Reproduction de : Thèse de doctorat : Mécanique des solides et des matériaux : Poitiers : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 115 réf.

La Direction des Applications Militaires du Commissariat à l'Énergie Atomique ayant choisi l'APX4 pour la fabrication d'un sous-ensemble à haute résistance mécanique, cette thèse se développe suivant trois grands axes. Premièrement, elle synthétise les connaissances antérieures concernant cet acier ainsi que des nuances voisines. Par ailleurs, elle établit une caractérisation précise de la matière effectivement utilisée pour la fabrication industrielle. Enfin, ce travail à forte connotation expérimentale s'attache à observer et interpréter les conséquences microstructurales et mécaniques de cycles thermiques appliqués à l'APX4. Les traitements thermiques étudiés sont l'austénitisation, la trempe, le chauffage interrompu à température variable (sans maintien avant refroidissement) et le revenu de durée et température variables. Grâce à des techniques d'analyse in situ (dilatométrie, calorimétrie, diffraction de rayons X...), on a pu enregistrer un certain nombre de signaux révélateurs des phénomènes se produisant pendant les phases de chauffage et de refroidissement des cycles thermiques. D'autre part, après refroidissement, d'autres moyens nous ont permis de caractériser à température ambiante les échantillons traités (essais mécaniques, observations microscopiques, DRX, pouvoir thermoélectrique...). L'interprétation des évolutions complexes de l'APX4 au cours des cycles thermiques s'appuie sur le croisement multi-technique et multi-échelle des informations acquises expérimentalement et tirées de l'analyse bibliographique. Ce mémoire constitue pour le CEA DAM une base de travail solide et étendue, qui servira de point d'ancrage à des études futures, plus ciblées sur des problématiques de fabrication, de fonctionnement et de vieillissement. Bénéficiant d'un large panel de techniques expérimentales, la thèse a été rendue possible par une collaboration entre les centres CEA de Valduc et de Saclay ainsi que l'Université de Bourgogne. Elle a été préparée au Laboratoire Expertise et Caractérisation Métallurgiques du Service Études de Métallurgie Physique, au Département Recherche sur les Matériaux Nucléaires, du centre CEA de Valduc, avec le concours du Service Recherche en Métallurgie Appliquée de la Direction de l'Énergie Nucléaire au CEA de Saclay et du Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne de l'Université de Bourgogne à Dijon.

L'utilisation de l'acier inoxydable duplex (DSS) pour des applications structurales est considérée comme l'un des progrès les plus notables et qui a le plus grand impact sur le secteur de la construction. Ceci est grâce à ses propriétés mécaniques élevées couplées avec des propriétés fonctionnelles intéressantes telles que la résistance à la corrosion, ou encore la faible conductivité thermique par rapport aux aciers au carbone. En raison de sa microstructure et l'interaction complexe entre les phases, DSS a un fort potentiel pour le développement des propriétés uniques. Une meilleure compréhension est nécessaire pour obtenir des propriétés exceptionnelles et fournir la possibilité de concevoir un DSS sur-mesure et architecturé pour des applications spécifiques. Dans ce travail, nous avons proposé une approche différente de celle utilisée jusqu'à présent pour comprendre le comportement du DSS. La stratégie adoptée dans ce travail était une stratégie dite top-down dans laquelle au moins deux métaux ayant un comportement et des propriétés bien connues sont mécaniquement assemblés par déformation plastique sévère (SPD). Cette stratégie proposée a pour objectifs: i) améliorer les propriétés par raffinement de microstructure jusqu’à une échelle sub-micrométrique ii) l'élaboration d'un matériau modèle permettant de comprendre le comportement DSS obtenu par les méthodes métallurgique conventionnelles. Le premier objectif de ce travail était, par conséquent, la mise en œuvre d'une méthodologie de fabrication en utilisant la technique SPD par co-tréfilage. Cette technique permettra l'obtention d'une microstructure ultrafine des composites 316L / 430LNb. L'un des défis rencontrés au cours de notre étude était l'inter-diffusion significative lors de traitement thermique susceptible de limiter un raffinement supplémentaire de la microstructure en question. Une étude d'optimisation a été effectuée pour tenir compte du rôle de cette inter-diffusion pour un couple 316L / 430LNb. Ainsi, des micro-composites multi-échelles ont été obtenus. Dans ce travail, nous avons montré la limitation de ce processus en termes de raffinement de microstructure. Une rationalisation de ces limites a été donnée par une étude thermocinétiques sur les micro-composites et matériaux brut initialement