Equipe Surface et Interface, Réactivité Chimique des Matériaux

Banc de corrosion à haute température (1000°C) sous vapeur d'eau (2,5 kg/h)

Film anodique formé sur un substrat d’aluminium par polarisation à 50 V dans l’acide phosphorique

Alliage base nickel corrodé en présence de sulfate de sodium (1mg/cm²) à 650°C sous (air + 1000 ppm SO2)
Dernières publications
- Oxidation Behavior and Creep Resistance of Cast MC-Strengthened CoNiFeMnCr HEAs at 1100 °C
Patrice Berthod, Lionel Aranda
Micro, 2024, 4, pp.751 - 764. ⟨10.3390/micro4040046⟩ - Advancement of the Oxidized State of an As-Cast Low-Mn, High-Cr Cantor’s Alloy in Natural Air at 1000 °C
Lyna Amrouche, Patrice Berthod
Corrosion and Materials Degradation, 2024, 5, pp.601 - 614. ⟨10.3390/cmd5040028⟩ - Editorial on modeling, prediction and simulation
Clara Desgranges, Jérôme Favergeon, Bruce Pint, Daniel Monceau, Laurence Latu-Romain, Stéphane Mathieu, Fernando Pedraza
High Temperature Corrosion of Materials, 2024, 101, pp.1479-1480. ⟨10.1007/s11085-024-10319-x⟩
Présentation
Les activités de l’équipe se concentrent sur l’étude des réactions affectant la surface des matériaux et sur le développement de procédés innovants et maîtrisés permettant d’apporter des solutions contre la corrosion.
L’équipe s’est spécialisée dans l‘analyse du comportement en corrosion et de la durabilité des métaux et céramiques en environnements variés et en particulier lorsqu’ils sont sollicités en conditions extrêmes : à haute température, en environnements chimiques agressifs et/ou en conditions de cyclage thermique.
Sur la base de la modélisation thermodynamique et d’un parc instrumental diversifié, permettant la synthèse de matériaux massifs ou de revêtements (alliages métalliques et céramiques), la caractérisation des propriétés physico-chimiques (thermiques, dilatométriques, électrochimiques) et l’acquisition de la réponse des matériaux aux sollicitations de l’environnement, les travaux visent à identifier d’une part l’influence de la chimie et de la microstructure sur la résistance à l’oxydation et à la corrosion et d’autre part à fonctionnaliser les surfaces des matériaux métalliques.
Pour limiter la dégradation des matériaux, trois voies sont principalement mises en œuvre selon les libertés laissées par l’application :
- la modification de la composition des matériaux
- la modification du caractère oxydant de l’environnement (atmosphère contrôlée, atmosphère réductrice, apport d’un inhibiteur de corrosion)
- la modification de la surface par un pré-traitement de conversion (anodisation, oxydation sélective, etc.) ou par un revêtement métallique protecteur (traitement thermochimique, slurry)
Thématiques de recherche
Vitesses et mécanismes d’oxydation des matériaux métalliques à haute température
Le développement pour différents secteurs de l’industrie de nouveaux matériaux métalliques (alliages à base de nickel, de cobalt ou de niobium, TiAl, skutterudites) ou d’alliages élaborés par des méthodes nouvelles comme la fabrication additive requiert d’identifier les leviers qui permettent d’optimiser leur résistance vis-à-vis de l’environnement et d’estimer leur durabilité dans des conditions aussi proches que possible de celles rencontrées en service. Les travaux passent par la synthèse de systèmes modèles, simplifiés par rapport aux alliages industriels, permettant de mettre en évidence les relations existant entre la composition et la microstructure des matériaux et leur réactivité.
