Evaluation de la microstructure des couches de borures réalisées sur un acier inoxydable 316L.

Abstract

La boruration est une méthode thermochimique de durcissement de surface qui peut être appliquée à des nombreux matériaux ferreux, non-ferreux et cermet. Le processus implique la diffusion d'atomes de bore dans le réseau du métal de base et la formation des couches de borure en surface. Les couches de borures produites à l’aide de la technique de boruration confèrent aux pièces traitées une dureté élevée, qui se maintient à haute température. La boruration dépend généralement de la nature de source du bore utilisé. Il existe trois grands types de sources qui permettent de fournir l’élément bore à intégrer dans les substrats. Le milieu de boruration peut être solide (poudre ou pâte), liquide (avec ou sans électrolyse) ou gazeux. Selon le diagramme d’équilibre de Fer-Bore la dispersion du bore dans le réseau cristallin de fer conduit à la formation de deux types de borure de fer (FeB et Fe2B). La possibilité de formation des couches de Fe2B et/ou de FeB dépend de l’activité et du contenu chimique de bore. L’épaisseur et la qualité de la couche borurée dépend de la composition chimique du milieu en contact avec la surface, de la température et de la durée de traitement. Dans ce travail la boruration a été effectuée sur un acier inoxydable 316L en but d'étudier la cinétique de croissance des couches borurées, en se basant sur la technique de gain de masse qui nous a permet de calculer l'épaisseur de la couche Fe2B afin d'estimer la valeur d'énergie d'activation, et le coefficient de diffusion. La caractérisation de la microstructure des couches borurées a été faite à l'aide d'un microscope optique, et un microscope électronique à balayage. La diffraction des rayons X a été utilisée pour identifier les différentes phases en surface Les résultats obtenus dans ce travail nous permettent d'avancer les conclusions suivantes:  À l’interface couche borurée/substrat, la morphologie de la couche borurée obtenue est compacte et légèrement aplatie par rapport aux borures formés à la surface des aciers au carbone. Cette forme est due aux éléments d'addition notamment le chrome qui ralenti la diffusion de bore et cela peut expliquer la valeur minime de l'épaisseur de la couche borurée par rapport aux valeurs obtenues dans les aciers au carbone.  La couche obtenue est monophasée (Fe2B) pour les températures 800°,850°, et 900, et biphasée (Fe2B, FeB) pour les températures et la durée de maintien plus élevées  La phase FeB a été difficilement détectée par le microscope optique et électronique à cause de problème de l'écaillage ; mais la diffraction des rayons X nous a confirmée la présence de cette phase.  L'écaillage peut être expliqué par la propagation des fissures formées à l'interface FeB/Fe2B causée par la contrainte de tension induite par la formation de la phase FeB, en plus la différence de la dilatation linéique des borures notamment Ni2B et Ni3B.  La cinétique de croissance de la couche Fe2B suit une loi parabolique.  L’énergie d’activation du bore et le coefficient de diffusion estimée sont respectivement Q = 213.752 kJ mol-1 ; D0 = 3.207×10-2 m 2 /s  La valeur de l'énergie d'activation estimée est proche aux valeurs obtenues par d'autre chercheur.