utilisés. Parallèlement à l'évaluation de la microstructure, le comportement mécanique de ces nouveaux micro-composites a été examiné. Afin de fournir une explication plus approfondie sur le comportement plastique de nos composites, des essais de traction in situ par rayonnement X synchrotron à haute énergie ont été effectués. / The use of duplex stainless steel (DSS) grades for structural applications is considered as one of the most significant advances impacting the construction sector. This is because of their high mechanical properties coupled with interesting functional properties such as corrosion resistance or even the low thermal conductivity compared to carbon steels. Due to their complex microstructure and interaction between the phases, DSS have a significant potential for unique properties. A better understanding is needed to give the possibility to obtain break through properties and to provide the possibility to design tailor-made, architectured DSS for specific applications. In this work we proposed a different approach from that used until now to understand the behavior of DSS. The strategy adopted in this work was a top-down strategy in which at least two bulk metals with well known behavior and properties are mechanically alloyed by Severe Plastic Deformation (SPD). This proposed strategy served two main objectives: i) enhancing the properties by microstructure refining down to sub-micron scale ii) elaborating a material model for understanding the DSS behavior obtained by the conventional metallurgical methods. The first objective of this work was, therefore, the implementation of a methodology of manufacturing using SPD technique by co-drawing. This technique will allow obtaining an ultra-fine microstructure of 316L/430LNb composites. One of the challenges met during our study was the significant inter-diffusion during heat-treatment step necessary during processing preventing by consequence further refining. An optimization investigation was carried out to account the role of this inter-diffusion for 316L/430LNb couple. Multi-scale micro-composites have been then obtained. In this work, we showed the limitation of this process in terms of microstructure refining. A rationalization of these limits was given by studying the thermo-kinetics of both micro-composites and bulk materials. In parallel with the microstructural evaluation, the mechanical behavior of these new micr-composites was examined. In order to provide a more in-depth explanation of the plastic behavior of our composites, in situ tensile test using high energy X-ray synchrotron have been performed.

AISI 316L est un acier inoxydable couramment utilisé comme biomatériau grâce à des propriétés telles qu'une résistance à la corrosion élevée. Cependant, en cas d'attaque corrosive, ils sont susceptibles de libérer des ions métalliques qui peuvent provoquer des allergies. En outre, plusieurs défaillances d'implants ont été rapportées et reliées au fait que leur résistance à la corrosion localisée est néanmoins limitée. Dans ce sens, cette thèse vise à évaluer différentes approches visant à améliorer la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable 316L pour des applications biomédicales à l'aide de deux stratégies: (1) la modification de la composition au sein de l'alliage et (2) la modification de la surface.La composition globale de l'acier inoxydable 316L a été modifiée avec l'addition d'azote. Des coulées ‘laboratoire' avec des compositions contrôlées ont été testées dans des milieux chloruré ainsi que dans des solutions physiologiques. L'effet de la combinaison de Mo et N sur le potentiel de piqûre s'est avéré supérieur à la somme de leurs effets individuels, ce qui indique une synergie. Cet effet, cependant, s'est montré dépendent du pH, étant fortement présent pour des milieux acides et neutres, tout en diminuant de façon importante avec l'augmentation du pH. Lors des essais dans des conditions physiologiques, cet effet était encore plus bénéfique avec le vieillissement. L'azote semble avoir amélioré la tendance à la répassivation de l'acier inoxydable avec Mo, déplaçant ainsi le potentiel de rupture du film passif vers des valeurs plus élevées.La surface de AISI 316L a aussi été revêtue avec de verres métalliques à basede fer à l'aide de laser cladding. Les revêtements ont donné des résultats différents en fonction de l'alliage. Les revêtements de Fe43.2Co28.8B19.2Si4.8Nb4 et Fe60Cr8Nb8B24 ont montré une matrice avec des ségrégations, en particulier de Nb, ce qui réduit leur résistance à la corrosion. D'autre part, le revêtement de Fe48.6Mo13.9Cr15.2C14.4Y1.8B6 s'est avéré être effectivement amorphe mais avec une résistance à la corrosion inférieure à celle du substrat, en raison de la présence de défauts.Ti et TiN ont également été revêtus sur les fils AISI 316L en utilisant