Ces travaux de thèse ont été dirigés par Marie-Laurence Giorgi. La soutance a lieu mercredi 17 juin à 14h à CentraleSupélec, 8-10 rue Joliot-Curie, 91190 Gif-sur-Yvette en Amphi I, Bâtiment Eiffel et par vidéo conférence.

Composition du jury proposé :

• Marie-Laurence Giorgi - CentraleSupélec - Directrice de thèse
• Mehdi Ayouz - CentraleSupélec - Co-directeur de thèse
• Michael Auinger - University of Warwick - Rapporteur
• Jérôme Favergeon - Université de Technologie de Compiègne - Rapporteur
• François Puel - CentraleSupélec - Examinateur
• Brahim Dkhil - CentraleSupélec - Examinateur
• Dominique Chatain - CNRS, Université d'Aix-Marseille - Examinatrice
• Dominique Mangelinck - CNRS, Université d'Aix-Marseille - Examinateur
• Jean-Michel Mataigne - ArcelorMittal - Invité
• Florence Bertrand - ArcelorMittal - Invitée

Mots-clés : Oxydation sélective externe, Germination et croissance, Modélisation cinétique, Orientation du grain de ferrite, Diffusion, Forme d'équilibre du cristal

Résumés :

Ce travail est axé sur le comportement de l'oxydation sélective d'un alliage binaire Fe-Mn (1% en poids) lors d'un recuit continu dans les conditions de galvanisation industrielle, pour comprendre la diffusion du manganèse et de l'oxygène et le mécanisme de formation d'oxyde à la surface. Un modèle analytique a d'abord été développé pour décrire les réactions de surface et la thermodynamique impliquant la vapeur d'eau et la diffusion de O et Mn dans l'alliage, ainsi que la germination et la croissance hétérogènes des oxydes de MnO à la surface. Des équations théoriques ont été établies et analysées pour calculer le rayon critique et le taux de germination des embryons de MnO ainsi que la taille et les taux de couverture de surface des oxydes de MnO en fonction du recuit. Des expériences de recuit ont ensuite été menées et les surfaces recuites ont été analysées par: des cartographies EBSD pour déterminer l'orientation du grain de ferrite; Analyse EDS pour déterminer la nature chimique; SEM et AFM pour étudier les caractéristiques géométriques des oxydes; TEM/STEM sur des lames extraites des échantillons massifs pour observer la forme latérale des oxydes; XPS pour étudier la nature des oxydes et les profils de concentration de Mn en fonction de la profondeur et des modèles de diffraction pour déterminer la relation d'orientation du MnO et du substrat de ferrite. Le logiciel Wulffmaker a été utilisé pour simuler le cristal d'équilibre de MnO. Les observations par SEM, AFM et TEM/STEM permettent de réaliser les facettes composant les cristaux de MnO.

English version

Title: Selective external oxidation of Fe-Mn (1 wt.%) binary alloy during continuous annealing

Keywords: Selective external oxidation, Nucleation and growth, Kinetic modelling, Ferrite grain orientation, Diffusion, Equilibrium crystal shape

Abstract:

This work is focused on the selective oxidation behavior of Fe-Mn (1 wt.%) binary alloy during continuous annealing under the industrial galvanizing conditions, to understand the diffusion of manganese and oxygen and the mechanism oxide formation on the surface. An analytical model was first developed to describe the surface reactions and thermodynamics involving water vapor and diffusion of O and Mn in the alloy, and the heterogeneous nucleation and growth of MnO oxides on the surface. Theoretical equations were established and sovled to calculate the critical radius and nucleation rate of MnO embryos and the size and surface coverage fractions of MnO oxides as a function of annealing. Annealing experiments were then conducted and the annealed surfaces were analyzed by: EBSD maps to determine the ferrite grain orientation; EDS analysis to determine the chemical nature; SEM and AFM to study the geometrical characteristics of oxides; TEM/STEM on the crosee-sections to observe the lateral shape of oxides; XPS to study the oxide nature and Mn concentration profiles as a function of depth and diffraction patterns to determine the orientation relationship of MnO and ferrite substrate. Wulffmaker software was used to simulate the equilibrium crystal of MnO. Observations by SEM, AFM and TEM/STEM make it possible to realize the facets composing MnO crystals.