Comportement en corrosion chaude et en oxydation cyclique des revêtements composites CoMoCrSi + Cr₃C₂ sur acier MDN 420 obtenus par projection HVOF

Protéger les métaux dans des environnements extrêmes

Les moteurs modernes, les centrales et les chaudières industrielles fonctionnent à des températures si élevées et dans des conditions si corrosives que leurs pièces métalliques peuvent littéralement se détériorer avec le temps. Remplacer ces composants est coûteux et risqué. Cette étude examine un revêtement protecteur particulier, projeté sur un acier résistant courant, conçu pour empêcher ces pièces de rouiller, se fissurer ou s'effriter lorsqu'elles sont exposées à des chaleurs intenses et à des dépôts salins agressifs.

Pourquoi le métal se dégrade à chaud

Dans de nombreuses turbines, chaudières et usines chimiques, les pièces métalliques subissent à la fois des températures élevées et des produits chimiques corrosifs. L'oxygène de l'air forme lentement des couches d'oxyde, tandis que des sels fondus — produits, par exemple, par des impuretés de carburant contenant du sodium et du vanadium — peuvent attaquer ces oxydes et ouvrir des voies rapides pour des dommages supplémentaires. L'acier nu exposé à de telles conditions prend du poids à mesure que des écailles d'oxyde épaisses et friables se développent, puis perd du matériau lorsque ces écailles se détachent. Au fil du temps, ce cycle de croissance et d'écaillage entraîne un amincissement, des fissures et la défaillance des composants critiques.

Une nouvelle carapace résistante pour l'acier

Les chercheurs se sont concentrés sur l'acier MDN 420, un acier inoxydable martensitique utilisé dans des applications exigeantes, et l'ont recouvert d'un revêtement composite composé de cobalt, molybdène, chrome et silicium, renforcé par des particules dures de carbure de chrome. À l'aide d'un pistolet de projection à haute vélocité oxy-combustible (HVOF), ils ont projeté cette poudre à des vitesses supersoniques sur des plaques d'acier, constituant une couche dense d'environ deux dixièmes de millimètre d'épaisseur. Un contrôle soigné du procédé de projection a produit un revêtement à faible porosité et à rugosité de surface adaptée à la résistance à l'usure. L'examen microscopique a montré une structure compacte avec des particules dures bien réparties et seulement de petites fissures et pores, tandis que les essais de dureté ont révélé que la surface revêtue était plus de trois fois plus dure que l'acier sous-jacent.

Comment le revêtement combat la chaleur et le sel

Pour évaluer l'efficacité du revêtement, des échantillons d'acier revêtus et non revêtus ont été chauffés et refroidis de façon répétée à 700 °C, soit en air (pour tester l'oxydation), soit dans un mélange de sulfate de sodium fondu et d'oxyde de vanadium (pour tester la corrosion chaude). En air, le revêtement a favorisé la croissance de couches minces et continues d'oxyde de chrome et de silice à sa surface. Ces couches ont agi comme une peau étanche qui a ralenti la diffusion interne de l'oxygène et comblé les micro-espaces entre les splats de projection. En conséquence, les échantillons revêtus ont pris beaucoup moins de poids que l'acier nu, ce qui signifie beaucoup moins d'accumulation d'oxydes, et leur taux d'oxydation est resté faible et stable sur 50 cycles.

Que se passe-t-il dans un bain de sel

Les essais en sel fondu étaient beaucoup plus agressifs, imitant les conditions dans les chaudières et turbines alimentées par des combustibles où des composés de sodium et de vanadium peuvent fondre et mouiller les surfaces métalliques chaudes. Là encore, le revêtement a surpassé l'acier nu : les gains de masse et les taux de corrosion étaient nettement plus faibles. Cependant, des analyses détaillées ont montré que le sel ne se contentait pas de rester en surface. Il a réagi avec les oxydes de molybdène et de chrome à l'intérieur du revêtement pour former des composés sel‑oxyde complexes. Ces nouvelles phases, telles que le molybdate de sodium et le vanadate de sodium, ont créé des écailles poreuses et facilement fragilisables. Des fissures et des cratères se sont formés lorsque des oxydes de molybdène volatils se sont évaporés et que la peau protectrice s'est localement détachée, exposant du matériau frais à de nouvelles attaques.

Équilibrer résistance et longévité

Globalement, le revêtement a considérablement réduit à la fois les taux d'oxydation et de corrosion chaude par rapport à l'acier MDN 420 non revêtu — ses constantes de vitesse mesurées étaient plusieurs fois plus faibles. La combinaison d'une matrice à base de cobalt robuste, de particules dures de carbure et d'oxydes protecteurs formés in situ permet à l'acier revêtu de résister plus longtemps aux hautes températures et aux sels corrosifs. Néanmoins, l'étude met aussi en évidence les limites de cette protection : lorsque des réactions induites par le sel et des oxydes volatils créent des pores et des écailles faibles, les dommages s'accumulent progressivement. Pour un non-spécialiste, la conclusion est que des revêtements bien conçus peuvent agir comme une armure résistante au feu et aux produits chimiques pour les pièces métalliques chaudes, prolongeant significativement leur durée de fonctionnement avant défaillance — mais que cette armure doit être encore améliorée, par exemple en colmatant les pores ou en ajustant la composition, pour résister aux environnements les plus chargés en sels agressifs.

Citation: S, S., Prasad, C.D., Kumaraswamy, G.N. et al. Hot corrosion and cyclic oxidation behavior of CoMoCrSi + Cr₃C₂ composite coatings on MDN 420 steel by HVOF spray process. Sci Rep 16, 10677 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45658-z

Mots-clés: revêtements à haute température, corrosion chaude, résistance à l'oxydation, projection thermique, protection de l'acier inoxydable