The Characterization of the oxide films formed at the surface of Ni-base alloys in pressurized water reactors primary coolant by transmission electron microscopy

International audienceThe oxide film formed on nickel-based alloys in Pressurized Water Reactors (PWR) primary coolant conditions (325°C, aqueous media) has been investigated by Transmission Electron Microscopy (TEM). TEM observations revealed an oxide layer divided in two parts. The internal layer was mainly composed of a continuous spinel layer, identified as a mixed iron and nickel chromite (Ni(1-x)FexCr2O4). Moreover, nodules of Cr2O3 were present at the interface between this spinel and the alloy. The external layer is composed of large crystallites corresponding to a spinel structure rich in iron (Ni(1-z)Fe(2+z)O4) resulting from precipitation phenomena. The influence of alloy surface defects was also studied underlining two main consequences on the formation of the passive film e.g. the internal layer. On one hand, the growth kinetics of the internal spinel rich in chromium increased with the surface defect density. Besides that, when the defect density increased, the oxide scale became more finely crystallized. This result agrees with a growth mechanism due to a rate limiting process of diffusion through the grain boundaries of the oxide. On the other hand, the quantity of Cr2O3 nodules increased with the number of surface defects, revealing that the nodules nucleated preferentially at defect location

A detailed TEM and SEM study of Ni-base alloys oxide scales formed in primary conditions of pressurized water reactor

International audiencehe oxide film formed on nickel-based alloys in pressurized water reactors (PWR) primary coolant conditions (325 °C, aqueous media) is very thin, in the range of 1–100 nm thick, depending on the surface state and on the corrosion test duration. The nature and the structure of this scale have been investigated by Transmission Electron Microscopy (TEM) and Scanning Electron Microscopy (SEM). TEM observations revealed an oxide layer divided in two parts. The internal layer was mainly composed of a continuous spinel layer, identified as a mixed iron and nickel chromite (Ni(1−x)FexCr2O4). Moreover, nodules of Cr2O3, with a size about 5 nm, were present at the interface between this spinel and the alloy. No chromium depletion was observed in the alloy, at the alloy/oxide interface. The external layer is composed of large crystallites corresponding to a spinel structure rich in iron (Ni(1−z)Fe(2+z)O4) resulting from precipitation phenomena. SEM and TEM observations showed a link between the nucleation and/or the growth of crystallites of nickel ferrite and the crystallographic orientation of the substrate. A link between the presence of surface defects and the nucleation of the crystallites was also underlined by SEM observations. Partially hydrated nickel hydroxide, was also observed by TEM in the external scale. Based on these results, some considerations about the mechanism of formation of this oxide layer are discussed

Oxidation kinetics and mechanisms of Ni-base alloys in pressurised water reactor primary conditions: Influence of subsurface defects

International audienceOxidation of Alloy 690 in PWR primary water conditions has been investigated, considering particularly the role played by subsurface structural defects. To simulate a defective surface state, Xe implantation has been set up on samples. Corrosion experiments were thereafter performed in a corrosion loop simulating the PWR medium with durations between 24 h and 1000 h. Microstructural observations and NRA measurements underlined the role played by defects on the crystallinity of the continuous oxide spinel layer, on the nucleation of Cr2O3 nodules and on the oxidation rate. The higher defects concentration seemed to modify the oxygen diffusion in the oxide scale

Comparison of platinum deposit methods on carbon aerogels used in Proton Exchange. Membrane Fuel Cells (PEMFC)

International audienceWith the rarefaction and price increase of fossil fuels along with the consequences of greenhouse effect, many challenges have to be taken up. Consequently, a strong research effort is devoted to cleaner energy converters like fuel cells. In the car industry, Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) are chosen by a majority. But, remaining problems must be solved before a development at a large scale, among which: reducing the costs and increasing the power density and durability. Costs reduction mostly implies both diminishing the platinum quantity required for the oxygen reduction reaction at the cathode and increasing its activity. For these reasons, researches are devoted to the impact study of various methods of platinum deposit on the performances of new electrocatalysts and to the understanding of phenomena occurring in fuel cells

Corrosion sous contrainte assistée par l'irradiation en milieu primaire d'aciers inoxydables austénitiques

