Diffusion et solubilité de l’hydrogène dans un acier faiblement allié nitruré ioniquement

Hydrogen diffusivity and solubility in a plasma ion nitrided steel

Résumé

La résistance à la fragilisation par l’hydrogène, après nitruration, d’un matériau dépend de l’efficacité de la zone nitrurée à constituer une barrière à l’introduction de l’hydrogène. Pour la nitruration ionique, cette zone se caractérise, suivant les conditions de traitement et la nature du matériau, par la formation d’une couche de combinaison constituée de nitrure y’ (Fe₄N) et/ou de nitrure e (Fe_2.3N) reposant sur une zone de diffusion d’azote. De manière générale, l’accroissement de dureté, observé après nitruration, provient de la précipitation des nitrures par leur dureté intrinsèque, de l'établissement d’un champ de contraintes résiduelles et de la multiplication des dislocations. Pour comprendre le processus d’introduction et de diffusion de l’hydrogène, on étudie au préalable la formation ainsi que les propriétés mécaniques et microstructurales des couches.

A l’aide d’essais de perméation et d’un calcul mathématique des coefficients de diffusion, il est ensuite montré que seule la couche de combinaison est responsable de l’effet de barrière puis il est discuté de l’influence de sa nature et de son épaisseur sur la perméation de l’hydrogène. Dans la zone de diffusion, la présence accrue des dislocations est rendue responsable de l’augmentation de la diffusivité de l’hydrogène par rapport à sa diffusivité dans le métal de base.