Étude par thermogravimétrie d'un procédé de nitrocarburation des aciers assisté par une post-décharge micro-ondes dans les mélanges N2-CH4 et Ar-N2-H2-C3H8 : diagnostic optique et modélisation de l'interaction gaz-surface

Thermogravimetrical analysis during nitrocarburising process assisted by a microwave flowing post-discharge in N2-CH4 and Ar-N2-H2-C3H8 mixtures : optical diagnosis and modelling of the gas-surface interaction

• Auteur / Autrice : Cédric Jaoul
• Direction : Thierry Belmonte
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et ingénierie des matériaux
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Cinétique chimique

Spectroscopie

Thermogravimétrie

Plasmas microondes

Métallurgie

Acier

Résumé

La post-décharge N2-CH4 a fait l'objet d'une étude par spectroscopie d'émission optique. Une méthode permettant de déduire les concentrations en atomes d'azote et de carbone dans la post-décharge est présentée. La prise de masse des échantillons au cours des traitements de nitrocarburation en post-décharge à pu être suivie par thermogravimétrie in situ. L'utilisation de propane lors de traitements séquencés a permis de montrer que le procédé etudié permettait de réaliser différentes configurations de carbonitrures en surface: une monocouche (E) ou une multi-couche de combinaison. Le modèle de cinétique chimique développé prédit convenablement l'ordre de grandeur des espèces présentes dans la post-décharge décharge N2-CH4. Enfin, le couplage de plusieurs modèles (cinétique chimique de la phase gaz, réactions de surface et diffusion dans le solide) a pu aboutir dans le cas de la nitruration en post-décharge.

N2-CH4 afterglow is first studied by optical emission spectroscopy. A method to measure densities of carbon and nitrogen atoms in the post-discharge is presented. The mass gains of pure iron sam pies during post-discharge nitrocarburising treatments are monitored by in situ thermogravimetry. The use of propane during sequenced treatments shows that the studied orocess allows the synthesis of various carbonitride configurations: monophased (E) or multi-phased compound layer. The modeling of volume kinetic processes in the gas phase suitably predict the order of magnitude of the densities for major species in the N2-CH4 post- discharge. Lastly, we propose original results obtained by coupling several models (chemical kinetics of the gas phase, surface kinetics and diffusion in the solid) in the case of post-discharge nitriding.