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J. Chim. Phys.
Volume 92, 1995
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Page(s) | 1257 - 1271 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/jcp/1995921257 | |
Published online | 29 May 2017 |
The influence of ceria coatings on the manganese sulfide texture
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Laboratoire de recherches sur la réactivité des solides, faculté des sciences Mirande, BP 138, 21004 Dijon Cedex, France.
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LMPC, ISGMP, Ile du Saulcy, 57045 Metz Cedex 1, France.
Ceria coatings applied by a sol-gel method, strongly modify the microstructure and texture of α-MnS scales grown on pure manganese in H2S/H2 environments at 700 °C. Under the imposed sulfidizing conditions, the manganese sulfide scale always exhibit the (111)-texture when blank specimens were sulfidized, whereas, a (110)-texture was observed for coated specimens. The (110) crystallographic orientation corresponds to a fine grained sulfide scale, while, the (111) orientation is associated with large grains expanding in the direction parallel to the interfaces ("lateral growth") . A small grain size is maintaining an important grain boundary network in the scale. Kinetic results show that the scale growth mechanism, controlled by the bulk diffusion in the sulfide scale for blank specimens, becomes limited by the external interfacial reaction for coated specimens. The benefic effect of ceria coatings on adherence, is attributed :
- - 1)
to the posibility of cerium introduction into the manganese sulfide scale as the cerium sulfide compound β-Ce2S3 ;
- - 2)
to the smaller sulfide grain size inducing better mechanical properties;
- - 3)
to the vacancies coalescence in the cerium sulfide rich area (which acts as vacancy sinks) instead of the vacancy coalescence at the metal-scale interface.
Résumé
Les dépôts de cérine effectués par une méthode de type sol-gel, modifient fortement la microstructure et la texture des couches de sulfure de manganèse formées sur le manganèse pur dans un milieu contenant un mélange H2S/H2 à 700 °C. Sous les conditions sulfurantes que nous avons imposées, la texture (111) est toujours observée lorsque la couche de sulfure se forme sur un échantillon exempt de tout dépôt alors que les échantillons recouverts d'un dépôt de cérine, CeC>2, se voient recouverts d'une couche de sulfure de manganèse ayant une texture (110). Les couches ayant une texture (110) sont formées de grains très petits alors dans que les couches présentant une texture (111) les grains de sulfure composant la couche compacte sont beaucoup plus gros à cause de leur extension dans le plan parallèle à l'interface réactionnelle ("croissance latérale"). Un important réseau de joints de grains est maintenu dans les couches à petits grains, (texture (110)) et ceci a une influence sur le régime cinétique de la sulfuration. Les résultats montrent que le mécanisme de croissance de la couche est contrôlé par la diffusion cationique volumique dans les couches formées sur les échantillons non recouverts alors que la vitesse de sulfuration est limitée par la réaction interfaciale externe sur les échantillons de manganèse recouverts initialement par la cérine. L'effet bénéfique de la cérine sur l'adhérence des couches de sulfure de manganèse est attribué à:
- 1-
la possibilité offerte au cérium d'une introduction homogène à l'intérieur de la couche de sulfure de manganèse sous la forme de β-Ce2S3;
- 2-
à la taille plus faible des grains constituant la couche, lui donnant ainsi de meilleures propriétés mécaniques ;
- 3-
à la coalescerrce des lacunes cationiques dans la région riche en sulfures de cérium, (qui agissent en tant que puits de lacunes), au lieu d'une accumulation des lacunes à l'interface métal-couche.
Key words: Manganese Sulfide / Texture / Crystallographic-Orientation / Ceria-Coating
© Elsevier, Paris, 1995