National audienceLes internes de cuves des REP sont soumis à divers modes de sollicitation, notamment de corrosion sous contrainte assistée par l'irradiation (IASCC). L'objectif de ce travail est d'étudier le couplage de plusieurs phénomènes physiques et chimiques interagissant en IASCC. En particulier, nous nous intéresserons au couplage microstructure (hétérogénéités chimique, cristallographique, nature des joints de grains...) / mécanismes de déformation / mécanismes d'irradiation / effet de l'environnement / champs mécaniques. Nous présenterons notamment la méthodologie et les premiers résultats concernant l'irradiation aux protons sur matériau massif et les essais de corrosion sous contrainte associés ; ainsi que la méthodologie concernant l'irradiation de lames minces qui sera effectuée sur la plate-forme JANNUS du CSNSM, où le matériau sera exposé simultanément à un faisceau d'irradiation et un faisceau d'implantation d'hélium

Toxicity of boehmite nanoparticles: impact of the ultrafine fraction and of the agglomerates size on cytotoxicity and pro-inflammatory response

International audienceBoehmite (γ-AlOOH) nanoparticles (NPs) are used in a wide range of industrial applications. However, little is known about their potential toxicity. This study aimed at a better understanding of the relationship between the physico-chemical properties of these NPs and their in vitro biological activity. After an extensive physico-chemical characterization, the cytotoxicity, pro-inflammatory response and oxidative stress induced by a bulk industrial powder and its ultrafine fraction were assessed using RAW264.7 macrophages. Although the bulk powder did not trigger a significant biological activity, pro-inflammatory response was highly enhanced with the ultrafine fraction. This observation was confirmed with boehmite NPs synthesized at the laboratory scale, with well-defined and tightly controlled physico-chemical features: toxicity was increased when NPs were dispersed. In conclusion, the agglomerates size of boehmite NPs has a major impact on their toxicity, highlighting the need to study not only raw industrial powders containing NPs but also the ultrafine fractions representative of respirable particles. Read More: http://informahealthcare.com/doi/abs/10.3109/08958378.2014.92599

Fluorescence and spin properties of defects in single digit nanodiamonds

International audienceThis article reports stable photoluminescence and high-contrast optically detected electron spin resonance (ODESR) from single nitrogen-vacancy (NV) defect centers created within ultrasmall, disperse nanodiamonds of radius less than 4 nm. Unexpectedly, the efficiency for the production of NV fluorescent defects by electron irradiation is found to be independent of the size of the nanocrystals. Fluorescence lifetime imaging shows lifetimes with a mean value of around 17 ns, only slightly longer than the bulk value of the defects. After proper surface cleaning, the dephasing times of the electron spin resonance in the nanocrystals approach values of some microseconds, which is typical for the type Ib diamond from which the nanoparticle is made. We conclude that despite the tiny size of these nanodiamonds the photoactive nitrogen-vacancy color centers retain their bulk properties to the benefit of numerous exciting potential applications in photonics, biomedical labeling, and imaging

Apport de la microscopie électronique en transmission et de la spectroscopie EELS à la caractérisation de nitrures (AlN, CrN) dans le fer et l\u27alliage Fe-Cr..

Ce travail est consacré à la caractérisation microstructurale de deux types d\u27alliage à base fer: un alliage Fe-Al-N et deux alliages Fe-Cr nitrurés (1 et 3% pds Cr). Les propriétés intéressantes de ces deux matériaux résultent de la fine précipitation de deux types de nitrures: le nitrure d\u27aluminium (AlN) et le nitrure de chrome CrN, respectivement. La compréhension des mécanismes métallurgiques régissant la formation de ces nitrures et la relation avec les propriétés mécaniques qui en résultent, requiert des analyses chimiques et cristallographiques à l\u27échelle nanométrique, voire atomique, mais également des mesures quantitatives des tailles de précipités et de leur fraction volumique. De nos jours, la microscopie électronique en transmission, par le biais des microscopes modernes dotés de canon à émission de champ, permet facilement l\u27accès à ces caractéristiques nanostructurales. Cependant, la validation de certains résultats expérimentaux obtenus ainsi que leur interprétation, nécessitent souvent le recours à des approches simulatoires. En adoptant cette démarche nous avons, parallèlement à l\u27étude microstructurale de la précipitation d\u27AlN dans l\u27alliage Fe-Al-N, analysé et exploité les caractéristiques et les possibilités des microscopes utilisés. Cette étude a permis l\u27identification de deux variétés d\u27AlN: cubique et hexagonal. Les caractéristiques cristallochimiques des deux variétés ont été étudiées en détail avec l\u27apport des techniques (EDX, EELS, EFTEM et METHR). Par ailleurs, une transformation AlN cubique ® AlN hexagonal activée par la présence d\u27atomes de soufre a été mise en évidence et la faisabilité d\u27une analyse quantitative des deux populations a été également abordée. Le deuxième volet de ce travail a concerné l\u27étude des propriétés microstructurales et mécaniques liées à la précipitation de CrN dans deux alliages Fe-Cr nitrurés. Les différents stades de cette précipitation ont été étudiés par microscopie en haute résolution. Les différents paramètres microstructuraux (fraction volumique, distribution de tailles des précipités,..) ont été quantifiés puis corrélés aux profils des propriétés microplastiques mesurées par nano-indentation. En conclusion, ce travail se veut être une étude modèle servant à montrer les potentialités actuelles en matière de caractérisation fine de matériaux aux propriétés régies par des évolutions métallurgiques à l\u27échelle nanométrique

