Les aciers ferritiques/martensitiques et les aciers austénitiques sont les principaux matériaux candidats pour les systèmes avancés d'énergie nucléaire. La résistance à la corrosion des matériaux est l’un des facteurs garantissant le fonctionnement sûr des composants clés. Étant donné que la résistance à la corrosion des matériaux est fortement liée aux caractéristiques des films d'oxyde formés, il est crucial d'étudier les films d'oxyde des matériaux candidats dans l'eau à haute température.

Des chercheurs de l'Institut de physique moderne (IMP) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) ont sélectionné des matériaux candidats (15-15Ti, 316L et T91) pour étudier leur comportement d'oxydation précoce dans la vapeur à haute température et le processus d'évolution de la microstructure de l'oxyde. . Les résultats ont été publiés dans le Journal of Materials Science &Technology. .

La couche riche en Ni du film d'oxyde des aciers austénitiques (15-15Ti, 316L) est composée d'oxyde de spinelle Fe-Cr et d'une phase riche en Ni. Les chercheurs de l'IMP ont découvert un grand nombre de nanopores dans la couche interne d'oxyde qui pourraient servir de canal de transport rapide de gaz pour l'oxydant. Ils ont révélé le processus d'évolution de la couche riche en Ni et le mécanisme de formation de nanopores dans la couche d'oxyde interne.

En tant que produit de la migration des éléments et de l'agrégation des lacunes au cours du processus de corrosion, les pores ont également une influence importante sur le comportement d'oxydation dominé par la diffusion. Les chercheurs ont utilisé la microscopie électronique à transmission (TEM) pour étudier plus en détail la microstructure des films d'oxyde 316L et T91, en se concentrant sur les caractéristiques microscopiques telles que la morphologie, la distribution et la taille des pores à l'intérieur du film.

Les observations à haute résolution utilisant la TEM ont montré que la couche interne des films d'oxyde 316L et T91 est plus poreuse que la couche externe à l'échelle nanométrique, ce qui est différent de la plupart des observations précédentes utilisant des microscopes optiques et des microscopes électroniques à balayage. En analysant la phase, la structure et la composition du film d'oxyde, il est clair que la résistance à l'oxydation du 316L est meilleure que celle du T91 dans la vapeur à haute température en raison de sa couche d'oxyde interne poreuse riche en Cr.

Les chercheurs ont ensuite révélé le mécanisme d’influence des nanopores sur les performances de corrosion oxydative des matériaux. Avec le calcul du modèle, ils ont suggéré que la migration et la diffusion de l'élément Ni étaient le facteur dominant dans la formation de nanopores dans la couche d'oxyde interne de l'acier austénitique 316L exposé à une vapeur de 350°C à 500°C.

Cette étude fournit une base scientifique et un soutien technique pour la recherche et le développement de nouveaux matériaux anticorrosion.

Plus d'informations : Chao Liu et al, étude comparative TEM sur des films d'oxyde d'acier 316L et T91 exposés à de la vapeur entre 350 et 500 °C, Journal of Materials Science &Technology (2023). DOI :10.1016/j.jmst.2023.07.046

Fourni par l'Académie chinoise des sciences