un prototype de pulvérisation magnétron en mode défilé. Dans cette étude, les modesstatiques et semi-continus ont été utilisés. Globalement, la résistance à la corrosion des revêtements étaient plus faibles que celle du substrat, ce surtout avec l'augmentation de l'épaisseur du revêtement. La présence d'hétérogénéités de revêtement a permis l'interaction substrat-électrolyte, diminuant la résistance à la corrosion la corrosion et entrainant la délamination des revêtements avec le vieillissement. Des dépôts de phosphate de calcium ont été trouvés sur la surface du revêtement après 14 jours d'immersion, ce qui semble indiquer la possibilité de la croissance favorable de la matière osseuse. / AISI 316L stainless steel is commonly used as biomaterial because of its desirable properties such as high corrosion resistance. They have, however, the problem of releasing metal ions upon corrosion that may cause allergies to both humans and animals. In addition, implant failures have been reported due to their limited resistance to localised corrosion. There is thus a need to find ways to improve their corrosion resistance. This thesis aims to evaluate different approaches intending to improve the corrosion resistance of AISI 316L stainless steel for biomedical applications using two strategies: (1) modification of the bulk composition and (2) surface modification.The bulk composition of 316L-type stainless steel was modified by adding nitrogen. Laboratory grades with controlled compositions were tested in chloride conditions at a wide range of pH and in simulated physiological conditions. The combination of Mo and N on the pitting potential was found to be beyond the sum of their individual effects, indicating synergy. The effect, however, was found to be pH-dependent, being largely present in acid to neutral chloride conditions and in physiological solutions, while diminishing in high pH. When tested in physiological conditions, this effect was even more beneficial with ageing. Nitrogen was found to enhance the repassivation of the Mo-containing stainless steel grade, driving the potential for passive film breakdown to higher values.The surface of AISI 316L was coated with Fe-based metallic glasses using laser cladding. The resulting coatings had different results depending on the alloy. The coatings of Fe43.2Co28.8B19.2Si4.8Nb4 and Fe60Cr8Nb8B24 showed a matrix with segregations, particularly of Nb, thereby lowering their corrosion resistance. On the other hand, the Fe48.6Mo13.9Cr15.2C14.4Y1.8B6 coating was found to be amorphous but with lower corrosion resistance than the substrate, due to the presence of defects.Ti and TiN were also coated on AISI 316L wires using a prototype for magnetron sputtering in moving deposition mode. In this study, static and semi-continuous modes of motion were used. Overall, the corrosion resistance of the coatings were lower than the substrate, increasing further with coating thickness. The presence of coating heterogeneity allowed for substrate-electrolyte interaction, driving forward corrosion and delamination with further immersion. Deposits of calcium phosphate were found on the coating surface after 14 days of immersion, indicating the possible favourability of bone material growth.

Les aciers inoxydables super-duplex (SDSS) sont des matériaux d’ingénierie intéressants, du fait de leur structure biphasé qui leur confère généralement une grande résistance à la corrosion combinée à une haute résistance mécanique. Ils sont utilisés dans de nombreux secteurs industriels, tels que l’oil & gas (pipelines et réservoirs de stockage), le dessalement (évaporateurs et pompes), la géothermie, la dépollution (épurateur) et l’industrie des pâtes et papiers (digesteurs et réacteurs de blanchissement).Dans cette thèse, l’influence de l’addition de cuivre et de tungstène dans les SDSS sur la résistance à la corrosion localisée (piqûration) a été évaluée. Les trois nuances étudiées ont été : UR2507, UR2507Cu (1,6 %mass. Cu) et UR2507W (0,6%mass. Cu et 0,6%mass. W).L’épaisseur et la composition chimique des films passifs formés après un état de surface optimisés ont été étudiées par spectrométrie photoélectronique X et par spectrométrie Auger avant et après immersion dans 5 M NaCl 90°C. La résistance à la corrosion par piqûres a ensuite été évaluée dans des milieux NaCl en utilisant la méthode de la détermination de la température critique de piqûration (CPT) combinée à la microcellule électrochimique (capillaire d’un diamètre de 300 microns environ) et la méthode pulsée (PPT). Les analyses locales de CPT ont été utilisées pour comparer les mécanismes d’amorçage des piqûres sur les trois nuances alors que la PPT a permis de comparer la taille des piqûres formées. En complément, les potentiels critiques de piqûration ont été mesurés à une échelle