Effet de l’implantation d’ions sur l’oxydation de l’alliage Ni-32Cr-10Fe : mise en évidence du rôle des défauts de surface sur les mécanismes de corrosion en milieu primaire

Effect of ions implantation on the oxidation of Ni-32Cr-10Fe Alloy in PWR primary media: role of surface defects on the corrosion mechanisms

CEA, DEN, DPC, SCCME, Laboratoire d’Étude de la Corrosion Aqueuse, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France
e-mail : helene.lefaix@cea.fr; loic.marchetti@cea.fr; steph.perrin@cea.fr

Reçu : 23 Novembre 2010
Accepté : 22 Février 2011

Résumé

Les alliages base nickel sont les principaux matériaux constitutifs des tubes de générateurs de vapeur des réacteurs à eau pressurisée (REP). Leur état de surface, en termes notamment de défauts métallurgiques, est un paramètre clé pour l’oxydation car il influence aussi bien la structure du film d’oxyde formé que sa cinétique de croissance. Dans ce contexte, l’implantation d’ions est une technique adaptée pour préparer des surfaces modèles, dont l’état plus ou moins défectueux (densités de lacunes et dislocations maîtrisées) est parfaitement caractérisé. Les premiers résultats concernant l’implantation de Xe⁺ ont mis en évidence le double effet du taux de défauts en sub-surface : il influence à la fois la densité de courts-circuits de diffusion au sein de l’oxyde mais également la vitesse de formation des nodules de chromine à l’interface entre l’alliage et la chromite mixte de nickel et de fer. Le travail actuellement en cours sur l’implantation d’ions Ni^x+ a pour objectif d’intégrer le paramètre densité de défauts de surface dans une approche de modélisation mécanistique du processus de corrosion.

Abstract

Ni-based alloys constitute the main components for steam generator tubes in pressurized water reactors (PWR). Their surface state, and more particularly the presence of structural defects, for instance due to work-hardening, is a key parameter for the oxidation process since superficial damages influence the morphology of the so-formed oxide scale as well as its growth kinetics. In order to simulate different defective sub-surface states, ions implantation experiments, well-known to provoke controlled structural damages in materials, have been set up on alloy 690 samples. The first results, dealing with Xe implantation, highlight the twofold effect of superficial defects on oxidation. On the one hand, they change the crystallinity of the continuous spinel oxide layer, increasing the density of short circuits. On the other hand, they promote the nucleation frequency of chromia nodules at the oxide/alloy interface. The ongoing work based on Ni^x+ implantation in Alloy 690 aim to give more insights on oxidation mechanism in the case of damaged surface enabling thereafter the modelling of corrosion process.