Application d'un modèle de réaction en phase gazeuse à l'oxydation d'un alliage liquide Al-Mg 5% sous faible pression d'oxygène

National audienceApplication of a model of reaction in the gaseous phase to the oxidation of a liquid Al-5%Mg alloy at low oxygen pressure. The oxidation of a liquid Al-5%Mg alloy was studied by isothermal (700°C) and isobaric thermogravimetry, under controlled oxygen partial pressure (lower than 50hPa). At low oxygen pressure, the reaction proceeds in the gaseous phase, due to the evaporation of magnesium from the alloy. A model exists in the literature to describe such reactions ; we verified experimentally that the assumptions of this model could be made for our reacting system; consequently, the variations of the oxidation rate with oxygen partial pressure were accounted for.L'oxydation d'un alliage Al-Mg5% à l'état liquide a été étudiée par thermogravimétrie isotherme (700°C) et isobare, sous pression d'oxygène contrôlée, inférieure à 50 hPa. En effet, à faible pression d'oxygène, la réaction se déroule en phase gazeuse, du fait de l'évaporation du magnésium de l'alliage. L'utilisation d'un modèle proposé dans la littérature, dont nous avons vérifié expérimentalement la validité des hypothèses, a permis d'interpréter les variations de la vitesse d'oxydation avec la pression d'oxygèn

Oxydation d'un alliage AlMg à l'état liquide. Méthodologie de détermination des mécanismes à partir d'expériences non nécessairement reproductibles

233 pagesL'objet de ce travail était l'étude de l'oxydation d'un alliage aluminium-5% magnésium à l'état liquide sous oxygène, par analyse thermogravimétrique, en s'appuyant sur celle du magnésium à l'état solide. Dans la plupart des cas, la vitesse absolue d'une réaction est proportionnelle au produit de la réactivité de croissance et de la fonction d'espace caractérisant les dimensions des zones réactionnelles mises en jeu dans le mécanisme de croissance. Nous avons vérifié que c'est le cas de la réaction étudiée ici c'est-à-dire la formation de l'oxyde de magnésium. Les mécanismes de formation de la magnésie dépendent de la pression partielle d'oxygène fixée dans l'enceinte réactionnelle, l'allure des courbes cinétiques ainsi que les morphologies des oxydes formés étant très différentes selon la pression d'oxygène. Sous de faibles pressions partielles, la réaction a lieu en phase gaz après évaporation du magnésium. Dans le cas de l'alliage, un mécanisme de formation de l'oxyde en phase gaz a été proposé. Ce modèle permet de rendre compte de l'influence de la pression partielle sur la vitesse de formation par unité de surface d'évaporation de la magnésie. Dans le domaine de fortes pressions d'oxygène et pour le magnésium solide, une modélisation physico-chimique décrivant les mécanismes de croissance de la magnésie et prévoyant l'évolution au cours du temps de la fonction d'espace a été proposée et validée par confrontation aux résultats expérimentaux. Dans le cas de l'alliage, les courbes cinétiques obtenues dans des conditions isothermes et isobares se sont révélées non reproductibles. Une méthodologie d'étude, basée sur l'utilisation de la méthode des décrochements, a rendu possible la modélisation de la croissance de l'oxyde. En effet, cette méthode a permis de déterminer l'origine de la non reproductibilité des courbes cinétiques, à savoir l'évolution aléatoire de la fonction d'espace, et d'obtenir les variations de la réactivité de croissance avec la pression d'oxygène. En nous appuyant sur la modélisation proposée pour le magnésium, nous avons proposé un modèle physico-chimique décrivant les mécanismes de croissance de l'oxyde et rendant compte de l'influence de la pression d'oxygèn