plus globale (5 cm²) dans des solutions de différentes concentrations en NaCl et de différentes températures. Ces conditions sont plus proches des conditions réelles d’utilisation des SDSS. Il a été montré que l’effet du cuivre et du tungstène sur la résistance à la corrosion localisée dans les SDSS dépend du milieu d’utilisation (T,[Cl-]) et que les phases d’amorçage et de début de propagation peuvent aussi être influencés par des paramètres non liés à la composition tel que le pH local et l’état de surface (écrouissage). / Super duplex stainless steels (SDSS) are interesting engineering materials, due to their generally high corrosion resistance combined with high strength. They are widely used in various industrial sectors, such as oil & gas (pipelines and storage tanks), desalination (evaporators and pumps), geothermal, pollution control (scrubber) and pulp and paper (digester and bleaching reactors) industries.In this PhD thesis, the influence of the addition of copper and tungsten in SDSS on their localised corrosion resistance (pitting) was investigated. Three alloys studied were: UR2507, UR2507Cu (1.6 %wt. Cu) and UR2507W (0.6%wt. Cu and 0.6%wt. W).The thickness and chemical composition of the passive film formed on the three alloys after optimised surface preparation was first investigated by means of X ray photoelectron spectroscopy and Auger electron spectroscopy before and after immersion in highly concentrated NaCl solutions. Pitting corrosion resistance was then investigated in NaCl-based media using the critical pitting temperature testing method combined with the electrochemical microcell technique (capillary diameter of about 300 microns) and potentiostatic pulse technique (PPT). Local CPT measurements were used to compare the resistance of the three different alloys to pitting while PPT enables to compare the size of the pits formed. In addition, pitting potentials were measured in samples with 5 cm² area in solutions of different NaCl concentrations and temperatures. These measurements are closer to the real using conditions of the alloys.It was showed that copper and tungsten effects on localised corrosion resistance in SDSS depend on the using media (T, [Cl-]) and the initiation and start of the propagation phases can also be influenced by parameters not linked to composition such as local pH and surface conditions (cold-work layer).

La Direction des Applications Militaires du Commissariat à l’Énergie Atomique ayant choisi l’APX4 pour la fabrication d’un sous-ensemble à haute résistance mécanique, cette thèse se développe suivant trois grands axes. Premièrement, elle synthétise les connaissances antérieures concernant cet acier ainsi que des nuances voisines. Par ailleurs, elle établit une caractérisation précise de la matière effectivement utilisée pour la fabrication industrielle. Enfin, ce travail à forte connotation expérimentale s’attache à observer et interpréter les conséquences microstructurales et mécaniques de cycles thermiques appliqués à l’APX4. Les traitements thermiques étudiés sont l’austénitisation, la trempe, le chauffage interrompu à température variable (sans maintien avant refroidissement) et le revenu de durée et température variables. Grâce à des techniques d’analyse in situ (dilatométrie, calorimétrie, diffraction de rayons X...), on a pu enregistrer un certain nombre de signaux révélateurs des phénomènes se produisant pendant les phases de chauffage et de refroidissement des cycles thermiques. D’autre part, après refroidissement, d’autres moyens nous ont permis de caractériser à température ambiante les échantillons traités (essais mécaniques, observations microscopiques, DRX, pouvoir thermoélectrique...). L’interprétation des évolutions complexes de l’APX4 au cours des cycles thermiques s’appuie sur le croisement multi-technique et multi-échelle des informations acquises expérimentalement et tirées de l’analyse bibliographique. Ce mémoire constitue pour le CEA DAM une base de travail solide et étendue, qui servira de point d’ancrage à des études futures, plus ciblées sur des problématiques de fabrication, de fonctionnement et de vieillissement. Bénéficiant d’un large panel de techniques expérimentales, la thèse a été rendue possible par une collaboration entre les centres CEA de Valduc et de Saclay ainsi que l’Université de Bourgogne. Elle a été préparée au Laboratoire Expertise et Caractérisation Métallurgiques du Service Études de Métallurgie Physique, au Département Recherche sur les Matériaux Nucléaires, du centre CEA de Valduc, avec le concours du Service Recherche en Métallurgie Appliquée de la Direction de l’Énergie Nucléaire au CEA de Saclay et du Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne de l’Université de Bourgogne à Dijon. / The Direction des Applications Militaires at the Commissariat à