In situ analysis of the oxide scale formed on yttrium-treated austenitic stainless steels

Analyses in situ de la couche d’oxyde formée sur des aciers inoxydables austénitiques traités par addition d’yttrium

Laboratoire Vellave sur l’Elaboration et l’Etude des Matériaux, Equipe locale Université Blaise Pascal Clermont-Fd, 8 rue J. B. Fabre, B. P. 219, 43006 Le Puy-en-Velay, France

Abstract

The influence of yttrium addition on the oxidation behavior of a 304 stainless steel was studied at 1000°C up to 125 h in air under isothermal conditions. Two modes of introduction of the reactive element were studied, ion implantation and sol-gel coating. The thermo-gravimetric results show in both cases a significant reduction of the scale growth rate. The treated surface and the corrosion products formed were characterized by means of high temperature in-situ XRD. In-situ X-ray diffraction technique reveals that the reduced oxidation rate is owing to the inhibition of the iron-rich oxides growth. Our results show that yttrium induces the intensive formation of a continuous chromia rich layer at the oxide-metal interface which acts as a diffusion barrier for iron.

Résumé

L’influence de l’addition d’yttrium sur le comportement en conditions d’oxydation isotherme à 1000°C sous air d’un acier 304 a été étudié jusqu’à 125 h. Deux modes d’introduction de l’élément réactif ont été utilisés : implantation ionique et dépôt sol-gel. Les résultats thermogravimétriques montrent dans les deux cas une réduction significative de la vitesse de croissance de la couche. La surface traitée ainsi que les produits de corrosion formés ont été caractérisés par diffraction des rayons X in situ à haute température. Cette technique a permis de mettre en évidence l’absence de formation d’oxydes riches en fer au cours de l’oxydation isotherme des aciers traités. La présence d’yttrium s’avère bénéfique en favorisant la formation accélérée d’une couche continue majoritairement constituée de chromine, localisée à l’interface métal-oxyde qui agirait comme barrière de diffusion vis-à-vis du fer.