High temperature cyclic oxidation of chromium: effect of the specimen size

Oxydation cyclique du chrome à hautes températures : effet de la dimension des échantillons

¹ LVEEM (Laboratoire Vellave sur l’Elaboration et l’Etude des Matériaux), IUT-Chimie, 8, rue Jean-Baptiste Fabre, BP 219, 43006 Le Puy-en-Velay cedex, France E-mail : buscail@iut.u-clermont1.fr
² IHCP, JRC Ispra, 21020 Ispra (VA), Italy

Abstract

This work presents the results of cyclic oxidation tests in laboratory air on chromium specimens showing two dimensions 10 × 10 × 2 mm or 20 × 20 × 2 mm. The maximum temperatures used were 800, 900, and 1000 °C. Small and large specimens were polished on silicon carbide paper with a final 600 roughness. 2000 hours cyclic oxidation experiments were performed by applying cycles of 1 hour at the maximum temperature followed by 12 minutes at room temperature after a quick cooling. Thin layer activation (TLA) of chromium specimens was also used to register the material loss during cyclic oxidation.

During cyclic oxidation experiments it appears that the specimen size does not change the kinetic results or scale morphology at 800 and 900 °C. However, at 1000°C, the dimensions of the specimens have to be taken into account. On small specimens a higher ratio of curved surfaces induced a higher mass loss, indicating that the edges increase the susceptibility to cracking and spallation of parts of the oxide scale.

Résumé

Cet article expose les résultats de l’oxydation cyclique d’échantillons de chrome possédant deux dimensions différentes 10 × 10 × 2 mm ou 20 × 20 × 2 mm. Les températures maximales imposées lors du cycle thermique ont été de 800, 900 et 1000°C. Les petits et les grands échantillons ont été polis sur papier SiC jusqu’au grade 600. Des tests d’oxydation cycliques d’une durée totale de 2000 heures à haute température ont été imposés de telle façon qu’un cycle soit constitué de 1 heure à haute température suivi de 12 minutes à température ambiante. La technique d’activation nucléaire de la surface du chrome (TLA) a été utilisée pour quantifier les pertes de masse lors du cycle thermique.

A 800 et 900 °C, il apparaît que l’effet des cycles thermiques n’est pas différent sur le plan cinétique et morphologique quelle que soit la taille de l’échantillon. Par contre, à 1000 °C, ce facteur doit être pris en compte. A cette température les échantillons de petite dimension présentent une perte de masse par unité de surface plus importante. Ceci indique que la couche d’oxyde formée à proximité des arêtes est susceptible de se décoller plus facilement que sur les surfaces planes.