Etude de la cinétique d'oxydation des alliages alunimium-magnésium sous oxygène

National audienceL'étude présentée se situe dans le cadre de recherches menées au Centre de Recherche de Péchiney (CRV) sur l'oxydation des alliages aluminium magnésium à l'état fondu. Péchiney élabore ce type d'alliage en fonderie et le destine à deux grands domaines : L'emballage alimentaire et les transports. Le procédé d'élaboration de ces alliages comprend un processus de purification de l'alliage qui est réalisé dans des poches de traitements. Ces poches sont chargées de purifier le métal liquide de l'hydrogène dissous, des alcalins (le sodium en particulier) et des inclusions. Elles sont situées sur la ligne de coulée en aval du four de maintien et en amont d'une poche de filtration qui précède elle-même le métier de coulée. Au cours de ce traitement, la surface du métal est le siège de formation d'oxyde (MgO et spinelle MgAl2O4) par contact entre le métal liquide et l'atmosphère ce qui entraîne la formation d'une couche plus ou moins épaisse d'oxyde et d'inclusions au cœur du métal

New approach to the kinetic modelling of high temperature corrosion of metals and alloys

International audienceIn this paper we present a new approach for the kinetic modelling of thermal transformations of solids. In the case of the corrosion of metals and alloys, the existence of a rate-limiting step is often assumed, which allows to account for the linear and parabolic kinetic curves (weight gain versus time), corresponding respectively to an interface and diffusion controlling step. But, in many cases, the reaction system is not so simple, thus we have developed a methodology in order to verify experimentally whether the kinetic assumptions of steady state and rate-limiting step can be applied. This is illustrated with two examples, leading to complex kinetic curves: the oxidation by oxygen of an Al-Mg 5% alloy in the liquid state (non reproducible curves), and the oxidation of Zircaloy-4 by water vapour (existence of a kinetic transition)

Kinetic study of the oxidation by oxygen of liquid Al-M g5% alloys

International audienceThe oxidation into MgO of an industrial Al-Mg 5% alloy in the liquid state has been studied at 700°C by thermogravimetry, under controlled oxygen partial pressure. Since the kinetic curves were not reproducible, it was not possible to obtain directly from them the variations of the areic conversion rate (mole of MgO.s-1.m-2) versus the oxygen partial pressure. Therefore, it has been necessary to use a method based on the isolation method, which allowed us to overcome the problems of non-reproducibility of the curves. It was found that the areic reactivity of growth of MgO decreases when the oxygen pressure increases. A reaction mechanism in elementary steps has been proposed to account for these results, involving two competitive oxygen adsorptions on the MgO surface

Kinetic study of the oxidation by oxygen of liquid AlMg alloys

International audienceDuring the elaboration of aluminum-magnesium alloys, the surface of the liquid metal may be oxidized, mainly loading to the formation of MgO. In order to understand the oxidation mechanisms and to avoid it, the oxidation of an industrial Al-Mg 5% was studied under a flowing mixture of helium and oxygen, the partial pressure in oxygen being fixed between 20kPa and atmospheric pressure, at 700°C by thermogravimetry. At this temperature, the alloy is in the liquid phase

Oxidation by oxygen of liquid Al-Mg alloys during elaboration process

National audienceThe oxidation into MgO of an industrial Al-Mg alloy in the liquid state has been studied at 700°C by thermogravimetry. Since the kinetic curves were not reproducible, it was not possible to use them directly. Thus, it has been necessary to use a method based on the isolation method to obtain the influence of oxygen partial pressure on the areic reactivity (mole of MgO.m-2.s-1) of growth of MgO

Etude cinétique et modélisation de l'oxydation du magnésium par l'oxygène

International audienceThe oxidation of magnesium to MgO was studied by isothermal thermogravimetry (484 to 518°C), under controlled oxygen partial pressure. The variations of the growth reactivity (mole of MgO.s−1.m−2) with the oxygen pressure were obtained : they are quite complex, since the growth reactivity increases first with the pressure, then decreases and finally increases again. Reaction mechanisms were proposed to account for these variations, which were attributed to a change in the reaction mechanism, depending on the oxygen pressure range. // L'oxydation de grenaille de magnésium en MgO a été étudiée par thermogravimétrie isotherme (de 484 à 518°C), sous pression partielle d'oxygène contrôlée. Les variations de la réactivité de croissance (mole de MgO . s-1m-2) avec la pression d'oxygène ont été obtenues : elles ne sont pas monotones, la réactivité de croissance étant d'abord croissante, puis décroissante et enfin de nouveau croissante. Des mécanismes réactionnels ont été proposés pour interpréter ces variations, attribuées à un changement de mécanisme selon le domaine de pression d'oxygène considéré