l’Énergie Atomique, a French government-funded technological research organisation, selected a low carbon chromium rich martensitic stainless steel (APX4) to manufacture components with high yield strength and ultimate tensile strength. As such, this thesis is developed around three main axes. Firstly, the thesis summarizes the existing bibliography on this steel as well as its neighboring nuances. Secondly, it engages in a precise characterization of the material that is currently used for industrial manufacturing. Finally, this highly experimental work undertakes to observe and interpret the micro-structural and mechanical consequences of thermal cycles applied to APX4. The following thermal treatments are examined: normalization, quenching, interrupted heating at variable temperatures and tempering at variable temperatures and for variable durations. Thanks to in situ analysis techniques (including dilatometry, calorimetry, X ray diffraction), we were able to record a certain number of indicators of the phenomena that occur in the heating and cooling phases of the thermal cycles. Furthermore, after cooling, other means enabled us to characterize the mechanical tests at room temperature (mechanical tests, microscopic observations, XRD, thermo-electrical power). The complex evolutions in the APX4 are interpreted through the thermal cycles via multi-technical and multi-scale crossing of the information acquired experimentally and drawn from the bibliographical analysis. This thesis constitutes a wide, solid basis of work for the CEA, which will serve as the reference point for future studies that will focus more specifically on manufacturing, operational and ageing issues. The thesis has benefited from a wide range of experimental techniques and has been made possible by a collaboration between the CEA centres in Valduc and Saclay and the Université de Bourgogne. It was prepared in the Laboratoire Expertise et Caractérisation Métallurgiques Laboratory of the Service Études de Métallurgie Physique, in the Département Recherche sur les Matériaux Nucléaires at the CEA centre in Valduc, with the aid of the Service Recherche en Métallurgie Appliquée of the Direction de l’Énergie Nucléaire in the CEA Saclay centre and the Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne and the Université de Bourgogne in Dijon.

Les travaux effectués dans cette thèse portent sur l'étude du comportement des éléments en béton armé avec de l'acier inoxydable. Le comportement d'une barre d'acier seule n'est pas le même que celui d'une barre enrobée de béton. L'adhérence permet au béton situé entre les fissures de résister à des efforts de traction, réduisant ainsi le niveau moyen d'effort dans l'acier. La considération de cet effet a nécessité la mise en place d'une méthodologie expérimentale et numérique afin de déterminer les paramètres de transfert d'une partie des efforts de traction de l'acier vers le béton. Une nouvelle loi de comportement spécifique pour les barres en acier inoxydable a été développée. Cette loi est intégrée dans une approche de modélisation non linéaire du comportement d'éléments en béton armé selon une discrétisation par couches horizontales pour l'analyse en section et une discrétisation verticale pour l'analyse globale. Cette approche permet de déterminer les paramètres du modèle de raidissement en traction du béton. Ces paramètres sont identifiés grâce à la méthode inverse par comparaison entre les résultats expérimentaux et ceux issus du calcul numérique. La comparaison entre les résultats expérimentaux et la prédiction du modèle implémenté dans Abaqus démontre une très bonne concordance. Enfin, l'effet de l'acier inox sur les réponses structurales sous actions sismiques est présenté. Trois modèles sont conçus et analysés vis-à-vis de la capacité sismique en tenant compte de la ductilité structurale apportée par les armatures inox / This thesis focus on studying the behavior of composite concrete reinforced with inoxydable steel. The behavior of a bare steel bar is not the same as that of a bar embedded in concrete. The grip allows the concrete between cracks to resist tensile forces, thereby reducing the average level of stress in the reinforcement steel bars. The consideration of this effect required an experimental and numerical methodology to determine the parameters that describe the transfer of part of the tensile stress in steel bars to concrete. A new constitutive law has been specifically developed for the inoxydable steel bars. This law is integrated into a nonlinear modeling approach of reinforced concrete elements based on discretization in horizontal layers for the analysis section and a vertical discretization for the overall analysis. This approach is able to determine the tension stiffening parameters of the concrete. These parameters are identified using an inverse method by comparing experimental results and those from the numerical calculation. The comparison between experimental results and the prediction of the model implemented in Abaqus shows a very good correlation. Finally, the effect of inoxydable steel on structural responses under seismic actions is presented. Three models are designed and analyzed based on the seismic capacity taking into account the structural ductility of the inoxydable steel

