Recherche Avancée

Thèse soutenue

Mise au point d'un modèle cinétique de croissance de couches de nitrures et de carbonitrures de fer lors d'un traitement de nitruration en phase gazeuse au moyen des mélanges NH₃-N₂-H₂, NH₃-Ar et NH₃-Ar-C₃H₈

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Auteur / Autrice : Lazhar Torchane
Direction : M. Gantois
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences appliquées
Date : Soutenance en 1994
Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Résumé

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L'étude s'inscrit dans le cadre d'une recherche qui vise à définir les conditions optimales de nitruration (à pression atmosphérique) des aciers au moyen des mélanges NH₃-N₂-H₂, NH₃-Ar et NH₃-Ar-C₃H₈. Après étude des mécanismes de formation des phases et de transfert de matière à l'interface gaz-solide, nous avons mis au point un modèle mathématique permettant de prévoir la vitesse de transfert de l'azote dans la phase solide, la vitesse de croissance des couches de nitrures et de carbonitrures de fer et les profils de concentrations en azote. Pour valider ce modèle et mettre en évidence ses possibilités, nous l'avons confronté à des expériences de thermogravimétrie, à des analyses et observations métallurgiques (rayons X, microscopie optique et microsonde électronique de Castaing). En appliquant le modèle au système Fe-N, dans le cas où la configuration ε/γ/α est formée, nous avons montré qu'il est possible de déterminer expérimentalement le coefficient de diffusion de l'azote dans la phase. Ce coefficient est constant pour une composition du nitrure variant de 8 à 9,5% en poids d'azote. Dans le cas du système Fe-N-C, l'expression de dε reste valable dans l'intervalle de concentration azote+carbone 7-9,5% (limite du domaine testé). Le modèle de croissance étant ainsi validé, nous l'avons appliqué aux trois configurations α, γ/α/ et γ/α en utilisant dans ce dernier cas un mélange gazeux contenant de l'ammoniac et du propane. L'ensemble des résultats obtenus prouvent qu'il est possible de s'affranchir des problèmes de résistance au transfert de l'azote à l'interface gaz-solide par une régulation dynamique des débits de gaz à l'entrée du réacteur et de maitriser ainsi à chaque instant du traitement, l'épaisseur, la composition et par le fait même la structure des couches de combinaison. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons apporté une contribution à l'étude et à la compréhension du phénomène de porosité aux plans expérimental et théorique