Abstract FR:

Nous avons réalisé une étude expérimentale des phénomènes d'implantation ionique d'azote dans l'acier inoxydable austénitique 304L à basse énergie (1 KeV), à fort courant ionique (0,5-1 mA/cm2) et fluence élevée (4. 10 at. /cm2), à des températures modérées (250°-550°C). L'analyse des profils de concentration d'azote (NRA, SDL) ainsi que celle des transformations microstructurales (DRX, MET, SIMS-XPS) ont été effectuées afin d'établir des corrélations avec les améliorations des propriétés mécaniques de surface. Tout d'abord, un seuil de température, situé vers 270°C, a été mis en évidence au dessus duquel les profondeurs de pénétration de l'azote augmentent considérablement avec la température, le courant et la fluence, les concentrations en azote étant de l'ordre de 20 at. % sur plusieurs microns. Jusqu'à 430°C, la couche nitrurée est essentiellement constituée d'une solution solide métastable d'insertion d'azote dans l'austénite. Pour des températures plus élevées, on observe la formation d'une matrice cubique centrée contenant des précipités de nitrure de chrome. En surface, l'implantation produit une augmentation très nette de la rugosité et, en volume, introduit une très grande densité de dislocations et provoque une fragmentation très importante de la microstructure. Nous avons pu mettre en évidence au sein de la solution solide, des liaisons chimiques nettement préférentielles entre les atomes d'azote et de chrome, avec une énergie de liaison inférieure à celle du composé défini CrN. Le modèle proposé pour expliquer la formation des couches nitrurées épaisses fait intervenir des mécanismes tels que la relocalisation des atomes déplacés dans la couche de surface par les ions incidents, le piégeage des atomes d'azote par ceux de chrome, la relaxation des défauts de surface qui peut intervenir par recombinaison directe lacune-adatome et par migration en volume des lacunes pour une température suffisante. La couche nitrurée présente une dureté cinq fois supérieure à celle de l'austénite, ce qui entraîne une diminution considérable de la vitesse d'usure et une modification profonde des faciès de dégradation.