Projets :
- ANR ALUPLAT - LaSIE, IJL, Pprime, ICSM ( 2022-2026)
- ANR DENICAM - IJL, Access Technology (2025-2028)
- ANR DYNAMIC - CIRIMAT, IJL, LGC, Air Liquide, Safran (2022-2026)
- Collaborations Saint-Gobain SEVA, Saint-Gobain PAM
- Collaborations Safran Aircraft Engines, Safran Tech
Thèses :
- Pauline SPAETER (2025-2028)
- Bruno JACQUARD (2023-2026)
- Louis HUNAULT (2022-2025)
Articles :
- Oxidation at elevated temperature of carbides-reinforced nickel-based and cobalt-based alloys rich in chromium and containing titanium, Corrosion Engineering, Science and Technology 58 (2023) 567-576, P. Berthod, S.A.O. Wora
- Long-term isothermal oxidation behavior of two industrial polycrystalline nickel base alloys in air at 700°C – Evaluation of intergranular oxidation distribution and kinetic, Corrosion Science 188 (2021) 109500, R. Malacarne, S. Mathieu, L. Aranda, M. Vilasi, C. Desgranges, S. Knittel
Etude des mécanismes de dégradation des métaux et céramiques en présence d’une phase liquide par oxydation, corrosion, dissolution
Le comportement des matériaux en présence de phases liquides est évalué de la température ambiante jusqu’aux très hautes températures. Les techniques électrochimiques peuvent être mises en œuvre afin d’identifier la nature des systèmes électroactifs et les lois de vitesses en conditions extrêmes. Les sujets traités concernent la dégradation des échangeurs des unités d’incinération des déchets, la corrosion chaude des alliages aéronautiques par les mélanges de sels (possiblement en présence de sables), la corrosion des métaux par les milieux silicatés (industrie verrière, vitrification des déchets) ou encore la corrosion des céramiques utilisées comme barrières thermiques et environnementales par les CMAS.
Projets :
- Collaborations Safran Tech, Safran Ceramics, Safran Aircraft Engines
- Collaboration CEA Saclay
- Collaboration IRT M2P
- Collaboration ONERA Chatillon
- Collaboration Institut Clément Ader
- Collaboration Centre des Matériaux Mines Paristech
Thèses :
- Grégoire DUFOUR (2023-2026)
- Elise PERUSE (2023-2026)
- Louis SAINT-JEAN (2023-2026)
- Thomas BRUNET (2024-2027)
- André GERMAIN (2024-2027)
Articles :
- Differential aeration corrosion of silver in sulfate melts at 900°C, Corrosion Science 224 (2024) 111504, D. Diomandé, S. Mathieu, P.J. Panteix, M. Siblani, L. Aranda, C. Petitjean, M. Vilasi
- Low-temperature hot corrosion behavior of DS200+Hf nickel-based superalloy at 650°C, High Temperature Corrosion of Materials 101 (2024) 1027-1039, G. Dufour, D. Texier, T. Sanviemvongsak, T. Perez, J. Bonnal, S. Knittel, D. Bonina, M . Vilasi, S. Mathieu
- A thermodynamic study of the influence of the Al2O3 content on the CaO-SiO2-YO1.5 system, Journal of the European Ceramic Society 44 (2024) 4160-4169, J. Bonnal, S. Mermoul, C. Petitjean, P.J. Panteix, D. Bonina, C. Gendarme, S. Arnal, M. Vilasi
- Chemical degradation of the ternary Al2O3-YAG-ZrO2 eutectic ceramic by molten CMAS, High Temperature Corrosion of Materials 101 (2024) 1117-1128, L. Portebois, S. Mathieu, M. Vilasi, P. Berthod, P.J. Panteix, M. Podgorski
- Type I hot corrosion of platinum-containing model γ and γ′ alloys, High Temperature Corrosion of Materials 101 (2024) 999-1011, L. Hunault, F. Pedraza, L. Aranda, M.M. Siblani, J. Cormier, R. Podor, S. Mathieu
Développement de solutions de protection par l’étude de nouveaux matériaux et de revêtements multifonctionnels
La fonctionnalisation des surfaces des alliages métalliques est très souvent nécessaire afin d’adapter les propriétés des matériaux de structure aux caractéristiques physico-chimiques de l’environnement ou aux conditions d’emploi. Dans ce cadre les travaux couvrent tant les aspects liés à l’inhibition des phénomènes de corrosion que l’élaboration de revêtements fonctionnels. L’équipe met en œuvre les méthodes chimiques (en phases aqueuse et gazeuse) et électrochimiques, notamment à potentiel élevé (oxydation micro-arc), pour proposer des propriétés d’usage nouvelles et multiples (anti-oxydants et anti-carburants, anti-oxydants et résistants à l’usure ; anti-oxydants et lubrifiants ; des revêtements auto-cicatrisants, etc.) :
- Etude de la croissance et du colmatage de couches anodisées,
- Fonctionnalisation par voie liquide de surfaces internes de composants de forme complexe imprimés 3D,
- Dépôt de revêtements en phase gazeuse.
