Composition chimique et nanostructure des films passifs formés sur acier inoxydable austénitique : effet du molybdène

Chemical composition and nanostructure of passive films formed on austenitic stainless steel : effect of molybdenum

• Auteur / Autrice : Hao Peng
• Direction : Philippe Marcus, Vincent Maurice
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique et chimie analytique
• Date : Soutenance le 28/11/2014
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physico-Chimie des Surfaces
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roland Oltra, Bernard Normand, Sannakaisa Virtanen, François Huet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanostructures

Acier inoxydable

Mots clés libres

Acier inoxydable

Films passifs

Composition chimique

Nanostructure

Analyse de surface

Corrosion

Passive films

Chemical composition

Résumé

La composition chimique du film d'oxyde natif formé à l'air ambiant et du film passif formé en milieu acide (0,05 M H2SO4) à 500 mV/ESH sur une surface d'alliage monocristallin Fe-17Cr-14,5Ni-2,3Mo orientée (100) a été étudiée par Spectrométrie de masse d'ions secondaires à temps de vol (ToF-SIMS) et Spectroscopie de photoélectrons induits par rayons X (XPS). Ces films peuvent être considérés comme ayant une structure duplex avec une couche externe enrichie en Fe et une couche interne enrichie en Cr. La passivation provoque un net enrichissement en Mo concentré dans la couche externe des films passifs. Le vieillissement à l'état passif promeut l'enrichissement en molybdène et sa localisation vers l'extrême surface du film passif. Les propriétés électroniques de ces films ont été étudiées par Spectroscopie à effet tunnel (STS). La comparaison des valeurs de Eg mesurées par STS montre que la largeur de la bande interdite devient beaucoup plus élevée après passivation et vieillissement à l'état passif de la surface, en accord avec l'enrichissement en Cr3+, démontré par nos mesures ToF-SIMS et XPS. Les modifications nanostructurales induites par passivation en milieu acide de la surface Fe-17Cr-14,5Ni-2,3Mo(100) couverte par un film d'oxyde natif ont été étudiées par Microscopie à effet tunnel (STM) ex situ et in situ, et par Microscopie à force atomique (AFM). Un effet observé du Mo est de promouvoir l'homogénéité nanostructurale de la surface passivée. Un autre effet du Mo serait de former une couche externe amorphe.

The chemical composition of the air-formed native oxide film and the passive film formed in acidic medium (0.05 M H2SO4) at 500 mV/SHE on the (100)-oriented Fe-17Cr-14.5Ni-2.3Mo single crystal stainless steel surface was studied by Time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). These films can be considered as having a duplex structure with an outer layer enriched in Fe and an inner layer enriched in Cr. The passivation causes a net enrichment of Mo concentrated in the outer layer of the passive films. Aging in the passive state promotes the enrichment of molybdenum and its localization to the outermost surface of the passive film. The electronic properties of these films were studied by Scanning tunneling spectroscopy (STS). The comparison of the Eg values measured by STS shows that the width of the band gap becomes much higher after passivation and aging in the passive state of the surface, in agreement with the enrichment of Cr3+, demonstrated by our ToF-SIMS and XPS measurements. The nanostructural modifications induced by passivation in acidic medium of the Fe-17Cr-14.5Ni-2.3Mo(100) surface covered by a native oxide film were studied by Scanning tunneling microscopy (STM) ex situ and in situ, and Atomic force microscopy (AFM). An observed effect of Mo is to promote the nanostructural homogeneity of the passivated surface. Another effect of Mo could be to form an amorphous outer layer.