Caractérisation métallographique et fragilisation par l’hydrogène des revêtements de chrome issus de bains à base de chrome trivalent

Metallographic characterization and hydrogen embrittlement of chromium coatings process from trivalent chromium baths

• Auteur / Autrice : Walid Bedjou
• Direction : Juan Creus, Catherine Savall
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance le 10/06/2022
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Euclide (La Rochelle ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur pour l’Environnement (La Rochelle)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Yves Hihn
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Juan Creus, Catherine Savall, Jean-Yves Hihn, Véronique Vitry, Philippe Steyer, Vincent Vignal, Xavier Feaugas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Véronique Vitry, Philippe Steyer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments légers

Fragilisation par l'hydrogène

Chrome

Microstructure (physique)

Dépôt électrolytique

Mots clés libres

Electrodéposition

Chrome trivalent

Microstructure

Eléments légers

FPH

Electrodeposition

Trivalent chromium

Microstructure

Light elements

HE

Résumé

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet CRONOS 2024 (ChROme hard New generatiOn Solutions by 2024) piloté par l’IRT-M2P visant à remplacer les électrolytes à base de chrome hexavalent par des électrolytes à base de chrome trivalent pour des applications de chromage dur. L’objectif de ces travaux de thèse est de caractériser les dépôts issus des bains de chrome trivalent afin d’étudier les relations entre composition chimique / états métallurgiques / propriétés d’usage et notamment le rôle des éléments légers (en particulier l’hydrogène) qui s’incorporent pendant l’électrodéposition. Les techniques de caractérisation microstructurales conventionnelles n’étant pas adaptées pour étudier ces dépôts de structure amorphe, une approche utilisant différents traitements et analyses thermiques a été mise en place. Cette approche a permis de mieux appréhender le rôle de l’hydrogène sur l’amorphisation et la fissuration des dépôts à base de chrome trivalent. L’ensemble des résultats obtenus permet également de discuter l’augmentation de la dureté de ces dépôts lors d’un traitement thermique. Par ailleurs, la présence d’hydrogène peut conduire à une rupture prématurée des pièces revêtues sollicitées mécaniquement. Dans ce contexte, l’impact des procédés d’électrodéposition du chrome à base de chrome trivalent sur la tenue mécanique des substrats revêtus a été étudié et comparé aux procédés de chromage conventionnels. Différentes voies ont été explorées pour limiter l’impact néfaste de l’incorporation d’hydrogène au cours du procédé d’électrodéposition.

This thesis is a part of the CRONOS 2024 project (ChROme hard New generatiOn Solutions by 2024) led by the IRT-M2P aiming at the replacement of hexavalent chromium based electrolytes by the trivalent chromium based electrolytes for hard chromium plating applications. The objective of this work is to characterize the deposits obtained from trivalent chromium baths in order to study the relationship between the chemical composition, metallurgical states and functional properties, in particular the role of light elements (especially hydrogen) which are incorporated during the electroplating. Conventional microstructural characterization techniques were not adapted as the deposit is amorphous in nature. So, an approach using different treatments by thermal analysis have been implemented. This approach allowed us a better understanding of the role of hydrogen on the amorphization and cracking of trivalent chromium deposits. The results obtained also enabled to discuss the increase of the hardness of deposits during a thermal treatment. Furthermore, the presence of hydrogen in the deposited steel led to a premature failure of the coated parts under mechanical stress. In this context, the impact of trivalent chromium electroplating processes on the mechanical strength of coated substrates has been studied and compared to conventional chromium plating processes. Different ways have been explored to limit the adverse effects of hydrogen incorporation during the electroplating process.