido al fenómeno de difusión en estado sólido, lo cual impide la penetración de la solución agresiva. En este caso, el mecanismo principal de daño se debe al proceso de corrosión galvánica, como consecuencia a la diferencia apreciable existente entre la naturaleza electroquímica de la matriz de Ni con respecto a los carburos. La respuesta del sistema recubierto contra alumina durante los ensayos de desgaste deslizante bajo 5N de carga normal indica que tiene lugar un cambio progresivo del mecanismo combinado de desgaste adhesivo y abrasivo hacia un mecanismo mayormente abrasivo, a medida que la temperatura del tratamiento termico aumenta. Sin embargo, las constantes de desgaste determinadas para todos los ensayos llevados a cabo se encontraron del orden de 10-6 mm3/N.m, indicando un comportamiento satisfactorio desde el punto de vista tribologico.