Effet de la déformation plastique du nickel monocristallin sur l'état d'équilibre de l'hydrogène en surface et subsurface

Effect of plastic strain of nickel single crystal on the equilibrium state of hydrogen in surface and subsurface

• Auteur / Autrice : Choukri Lekbir
• Direction : Xavier Feaugas, René Sabot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance le 04/09/2012
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences et ingénierie en Matériaux, Mécanique, Energétique et Aéronautique
• Jury : Président / Présidente : Juan Creus
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Aubert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Andrieu, Vincent Vignal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrogène liquide

Dislocations dans les cristaux

Électrons -- Diffusion

Nickel

Mots clés libres

Nickel

Subsurface

Réaction d'évolution d'hydrogène

Travail d'extraction des électrons

Pulse

Diffusion

Piégeage

Déformation plastique

Dislocations

Nickel

Subsurface

Hydrogen evolution reaction

Electron work function

Pulse

Diffusion

Trapping

Plastic strain

Dislocations

Résumé

Le présent travail a pour objectif d’étudier la synergie entre la déformation plastique et les processus d’adsorption et d’absorption de l’hydrogène en surface et en subsurface du nickel monocristallin. La Réaction d’Evolution de l’Hydrogène (REH) et l’absorption de l’hydrogène en subsurface (RAH)partagent le plus souvent l’intermédiaire commun : l’hydrogène adsorbé (Hads). Le chemin réactionnel de la REH sur des surfaces de nickel (100) en milieu acide sulfurique peut être présenté par un mécanisme de Volmer-Heyrovsky. Les paramètres cinétiques élémentaires correspondants comme les coefficients de symétrie, les enthalpies d'activation, le nombre de sites actifs, ont été simulés via un modèle thermocinétique en utilisant les données expérimentales. Ces paramètres peuvent être affectés par la déformation plastique. Cette dernière modifie la densité et la distribution des dislocations stockées affectant la rugosité de surface à l'échelle atomique et engendrant des sites actifs supplémentaires d'adsorption. En revanche, l’émergence de ligne de glissement à la surface conduit à un phénomène de désactivation associé la formation de plan plus compact (111). L’entrée d’atomes d’hydrogène associée à l’étape de transfert surface-Subsurface peut être mesurée à l’aide d’une méthode potentiostatique de type pulsé. Cette dernière a permis de caractériser la diffusion et le piégeage de l'hydrogène en subsurface. Deux zones peuvent être distinguées, l’une proche de la surface (subsurface) et l’autre au coeur de l'échantillon. Dans ce cas, le coefficient de diffusion associé à la subsurface semble être beaucoup plus élevé que celui obtenu au coeur du métal. En revanche,l’application d’une contrainte mécanique conduit à une augmentation de la densité de pièges. Cette dernière, développée au voisinage de la surface : « subsurface », est plus faible que celle à coeur du matériau, ce qui suggère un effet adoucissant en subsurface.

The present work has for objective to study the synergy between the plastic strain and the processes of adsorption and absorption of hydrogen on the surface and the subsurface of nickel single crystal.Hydrogen Evolution Reaction (HER) and Hydrogen Absorption in subsurface (HAR) share mostly the common intermediate: the adsorbed hydrogen (Hads). The HER pathway on nickel (100) single crystal surfaces in sulphuric acid medium can be related by a Volmer-Heyrovsky mechanism. The corresponding elementary kinetic parameters as symmetry coefficients, activation enthalpies, number of active sites, have been identified via a thermokinetic model using experimental data. These parameters can be affected by defects associted with plastic strain. Irreversible plastic strain modifies the density and the distribution of storage dislocations affecting the surface roughness at atomic scale and generating additional active adsorption sites. Further more, surface emergence of mobile dislocations induces the formation of slip bands, which modify the surface roughness and the electronic state of the surface and increases the (111) surface density. The entry of hydrogen atoms associated to the transfer step surface-Subsurface can be measured using a potentiostatic double-Steptechnique (pulse method). This last allowed to characterizing the diffusion and trapping of hydrogen in the subsurface. Two domains can be distinguished, that of the subsurface and that of the bulk of the sample. In this case, the diffusion coefficient near the surface (subsurface) seems to be much higher than that obtained in the bulk of the metal. On the other hand, the application of mechanical stressleads to an increase of traps density. This last, developed near the surface: « subsurface », is lower than that at the bulk of material, which suggest a softening effect in the subsurface.