L'objectif de cette thèse est de caractériser le comportement en oxydation de l'acier inoxydable austénitique 304L dans des conditions représentatives du fonctionnement de l'usine de traitement-recyclage du combustible nucléaire usé, c'est-à-dire en milieu acide nitrique concentré. Dans ces conditions, le potentiel électrochimique de l'acier est dans le domaine passif, où sa corrosion est faible. Ce matériau trouve les limites à son utilisation lorsque les conditions deviennent plus oxydantes (concentration et température élevées par exemple). Le potentiel peut alors être porté dans le domaine transpassif. La caractérisation de la passivité et de la rupture de passivité dans le domaine transpassif est donc un enjeu industriel majeur.Ce travail est réalisé dans des conditions représentatives des conditions industrielles. L'acier étudié est un acier austénitique inoxydable 304L issu d'une coulée industrielle. Le milieu d'étude est l'acide nitrique concentré et chaud. Des durées de corrosion relativement longues sont choisies.Pour commencer, la chimie et la morphologie de la surface de l'acier est caractérisée, après une longue durée d'immersion, par des techniques d'analyse complémentaires. Puis, l'oxydation de l'acier est étudiée à un potentiel du domaine passif et à un potentiel du domaine transpassif. En particulier, l'oxydation est caractérisée en fonction du temps par la perte de masse et les propriétés de la surface. Enfin, l'oxydation est décrite à différents potentiels couvrant le domaine passif et le début du domaine transpassif. Ceci permet notamment de quantifier la courbe anodique et de définir les limites d'utilisation de l'acier dans ces conditions. / The objective of this study is to characterize the oxidation behavior of 304L stainless steel (SS) in representative conditions of spent nuclear fuel reprocessing, i.e. in hot and concentrated nitric acid. In these conditions the SS electrochemical potential is in the passive domain and its corrosion rate is low. However when the media becomes more aggressive, the potential may be shifted towards the transpassive domain characterized with a high corrosion rate. Passivity and passivity breakdown in the transpassive domain are of a major interest for the industry. So as to characterize these phenomenons, this work was undertaken with the following representative conditions: a 304L SS from an industrial sheet was studied, the media was hot and concentrated HNO3, long term tests were performed. First, the surface of an immerged 304L SS was characterized with several complementary techniques from the micro to the nanometer scale. Then oxidation kinetics was studied in the passive and in the transpassive domain. The oxidation behavior was studied thanks to weight loss determination and surface analysis. Finally, oxidation evolution as a function of the potential was studied from the passive to the transpassive domain. In particular, this allowed us to obtain the anodic curve of 304L SS in hot and concentrated and to define precisely the 304L SS limits of in such conditions.

La composition chimique du film d'oxyde natif formé à l'air ambiant et du film passif formé en milieu acide (0,05 M H2SO4) à 500 mV/ESH sur une surface d'alliage monocristallin Fe-17Cr-14,5Ni-2,3Mo orientée (100) a été étudiée par Spectrométrie de masse d'ions secondaires à temps de vol (ToF-SIMS) et Spectroscopie de photoélectrons induits par rayons X (XPS). Ces films peuvent être considérés comme ayant une structure duplex avec une couche externe enrichie en Fe et une couche interne enrichie en Cr. La passivation provoque un net enrichissement en Mo concentré dans la couche externe des films passifs. Le vieillissement à l'état passif promeut l'enrichissement en molybdène et sa localisation vers l'extrême surface du film passif. Les propriétés électroniques de ces films ont été étudiées par Spectroscopie à effet tunnel (STS). La comparaison des valeurs de Eg mesurées par STS montre que la largeur de la bande interdite devient beaucoup plus élevée après passivation et vieillissement à l'état passif de la surface, en accord avec l'enrichissement en Cr3+, démontré par nos mesures ToF-SIMS et XPS. Les modifications nanostructurales induites par passivation en milieu acide de la surface Fe-17Cr-14,5Ni-2,3Mo(100) couverte par un film d'oxyde natif ont été étudiées par