Apport de la microscopie électronique en transmission et de la spectroscopie EELS à la caractérisation de nitrures (AIN, CrN) dans le fer et l'alliage Fe-Cr

Ce travail est consacré à la caractérisation microstructurale de deux types d'alliage à base fer: un alliage Fe-Al-N et deux alliages Fe-Cr nitrurés (1 et 3% pds Cr). Les propriétés intéressantes de ces deux matériaux résultent de la fine précipitation de deux types de nitrures: le nitrure d'aluminium (AlN) et le nitrure de chrome CrN, respectivement. La compréhension des mécanismes métallurgiques régissant la formation de ces nitrures et la relation avec les propriétés mécaniques qui en résultent, requiert des analyses chimiques et cristallographiques à l'échelle nanométrique, voire atomique, mais également des mesures quantitatives des tailles de précipités et de leur fraction volumique. De nos jours, la microscopie électronique en transmission, par le biais des microscopes modernes dotés de canon à émission de champ, permet facilement l'accès à ces caractéristiques nanostructurales. Cependant, la validation de certains résultats expérimentaux obtenus ainsi que leur interprétation, nécessitent souvent le recours à des approches simulatoires. En adoptant cette démarche nous avons, parallèlement à l'étude microstructurale de la précipitation d'AlN dans l'alliage Fe-Al-N, analysé et exploité les caractéristiques et les possibilités des microscopes utilisés. Cette étude a permis l'identification de deux variétés d'AlN: cubique et hexagonal. Les caractéristiques cristallochimiques des deux variétés ont été étudiées en détail avec l'apport des techniques (EDX, EELS, EFTEM et METHR). Par ailleurs, une transformation AlN cubique ® AlN hexagonal activée par la présence d'atomes de soufre a été mise en évidence et la faisabilité d'une analyse quantitative des deux populations a été également abordée. Le deuxième volet de ce travail a concerné l'étude des propriétés microstructurales et mécaniques liées à la précipitation de CrN dans deux alliages Fe-Cr nitrurés. Les différents stades de cette précipitation ont été étudiés par microscopie en haute résolution. Les différents paramètres microstructuraux (fraction volumique, distribution de tailles des précipités,..) ont été quantifiés puis corrélés aux profils des propriétés microplastiques mesurées par nano-indentation. En conclusion, ce travail se veut être une étude modèle servant à montrer les potentialités actuelles en matière de caractérisation fine de matériaux aux propriétés régies par des évolutions métallurgiques à l'échelle nanométrique.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Contribution of advanced microscopy techniques to nano-precipitates characterization: case of AlN precipitation in low-carbon steel

International audienceAluminum nitride (AlN) precipitation in a FeAlN alloy was studied by Transmission Electron Microscopy (TEM). Crystallographic and chemical properties of precipitates were investigated using electron diffraction, High Resolution TEM, EDX microanalysis, EELS spectroscopy and Energy-Filtered TEM. Observations were carried out on extraction replicas and thin foils. Principally, two varieties of AlN precipitates have been observed: fine cubic (NaCl-type) precipitates with a platelet-like morphology exhibiting a Bain orientation relationship with respect to the -iron matrix in the case of 3 h annealing at 923 K, and coarse cuboidal-shape hexagonal (wurtzite) precipitates having a particular orientation relationship with respect to the ferrite in the case of 5 h annealing at 973 K. A cubichexagonal transformation of AlN nitrides activated by the heterogeneous germination on iron sulfide (FeS) was established. The two AlN varieties were clearly recognized by EELS spectroscopy and the quantification of both populations of precipitates from EFTEM images is discussed