Effet de l’application d’un champ électrique sur la cinetique de croissance de couches d’oxyde controlée par diffusion.

La cinetique d’oxydation de metaux controlee par la diffusion d’especes chargees (ions, lacunes, ...) a ete traitee theoriquement depuis les annees trente. Certains auteurs, comme Hauffe et Wagner, proposent que l’interface gaz-oxyde est electriquement negative par rapport a l’interface metal-oxyde et que cette difference de potentiel entre les deux interfaces est l'une des forces motrices de l'oxydation [1], [2]. Dans cette optique, l’application d’un champ electrique externe, qui augmente ou diminue cette difference de potentiel, doit jouer le role d’accelerateur ou de retardateur sur la reactivite du systeme. Neanmoins, dans la litterature les resultats sur l’effet d’un champ electrique sont tres divers et il n’y a pas un accord sur sa dependance suivant la nature du materiau, la temperature et l’atmosphere oxydante. Les travaux presentes ici portent sur l’etude du comportement physico-chimique d’un alliage de zirconium (Zicaloy-4) pendant son exposition a haute temperature sous oxygene et sous l’influence d’une tension electrique externe. A cet egard, des experiences de thermogravimetrie a 850°C avec l’application in situ d’un champ electrique associees a la caracterisation des solides oxydes ont ete realisees. L’objectif general est de modeliser la diffusion d’especes chargees dans le processus d’oxydation sous l’influence d’un champ electrique, en prenant en consideration le potentiel chimique et le potentiel electrique comme forces motrices. Les resultats montrent que l’application d’une tension electrique constante egale a 10 volts provoque une augmentation du 20% de la prise de masse de l’echantillon pretraite a haute temperature sous helium. La cinetique d’oxydation sans tension presente un regime parabolique jusqu’a 4 heures en palier isotherme. En revanche, l’oxydation avec la tension electrique montre un comportement mixte. Les photos en microscopie optique revelent que l’epaisseur de la couche de ZrO2 est globalement plus importante sur les deux faces de l’echantillon oxyde sous champ. De plus, la face polarisee negativement est plus oxydee conformement a la theorie.