Approche expérimentale et théorique de l’inhibition de corrosion de surfaces métalliques

Computational and experimental study of corrosion inhibition of metalic surfaces

• Auteur / Autrice : Pauline Cornette
• Direction : Dominique Costa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-chimie
• Date : Soutenance le 23/03/2018
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche de chimie Paris - Institut de recherche de chimie Paris
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Physico-Chimie des Surfaces (PCS)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure de chimie (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Claire Pradier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Marcus, Anne Hemeryck

Mots clés

Mots clés contrôlés

Corrosion

Électrochimie

Mots clés libres

Alliage aluminum cuivre

Mécanisme et inhibition de corrosion

Électrochimie

Tof-SIMS

Dft

Xps

Alloy aluminum copper

Corrosion mechanisme and inhibition

Electrochemistry

Tof-SIMS

Dft

Xps

Résumé

La corrosion des surfaces d’aluminium et d’alliages aluminium/cuivre, et notamment la corrosion localisée, est un problème majeur dans l’industrie, et l’utilisation d’inhibiteur de corrosion est bien souvent indispensable. Les chromates remplissent parfaitement leurs rôles d’inhibition mais seront d’ici peu interdits en raison de leurs toxicités pour l’homme et l’environnement. La compréhension des mécanismes de corrosion et d’inhibition de la corrosion est alors un réel défi de la recherche aujourd’hui. Ce travail de thèse s’organise autour de trois axes de recherche : la compréhension des mécanismes d’initiation de la corrosion de l’aluminium, la relation entre la composition chimique et la résistance à la corrosion des alliages aluminium/cuivre, et enfin l’étude des acides carboxyliques linéaires en tant qu’inhibiteurs verts de corrosion. Ce projet s’appuie sur deux approches complémentaires : une approche théorique, basée sur des calculs DFT, et une approche expérimentale combinant des techniques d'analyse des surfaces ainsi que des techniques électrochimiques. Dans un premier temps, la réactivité vis-à-vis de O2 de modèles de couches minces d’alumine sur aluminium métallique, a été étudiée par calculs ab initio en présence de lacunes d’oxygène dans l’oxyde, ou de cuivre dans le métal, ainsi qu’en présence d’une monocouche d’acides carboxyliques sur la surface. Des techniques d'analyse de surface (XPS, ToF-SIMS, AFM et MEB) ont ensuite été utilisées pour analyser la composition chimique et la morphologie de surfaces d’aluminium pur et d’alliages modèles Al/Cu avant et après adsorption d’une monocouche d’acides carboxyliques. L’influence de la présence de cette couche en surface sur la corrosion en milieu chloruré est finalement étudiée par mesures électrochimiques

Corrosion of aluminum and aluminum/copper alloy surfaces, including localized corrosion, is a major problem in the industry, and the use of a corrosion inhibitor is often essential. Chromates perfectly fulfill their role of inhibition but will soon be prohibited because of their toxicities for humans and environment. Understanding the mechanisms of corrosion and corrosion inhibition is therefore a real challenge for research today. This thesis work is organized around three lines of research: the understanding of the aluminum corrosion initiation mechanisms, the relationship between the chemical composition of the alloy and the corrosion resistance of aluminum/copper alloys, and finally the study of linear carboxylic acids as green corrosion inhibitors. This project relies on two complementary approaches: a theoretical approach, based on DFT calculations, and an experimental approach combining surface analysis techniques as well as electrochemical techniques. First, the reactivity with respect to O2 of alumina thin film models on metallic aluminum, was studied by ab initio calculations in the presence of oxygen vacancies in the oxide, or copper in the metal, as well as in the presence of a carboxylic acids monolayer on the surface. Surface analysis techniques (XPS, ToF-SIMS, AFM and SEM) were then used to analyze the chemical composition and morphology of pure aluminum surfaces and Al/Cu model alloys before and after adsorption. a carboxylic acids monolayer. The influence of the presence of this surface layer on the corrosion in chloride medium is finally studied by electrochemical measurements.