I. — CHARGEMENT EN HYDROGENE CATHODIQUE

L'hydrogène, par la dimension et la structure de son atome, peut diffuser dans les métaux et dans le fer en particulier. Le système fer-hydrogène a été beaucoup étudié [29] et de nombreuses recherches ont été faites sur l’adsorption et la diffusion de l’hydrogène dans le fer.

Dans une étude récente, Duflot [30] a déterminé quelles étaient les conditions les plus favorables à l’absorption de l’hydrogène cathodique par le fer Armco. Il a montré en particulier l’influence de l’état de surface. Ce sont les éprouvettes polies électrolytiquement qui absorbent le plus d'hydrogène. Ce polissage, en éliminant les imperfections à la surface du métal, empêche la réaction H + H — H, de se produire et permet ainsi à l’hydrogène absorbé à la surface de pénétrer dans le métal sous forme d’atome ou de proton. La structure du fer joue également un rôle important sur l’aptitude au chargement.

Si la solubilité de l'hydrogène dans le fer est bien admise, la forme sous laquelle il est présent dans le métal est encore discutée. L’hydrogène se place-t-il en insertion dans le réseau ou bien est-il adsorbé sur les parois des défauts ?

Nous avons pensé que l'étude du chargement en hydrogène du fer très pur pouvait apporter une contribution intéressante à la solution de ce problème.

Conditions expérimentales.

Les éprouvettes polies électrolytiquement sont placées à la cathode d’une cellule électrolytique, l’anode étant une feuille de plomb (fig. 25). L’éiectrolyte S est une solution d’acide sulfurique 10 N (d — 1,29). La tension est de 110 V et la densité de courant de 10 A/dm?. L'anode est séparée de la cathode par un vase poreux D. Le bac d’électrolyse V en verre Pyrex est placé dans une saumure B de chlorure de calcium à — 12°C. Les arrivées de courant passent à travers une plaque de plexiglas P qui sert de couvercle au bac d’électrolyse et évite les projections de saumure dans l’électrolyte. La durée des chargements est de 8 h, ce qui est très suffisant, la saturation étant atteinte après un chargement de 4 h. Le dégazage se fait dans une éprouvette remplie de mercure et chauffée à 115°C. Par cette méthode, on recueille plus de 80 % des gaz introduits dans le fer.

Le recuit dans l'hydrogène pur et sec diminue l'aptitude au chargement du fer en améliorant la structure cristalline par libération des tensions et en exerçant une action purificatrice par élimination des impuretés métalloïdiques. Après 1 h 30 de recuit à 920°C dans l'hydrogène, le fer Armco absorbe 102 cm?/100 g ; après 12 h, 95 cm°/100 g et après 70 h, 77 cm?/100 g. Les différentes éprouvettes chargées en hydrogène cathodique

présentent alors des soufflures à leur surface et des défauts internes qui peuvent être soit inter, soit intracristallins.

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Fig. 25. — Schéma de la cellule de chargement du fer pur en hydrogène cathodique.

Une éprouvette de fer très pur, recuite 24 h à 920°C et chargée dans les mêmes conditions, ne prend que de 15 à 20 cm*/100 g d'hydrogène. De plus, le nombre des soufflures visibles à la surface est très faible.

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Influence des conditions de préparation et de recuit des éprouvettes.

Il a été possible de diminuer encore la quantité d'hydrogène absorbé par le fer pur en préparant les éprouvettes dans des conditions bien déterminées et en les soumettant à un recuit prolongé suivi d’un refroidissement lent.

On sait que lorsqu'un métal est soumis à un laminage il se crée dans les cristaux des défauts nombreux que les recuits ultérieurs ne peuvent pas toujours éliminer. De plus, le métal présente une texture de recristallisation qui peut infiuencer le comportement des éprouvettes vis-à-vis de certaines propriétés.

Nous avons donc utilisé la méthode suivante pour préparer les éprouvettes : les plaques de fer électrolytique de 1,5 à 3 mm d’épaisseur sont recuites pendant 24 h à 930°C dans l'hydrogène. Elles sont ensuite laminées de 30 à 40 %, puis recuites à nouveau dans l'hydrogène pendant 24 h à 930°C. On procède ensuite à un nouveau laminage de 30 à 40 % et à un recuit, et ainsi de suite jusqu’à ce que l'épaisseur des plaquettes atteigne 20/100 mm. Les éprouvettes sont alors soumises à un recuit de longue durée puis elles sont polies électrolytiquement sur toute leur surface et soumises au chargement en hydrogène cathodique.

Le tableau IV donne les résultats obtenus après différents recuits pour les éprouvettes préparées comme il vient d’être dit et pour des éprouvettes laminées depuis l'épaisseur initiale jusqu’à 0,2 mm sans recuits intermédiaires, et chargées en même temps que les premières.

Les éprouvettes ont une pureté semblable après ces différents recuits, la teneur en carbone est de 0,002 % et celle en oxygène de 0,004 %.

Les quantités d'hydrogène absorbé par le fer sont donc très faibles dès que le recuit dans l'hydrogène a été suffisamment long. Les éprouvettes préparées par laminages et recuits successifs prennent toujours moins de

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gaz que les autres, ce qui montre que la structure des éprouvettes joue un rôle important dans l’absorption de l'hydrogène cathodique. Lorsque la quantité d'hydrogène absorbé est inférieure à 5 cm°/100 g, aucune souffinre n'est visible à la surface du métal. Les conditions de refroidissement ont une très grande influence sur l'aptitude au chargement. Pour arriver à ce que les éprouvettes n’absorbent pratiquement plus d'hydrogène, il faut que le refroidissement soit très lent, afin d'éviter au maximum la formation de tensions comme il s’en produit dans les métaux refroidis brutalement. Nous avons constaté par exemple qu’une éprouvette préparée et recuite dans des conditions telles qu’elle absorberait 2 em*/100 g, puis chauffée à 850°C et trempée à l’eau absorbe alors 6 à 10 cm*/100 g.