Influence of hydrogen concentration on dissolution and passivation processes of a austenitic stainless steel
Impact de la concentration en hydrogène sur les processus de dissolution et de passivation d’un acier inoxydable austénitique
Résumé
Different processes can lead to hydrogen absorption on the surface of the materials and can decrease their inherent materials properties, especially their surface characteristics. Interactions between these modifications and corrosion processes have to be more thoroughly studied. In this context, this work aims to investigate the role of hydrogen absorption on the dissolution and passivation mechanisms of the AISI 316L. First, the total absorbed hydrogen concentration has been quantified after an electrochemical charging process. Then, we evaluated the different hydrogen states in the material and its distribution from surface to the bulk. Results suggest a strong concentration gradient and allows to estimate both an apparent coefficient of diffusion and a local hydrogen concentration. In addition, we observed that the local hydrogen increased hardness enhanced the dislocations density and induced an occasionally phase transformation to martensite (γ→ε). In the second time, the influence of hydrogen on anodic processes on the AISI 316L have been investigated. For that purpose, electrochemical tests have been conducted and show an increase of anodic kinetics after hydrogen absorption. Hydrogen induced an increase of the passive current density while the pitting resistance is widely degraded. XPS analyses attest of a similar passive layer (thickness and composition) before and after H-charging even though EIS results show a decrease of the resistance. Inductively Coupled Plasma showed that hydrogen promotes dissolution processes. The modifications induced by hydrogen are partially reversible with hydrogen desorption. Our results illustrate that mobile hydrogen is mainly responsible for the decrease of the properties and that trapped hydrogen and / or metallurgical modifications induced by electrochemical charging have few effects on the corrosion process even they highlight the partial non-reversibility of the observed effects.
De nombreux phénomènes sont susceptibles d’occasionner l’adsorption puis l’absorption d’hydrogène à la surface d’un matériau, modifiant ainsi ses propriétés intrinsèques de cœur comme de surface. En particulier, l’hydrogène introduit peut impacter les processus de corrosion, sujet encore que peu exploré et qui reste à interroger. Dans ce cadre, le présent travail a pour objet d’évaluer l’impact de l’absorption d’hydrogène sur les mécanismes de dissolution et passivation d’un acier inoxydable austénitique AISI 316L. Dans un premier temps, une caractérisation fine de la distribution d’hydrogène a été conduite. Les résultats obtenus ont montré un fort gradient de concentration permettant d’estimer le coefficient de diffusion ainsi que la concentration locale d’hydrogène. De plus, des techniques de caractérisation telles que le MET et la nano-indentation ont révélé que cette localisation induit une augmentation de la dureté, la formation de défauts de type dislocations, ainsi qu’une transformation locale de phase (γ→ε). Dans un deuxième temps, l’impact de l’absorption d’hydrogène sur les processus anodiques de l’alliage a été questionné. En particulier, les essais électrochimiques réalisés ont montré une augmentation des cinétiques dans le domaine anodique après absorption d’hydrogène. En présence du soluté le pic d’activité et la densité de courant passif sont sensiblement augmentés, et la résistance à la corrosion par piqûre est nettement altérée. Des analyses XPS ex-situ ont souligné le peu de modifications de la couche passive alors qu’une diminution significative de résistance a été clairement observée par EIS. Une augmentation des cinétiques de dissolution a clairement été établie par de analyses ICP, même si les poids respectifs de la dissolution et de l’oxydation de l’hydrogène n’ont pu être clairement quantifiés. Les modifications observées après chargement semblent en partie réversibles avec la désorption de l’hydrogène. Les résultats démontrent donc que l’hydrogène mobile est majoritairement responsable des effets observés, et que l’hydrogène piégé irréversiblement et les modifications métallurgiques induites par l’hydrogène et n’ont que peu d’effet sur les processus de corrosion même s’ils peuvent expliquer la non-réversibilité totale des effets observés.
Origine : Version validée par le jury (STAR)