Projets :
- ANR C.ADER - IJL, Institut de Soudure, Musée de l’Air et de l’Espace, C2RMF (2023-2027)
- AAP Région PIMP (cofinancement C2RMF)
- Collaboration BASF
- Collaboration Safran Landing Systems
Thèses :
- Roua KADDAH (2023-2026)
- Yasser RASSIF (2023-2026)
- Dorian LEPESANT (2024-2027)
Articles :
- Bipolar pulse anodizing of aluminum: understanding the fundamental electrochemical mechanisms, Electrochimica Acta 492 (2024) 144303, A. Gasco-Owens, D. Veys-Renaux, E. Rocca
- Designing bipolar anodizing towards white anodic aluminum oxide (AAO), Surfaces and Interfaces 53 (2024) 105103, A. Gasco-Owens, D. Veys-Renaux, E. Rocca
- a-Zirconium hydrogenophosphate as a nano-container of 2-aminobenzimidazole for the corrosion protection of zinc in NaCl medium, Dalton Transaction 53 (2024) 7857-7865, I. Bouali, E. Rocca, D. Veys-Renaux, B. Rhouta, A. Khalil
- Intercalation of decanoate anions (C10) in layered double hydroxide Mg-Al and its applications as controlled-release corrosion inhibitor of steel, Surface & Coatings Technology 489 (2024) 131055, A. AitAghzzaf, Y. Zarki, B. Rhouta, A. Khalil, D. Veys-Renaux, H. Majdoub, E. Rocca
Modélisation cinétique et thermodynamique
L’étude des processus de dégradation et la mise en œuvre de traitements thermochimiques requièrent l’utilisation de données thermodynamiques. Lorsqu’elles sont disponibles, elles permettent d’identifier les espèces présentes et la nature des phases attendues. Lorsqu’elles ne le sont pas, il s’agit de les déterminer expérimentalement et de modéliser les diagrammes d’équilibre correspondant. La modélisation est également mise en œuvre afin de prévoir la durée de vie des matériaux. La durabilité d'une couche d'oxyde protectrice, par exemple en milieu silicaté liquide à haute température, dépend de la compétition entre croissance et dissolution. Il s’agit alors d’établir les modèles analytiques traduisant le comportement de ces oxydes en service en fonction des paramètres du système (T, P(O2), basicité, viscosité).
