Mécanismes de corrosion localisée de l'alliage d'aluminium 2024. Apport de la microscopie à force atomique (AFM) couplée au mode Kelvin (KFM) et des alliages modèles

Abstract

L'alliage 2024 (Al-Cu-Mg) est, dans le contexte de l'allègement de structure, encore largement utilisé par l'industrie aéronautique. Sa microstructure le rend sensible à la corrosion localisée (corrosion par piqûres, corrosion feuilletante et intergranulaire). Parmi les paramètres microstructuraux, les particules intermétalliques, et notamment les particules de phase S-Al2CuMg, sont dans de nombreux cas un facteur d'endommagement. Ce travail de thèse est donc centré sur leur réactivité ainsi que sur l'apport de techniques locales à cette étude. Dans ce travail, une étude multianalytique a été réalisée. La microscopie à force atomique (AFM pour Atomic Force Microscopy) couplée au mode Kelvin (KFM pour Kelvin Force Microscopy) permettent l'acquisition de la topographie et du potentiel de surface d'un échantillon à l'échelle nanométrique. Le couplage de ces techniques à des analyses chimiques d'extrême surface par SIMS (Secondary Ions Mass Spectroscopy) ainsi que le suivi de la composition des particules lors de leur dissolution (MEB-EDS) ont démontré que l'association AFM-KFM permet le suivi de l'ensemble des phénomènes de dissolution de particules intermétalliques riches en cuivre avec une résolution spatiale de l'ordre de la centaine de nanomètres. En parallèle à ces travaux, l'étude d'alliages et de systèmes modèles par des techniques électrochimiques stationnaires et transitoires telles que la Spectroscopie d'Impédance Electrochimique Locale (SIEL) a été réalisée. Ce travail a permis de montrer la représentativité de ces systèmes pour étudier les phénomènes de microcouplage galvanique entre particules intermétalliques et matrice de l'alliage commercial 2024. La réactivité du couple aluminium/magnésium a été simulée numériquement par la méthode des éléments finis. Les distributions de courant et de potentiel calculées ont été validées par des observations en microscopie optique et électronique. ABSTRACT : 2024 aluminium alloy is often used in aerospace applications in the structure lightening context. Its microstructure makes it very susceptible to localized corrosion (pitting corrosion, exfoliation corrosion and intergranular corrosion). Among the microstructural parameters, intermetallic particles and mainly S-phase (Al2CuMg) particles are an important damaging factor. This work is focused on their reactivity. The local technique contribution was demonstrated. In this work a multianalytical study was developed. Kelvin Force Microscopy (KFM, the Kelvin mode of AFM) allows topographical and surface potential maps of the same zone of the sample surface with submicrometric resolution to be obtained. Coupling of this technique with extreme surface chemical analyses (SIMS) and chemical composition of the particle during dissolution (MEB-EDS) allowed interesting results to be obtained. The possibility of KFM to follow dissolution phenomena of copper rich intermetalics was demonstrated. Model systems and alloys were studied by means of stationary and transient electrochemical techniques as Local Electrochemical Impedance Spectroscopy (LEIS). These model systems were shown to be representative of the galvanic coupling between intermetallics and the matrix of 2024 commercial alloy. Aluminium and magnesium model couple reactivity was simulated by finite element method (FEM) calculations. The current and potential distribution calculated was corroborated by optical and electronic microscope observation