Étude par spectroscopie Raman de la corrosion d’aciers à ressorts de suspension automobile
Institution:
Grenoble INPGDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The aim of this study was to improve our description of the corrosion process of helical suspension spring steels. A review of the articles about corrosion of low alloyed steels alloyed us determine the major corrosion products, their typical repartition and mechanisms that lead to an increase in corrosion rate during wet-dry cycles. But there stood unsolved questions about these mechanisms and relative influences of alloying elements in the problem we were interested in. We have investigated the ability of Raman spectroscopy, IR spectroscopy and XR diffraction through characterizing pure powders and mixtures of reference compounds. Tools and experimental routes have been developed in order to study cross sections of corroded samples. Lepidocrocite, which is said to play an important role in corrosion mechanisms during wet-dry cycles, had been studied: an attribution of Raman modes is proposed. The study of corrosion scales that grow on 10 different steel grades allowed us to confirm the global repartition of corrosion products after salt spray treatment. A spall of corrosion products that have been removed from the steel substrate is made up of lepidocrocite in the outer part, goethite deeper in the oxide interface on every grade after 14 cycles. The appearance of akageneite in these areas suggests a propagation step close to what is known for pitting corrosion on stainless steels. Differences between corrosion of resistant and less resistant steel grades had been enlightened in the corrosion products on flatter parts of the metal oxide interface after more than 14 cycles. Maghemite and goethite are the major components in these parts on the less corrosion resistant steel grades, and an unidentified compound that has a new Raman spectrum is significantly detected in these flatter parts on most resistant grades. Mono alloyed steels are tested in corrosion under salt spray conditions. We pointed out enrichments in alloying elements of some iron oxides, especially a chromium enrichment in the new compound that covers the whole metal oxide interface on the Cr-grade. A prediction model for atmospheric corrosion has been adapted to describe corrosion of spring steel grades in salts spray cyclic conditions. The beneficial effect of chromium, nickel, titanium and phosphor on corrosion resistance was confirmed, and a harmful effect of molybdenum was pointed out in these very aggressive conditions
Abstract FR:
Pour améliorer notre description de la corrosion des aciers à ressort hélicoïdaux de suspension automobile, nous avons réalisé une étude bibliographique qui nous permet de faire le point sur les connaissances établies en corrosion atmosphérique d’aciers peu alliés. Si la plupart des produits de corrosion sont connus et que des observations sur leur répartition dans la couche d’oxyde convergent, il reste des interrogations sur les mécanismes qui y conduisent et sur l’influence relative des éléments d’alliages sur la résistance à la corrosion. Nous avons évalué la capacité de la spectroscopie Raman, de la spectroscopie IR et de la diffraction des RX à caractériser les oxydes de références et des mélanges de phases. Des outils et des protocoles expérimentaux ont été élaborés pour l’étude en coupe de produits de corrosion sur leur substrat d’acier. La lépidocrocite, dont le rôle important dans des conditions cycliques de corrosion a été avancé dans la littérature, a fait l’objet d’une étude plus approfondie dans laquelle une attribution des modes Raman est proposée. La caractérisation des couches de produits de corrosion qui se développent sur 10 nuances industrielles en brouillard salin nous a permis d’établir la répartition globale des produits de corrosion. L’écaille d’oxyde qui se détache du substrat pour une corrosion avancée, est constituée de lépidocrocite dans la partie extérieure, de goethite plus en profondeur et enfin d’un mélange de maghémite, d’akaganéite et de goethite dans la partie interne. À l’interface métal oxyde, nous avons mis en évidence la présence de zones de corrosion localisée sur l’ensemble des nuances après 14 cycles. La présence d’akaganéite dans ces zones suggère un mécanisme de propagation de piqûres proche de celui établi sur les aciers inoxydables. Des différences entre les nuances les plus résistantes et les autres ont été mises en évidence à l’interface métal-oxyde dans les zones les moins corrodées et pour une corrosion avancée : la goethite et la maghémite sont les phases qui prédominent sur les nuances peu résistantes alors qu’une part significative de ces zones est constituée d’un composé possédant un nouveau spectre Raman sur les nuances les plus résistantes. L’étude de nuances mono alliées nous permet de mettre en relation des enrichissements relatifs avec la présence de l’une ou l’autre phase d’oxyde. La couche à l’interface métal-oxyde de la nuance au chrome corrodée à 3 cycles, est composée presque exclusivement du composé nouveau qui s’enrichit lui-même en chrome. L’adaptation d’un modèle de prédiction de la corrosion atmosphérique aux nuances d’acier à ressorts en conditions de corrosion en brouillard salin confirme l’effet bénéfique du chrome, du nickel, du titane et du phosphore et souligne un rôle néfaste du molybdène dans ces conditions très agressives