Articles :
- New approach to the compound energy formalism (NACEF) part I. Thermodynamic modeling based on the sublattice model, CALPHAD: Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry 80 (2023) 102509, J.M. Fiorani, M. Badran, A.A.A.P. da Silva, N. David, M. Vilasi
- New approach to the compound energy formalism (NACEF) part II. Thermodynamic modelling of the Al-Nb system supported by first-principles calculations, CALPHAD: Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry 80 (2023) 102522, J.M. Fiorani, M. Badran,J.M. Joubert, J.C. Crivello, A.A.A.P. da Silva, G.C. Coehlo, C.A. Nunes, N. David, M. Vilasi
- Thermodynamic modeling of the Mo-Pt system based on the NACEF approach, CALPHAD: Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry 84 (2024) 102665, J.M Fiorani, M. Siblani, J.M. Joubert, C. Barreteau, J.C. Crivello, N. David, M. Vilasi
Savoir-faire
L’équipe dispose d’un parc d’équipements en propre lui permettant de mener les études de dégradation et d’évaluer le potentiel de différentes solutions de revêtement, et du savoir-faire spécifique associé :
Méthodes d’élaboration de matériaux de structure et de revêtements
- Fusion à l’arc
- Fusion par induction
- Frittage de poudres
- Conversion chimique
- Anodisation et oxydation par plasma électrolytique
- Cémentation (transport en phase vapeur)
- Méthode « Slurry » (Réaction métal liquide - substrat)
Méthodes d’analyses thermiques
- Analyse thermique différentielle
- Analyse thermogravimétrique
- Dilatométrie
- Calorimétrie
- Calculs prévisionnels (ThermoCalc, FactSage)
Caractérisations électrochimiques spécifiques
- Méthodes stationnaires de détermination des cinétiques et processus de corrosion
- Spectroscopie d’impédance électrochimique
- Electrochimie en milieux sels fondus et silicates fondus (jusqu’à 1300°C)
- Electrochimie jusqu’à 700 V et en régime pulsé
Sollicitations aux environnements
- Fours de traitement en atmosphère contrôlée jusqu’à 1700°C
- Thermogravimétrie en atmosphère corrosive (SO2, HCl)
- Banc de cyclage thermique
- Enceintes climatiques : tests brouillard salin, VDA, etc.
Transfert technologique
- Brevet : Procédé de dépôt d'un revêtement contre la corrosion, N. Ramenatte et al. (Université de Lorraine, CNRS, AIR LIQUIDE) (2015) WO2015044559 A1
- Brevet : Procédé de fabrication d'une pièce revêtue d'un revêtement protecteur, S. Knittel et al. (Université de Lorraine, SNECMA, SAFRAN) (2018) WO2016087766 – 2016
- Brevet : Pièce de turbomachine revêtue d'un revêtement céramique de protection, procédé de fabrication et d'utilisation d'une telle pièce, L. Portebois, S. Mathieu, P. Berthod, M. Vilasi, M. Podgorski (Université de Lorraine, SAFRAN) (2019) EP 3359707 B1
- Brevet : Method for depositing an anti-corrosion coating, N. Ramenatte et al. (Université de Lorraine, CNRS, AIR LIQUIDE), Accepté n°US 10 053750 B2 (2018)
- Brevet : Procédé de dépôt d'un revêtement à partir d’une suspension de composition améliorée, N. Ramenatte et al. (Université de Lorraine, CNRS, AIR LIQUIDE), Demande FR n° 1912028 (2019)
- Brevet : Dépôt d’argent par un procédé liquide en surface de pièces de géométries complexes en alliage base Ti, N. Ramenatte et al. (Université de Lorraine, CNRS, AML), Demande FR n° BT7148FR00 (2019)
Membres
Enseignants-Chercheurs
- Patrice BERTHOD
- Nicolas DAVID
- Jean-Marc FIORANI
- Stéphane MATHIEU
- Carine PETITJEAN
- Christophe RAPIN
- Emmanuel ROCCA
- Delphine VEYS-RENAUX
- Michel VILASI
Personnels d'appui à la recherche
- Lionel ARANDA
- David BONINA
- Louise COLIN
- Pierre-Jean PANTEIX
Doctorants
- Thomas BRUNET
- Grégoire DUFOUR
- Bruno JACQUARD
- Roua KADDAH
- Dorian LEPESANT
- Elise PERUSE
- Yasser RASSIF
- Louis SAINT-JEAN
Publications
Contact
Responsable d'équipe
Pierre Jean PANTEIX
pierre-jean.panteix@univ-lorraine.fr
+33 (0) 3 72 74 27 36
Nancy-Artem
Institut Jean Lamour
Campus Artem
2 allée André Guinier - BP 50840
54011 NANCY Cedex