Microscopie à effet tunnel (STM) ex situ et in situ, et par Microscopie à force atomique (AFM). Un effet observé du Mo est de promouvoir l'homogénéité nanostructurale de la surface passivée. Un autre effet du Mo serait de former une couche externe amorphe. / The chemical composition of the air-formed native oxide film and the passive film formed in acidic medium (0.05 M H2SO4) at 500 mV/SHE on the (100)-oriented Fe-17Cr-14.5Ni-2.3Mo single crystal stainless steel surface was studied by Time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). These films can be considered as having a duplex structure with an outer layer enriched in Fe and an inner layer enriched in Cr. The passivation causes a net enrichment of Mo concentrated in the outer layer of the passive films. Aging in the passive state promotes the enrichment of molybdenum and its localization to the outermost surface of the passive film. The electronic properties of these films were studied by Scanning tunneling spectroscopy (STS). The comparison of the Eg values measured by STS shows that the width of the band gap becomes much higher after passivation and aging in the passive state of the surface, in agreement with the enrichment of Cr3+, demonstrated by our ToF-SIMS and XPS measurements. The nanostructural modifications induced by passivation in acidic medium of the Fe-17Cr-14.5Ni-2.3Mo(100) surface covered by a native oxide film were studied by Scanning tunneling microscopy (STM) ex situ and in situ, and Atomic force microscopy (AFM). An observed effect of Mo is to promote the nanostructural homogeneity of the passivated surface. Another effect of Mo could be to form an amorphous outer layer.

Les aciers martensitique inoxydables à durcissement structural sont un des matériaux constitutifs des mats réacteurs d'avion. Cette pièce est soumise aussi bien à des contraintes mécaniques qu'à des contraintes thermiques. Cette dernière engendre le vieillissement de ces aciers, du fait de la présence d'une lacune de miscibilité dans le diagramme Fe-Cr. Deux mécanismes sont possibles dans cette lacune de miscibilité, la précipitation d'une phase riche en chrome α' ou une démixtion suivant un mécanisme de décomposition spinodale. Cette thématique est l'objet du projet PREVISIA financé par l'ANR, dont cette thèse fait partie. Des vieillissements ont été effectués sur l'acier 15 5 PH jusqu'à 15 000 h afin d'étudier la cinétique de vieillissement par décomposition spinodale et son effet sur les propriétés mécaniques de l'alliage en traction, résilience et ténacité. Le vieillissement de l'acier engendre ainsi un durcissement et une fragilisation de l'alliage. De plus, des analyses microstructurales ont permis de mettre en lumière les différents stades de vieillissement, qui correspondent aussi bien à la décomposition spinodale qu'à un complément de phase durcissante. La dureté permet aussi bien de suivre le niveau de vieillissement de l'acier que de déterminer les différentes phases de durcissement. L'effet d'une contrainte appliquée tout au long du vieillissement sur la cinétique de vieillissement a été étudié. Une contrainte de type traction semble ainsi augmenter pour des contraintes élevées le durcissement induit par le complément de précipitation de la phase durcissante, mais aussi accélérer le vieillissement sur les temps de vieillissement plus longs. Une analyse multi échelle est ainsi proposée afin d'expliquer ces différents résultats. / Precipitation hardened martensitic stainless steels are constitutive of aircraft pylons. During there lifetime , these parts are subjected to mechanical loading and work in temperature. This last induces embrittlement of the steels, because of the miscibility gap in the Fe-Cr phase diagram. Two mechanisms are possible to lead to the demixing of the matrix, either precipitation of α', a chromium rich phase, or spinodal decomposition mechanism. This phenomena is the topic of the project PREVISIA, funded by the ANR, this work is part of. Long term agings have been performed on 15 5 PH stainless steel up to 15 000 hours in order to study the aging kinetic and its effect on the mechanical properties in tensile, resilience and toughness. An embrittlement of the alloy is observed. Furthermore, microstructural analyses have been conducted and lead to the definition of different stages of long term aging corresponding to spinodal decomposition and complementary precipitation of hardening phase. Hardness tests is a usefull tool in order to follow the aging and to detect the different stages of aging. The effect of a stress applied during the long term aging has been studied. A tensile stress seems to have an influence on the complementary precipitation of the hardening phase and to increase the rate of hardening. A multi-scale analysise is proposed in order to explain all these results.