Influence d'un champ mécanique sur la réactivité anodique du nickel polycristallin en milieu H2SO4 : une démarche in situ

Influence of a stress-strain field on the anodic reactivity of polycrystalline nickel in H2SO4 medium : an in situ method

• Auteur / Autrice : David Large
• Direction : Xavier Feaugas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : La Rochelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déformations (mécanique)

Plasticité

Chimie des surfaces

Nickel

Résumé

La synergie entre les processus de nature électrochimique et le champ mécanique en pointe de fissure est maintenant reconnue. De nombreux travaux ont été motivés par l’étude de l’influence de l’environnement sur le comportement mécanique. En revanche, l’influence du champ mécanique sur la réactivité d’une surface reste peu étudiée ; ces travaux s’inscrivent dans cette démarche. Une grande partie du travail s’est intéressé au développement d’une cellule électrochimique sur un banc d’essai mécanique. Ce montage expérimental original a permis de caractériser l’influence de la déformation plastique exprimée par trois paramètres que sont la densité et la distribution des dislocations, les contraintes internes et appliquées, et l’émergence des bandes de glissement sur le comportement à l'oxydation du nickel polycristallin dans le domaine anodique en milieu H2SO4. Nos analyses ont confirmé le fait qu’une augmentation de la densité de dislocations favorise les processus de dissolution et la formation du film d’oxyde tandis que les propriétés de la couche d’oxyde sont affectées plutôt par la densité de dislocations. L’effet amplificateur de la contrainte hydrostatique sur la dissolution anodique prédit par le modèle thermodynamique est confirmé. La rugosité liée à l’émergence des bandes de glissement favorise quant à elle les processus de dissolution en relation avec l’état électronique de la surface. Le modèle cinétique a permis de quantifier ces effets du champ mécanique pour chacune des étapes réactionnelles élémentaires du nickel dans trois régions du domaine anodique (dissolution, passivation et passivité).

Synergy between electrochemical processes and mechanical field near the crack tip is now recognized. Numerous investigations concern the effect of the environment on mechanical behaviour. However, the influence of a mechanical field on surfaces reactivity is not well established and only few works dealt with this effect; this manuscript gives a contribution to that influence. The great part of this work was devoted to the development of an electrochemical cell on a bench of mechanical test. Thanks to this original experimental apparatus, three levels of interaction have been discussed taking into account the different expression of plastic deformation (dislocation density and distribution, stress field and slip bands emergence) in order to study their effects on anodic processes of polycrystalline nickel in sulphuric acid medium. Our results have confirmed the fact that an increase of dislocation density promotes dissolution processes and the formation of oxide film while oxide layer properties are affected by density of dislocations rather than distribution of dislocations. The amplification effect of hydrostatic stress on anodic dissolution predicted by the thermodynamical model is confirmed. The surface roughness associated with slip bands emergence promotes dissolution process in relation with electronic state of the surface. The kinetic model allows us to quantify these effects of a mechanical field for each elementary reaction step of nickel in three regions of anodic domain (dissolution, formation of oxide film and passivity).