Modifications of the physico-chemical properties of quasicrystalline materials surfaces upon electrochemical stress
Évolution des propriétés physico-chimiques de surface des matériaux quasicristallins lors de sollicitations électrochimiques
Résumé
The main goal of this study is to understand how the surface properties of quasicrystalline and approximant alloys are modified when submitted to various kinds of electrochemical stress. The alloys are Al-based complex intermetallic phases of the AI-(Cu)-Fe-Cr system, submitted to either corrosion test in aggressive media or simply to oxidation and ageing in ambient conditions. ln a first part, bulk alloys of the AI-(Cu)-Fe-Cr system were synthesized and their atomic structure was characterised. Then, the corrosion behaviour of these alloys was investigated with a view to identify the role of the chemical composition and of the crystallographic structure on their ability to resist corrosion attack in a medium containing citric acid and chloride anions. This work bas allowed us to âetermine the corrosion mechanisms and to identify some alloy compositions which demonstrate high-resistance against corrosion. The last part focusses on the evolution of surface structure and chemistry as a function of electrochemical stress. The topography, composition and structure of corroded samples were analysed. ln addition, for AICrFe samples, we have highlighted an ageing phenomenon of the surfaces in ambient conditions. We have proposed a model describing the surface of these materials as a stacking of several layers with different chemistry. The surface ageing is modelled and related to the observed modifications of the chemical reactivity.
Ce travail porte sur l'étude d'alliages intermétalliques complexes (alliages quasicristallins et approximants) à base aluminium, de type AI-(Cu)-Fe-Cr. Il s'agit d'étudier et de comparer les propriétés physico-chimiques de surface (composition, structure, réactivité) d'alliages de compositions et de structures variées soumis à des sollicitations électrochimiques en surface (corrosion en milieu électrolytique agressif, vieillissement et oxydation à l'ambiante). L'étude est menée en partenariat avec Saint-Gobain dans le cadre d'une application potentielle de ces alliages sous forme de revêtements d'ustensiles de cuisson. La première phase a consisté à élaborer des alliages massifs AI-(Cu)-Fe-Cr et à les caractériser. Ensuite, nous avons étudié les propriétés de corrosion de ces alliages dans un milieu électrolytique contenant de l'acide citrique et des ions chlorure. Nous avons pu déterminer les différents mécanismes de corrosion mis en jeu et identifier certaines compositions d'alliages particulièrement résistants. Enfin, l'évolution des propriétés de surface sous sollicitation électrochimique a été envisagée. Dans le cadre de l'étude de la résistance à la corrosion, les propriétés de topographie, de composition et de structure des surfaces ont été analysées. Nous avons par ailleurs mis en évidence un phénomène de vieillissement des surfaces à l'ambiante pour des échantillons de type AI-Cr-Fe. Nous avons modélisé la surface de ces matériaux, son évolution en fonction du temps d'exposition à l'air et corrélé ces résultats à la réactivité chimique de surface.