CHAPITRE PREMIER
ÉTUDE DÉTAILLÉE D’UNE PELLICULE D’OXYDATION OBTENUE A LA TEMPÉRATURE DE 850°
La pellicule correspondant à la température de 850° adhère fortement au métal après refroidissement, si bien que l’on est obligé de polir et d'examiner l’ensemble métal-oxyde. Au microscope, le métal se présente avant l'attaque comme une surface blanche et brillante, tandis que la pellicule apparaît comme une bande grise et mate. On distingue dans celle-ci de longues fissures transversales, parallèles dans leur direction générale à la surface de contact métal-oxyde.
L'attaque micrographique à laquelle on procède ensuite fait apparaître la structure de la pellicule.
mme O0 mn FEU
+ Fe; 0, précipité
Fig. 2. — Pellicule oxydée 5 h. à 850°
Re
De la face externe à la face interne, on distingue successivement :
19 Une couche de Fe,0, compacte, assez mince, d'épaisseur remarquablement constante — environ 154 — formée de cristaux s'étendant d’une face à l’autre et offrant l'aspect d’un pavage. Les lignes de contact Fe,304 — air et FeO—Fe,0, sont rectilignes.
20 Une couche mixte, dont le fond est entièrement constitué de cristaux volumineux de FeO, allongés suivant une direction perpendiculaire à la surface libre de la pellicule; sur ce fond, apparaît un semis de petits cristaux de Fe;0; dont les dimensions diminuent quand on s’éloigne de la surface libre de Ja pellicule. Ces petits cristaux ont tendance à former des alignements, en particulier le long des joints des cristaux de FeO; cependant, on rencontre parfois de ces alignements à l’intérieur des cristaux de FeO.
La ligne de contact entre cette couche et la couche de Fe,0, est régulière et sensiblement rectiligne. Au voisinage de cette ligne, on distingue nettement sur la micrographie une zone étroite exempte de toute précipitation de Fe,0;
(liseré) (fig. 2).
L'épaisseur de cette couche mixte est d’environ 60 , celle de la zone exempte de précipité d'environ 5 w.
30 Une couche de FeO, identique à la précédente, mais exempte de toute précipitation de Fe,0,. Il n’y a d’ailleurs pas de solution de continuité entre cette couche et la précédente, les cristaux de Fe,;0, devenant de plus en plus fins jusqu’à disparition complète. Les cristaux de FeO se prolongent d’une couche à l’autre, et certains d’entre eux s'étendent depuis la surface de contact métalpellicule jusqu’à la surface de contact couche mixte — Fe,0,. L’épaisseur de la couche de FeO est d’environ 340u, sensiblement six fois celle de la couche précipitée.
C’est à l’intérieur de cette couche de FeO que sont situées les grandes fissures transversales observées précédemment.
On ne peut déceler, sur la micrographie, la présence de la couche de Fe,0; dont l’épaisseur est trop faible pour être visible au microscope avec les grossissements utilisés.
Le caractère remarquable de cette pellicule est la prédominance très nette de l’oxyde FeO qui, à lui seul, constitue plus de 80 % de la pellicule. Ce fait qui avait été signalé par BÉNARD (27) est dû, non pas tant à la difficulté qu’éprouverait l'oxygène à se frayer un chemin vers l’intérieur de la pellicule qu’à la diffusion très facile du fer vers l'extérieur. La vitesse de diffusion du fer est telle qu’on arrive à trouver une très forte proportion des oxydes inférieurs bien que la surface externe de la pellicule soit soumise de la part de l'atmosphère à une action oxydante énergique et continue. Pour préciser, on remarquera que les épaisseurs relatives des couches des différents oxydes varient approximativement en raison inverse de leur distance à la surface libre de la pellicule.
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I reste à déterminer la nature du précipité de Fe,0, qui apparaît dans ja couche 2. Ce précipité est dû à la saturation de la partie correspondante de la couche de FeO par l'oxygène qui diffuse à l’intérieur de la pellicule vers le métal, saturation qui disparaît lorsqu'on s’éloigne de la surface libre de la pellicule. La diminution des dimensions des petits cristaux de Fe,0, quand on s'approche du métal est en bon accord avec cette hypothèse.
Il ne semble pas que cette précipitation puisse être attribuée, comme l’ont fait certains auteurs, à la décomposition du protoxyde au-dessous de 5700 suivant la réaction :
4 FeO -— Fe,0, + Fe lors du refroidissement de l'échantillon.
En effet, si la précipitation provenait d’une décomposition au cours du refroidissement, elle devrait s’accentuer dans la partie interne de la couche de FeO la plus proche du métal, région qui se refroidit plus lentement lors du refroidissement de la pellicule. Or il n’en est rien. D’autre part, nous verrons plus loin que la précipitation peut devenir plus importante pour des températures voisines bien que la durée de refroidissement soit sensiblement la même, par suite de la variation d’autres facteurs tels que la solubilité du fer dans FeO, ou la vitesse de diffusion du fer à travers la surface de contact pellicule-métal.
Il nous reste à expliquer la présence des fissures longitudinales visibles sur la micrographie étudiée; elle est associée au fait que la pellicule est fortement adhérente au métal, même après refroidissement, et ne peut en être détachée. La différence de contraction entre le métal et les constituants de la pellicule, durant le refroidissement, différence due aux inégalités des coefficients de dilatation des divers corps en présence, crée des tensions qui se traduisent par l’apparition de fissures à l’intérieur de la pellicule, et non pas, comme à d’autres températures par le décollement de la pellicule du métal. Nous donnerons dans un chapitre ultérieur les raisons de ces différences de comportement.
