Sur la force d’adhésion entre un oxyde et un substrat métallique : conséquences dans le déroulement de l’oxydation

¹ Université Libre de Bruxelles, Service de Chimie-Physique et Université Paris VII, Laboratoire de Physico-Chimie de l’Atmosphère, France ;
² Université d’Aix-Marseille III, Laboratoire de Thermodynamique, France ;
³ Université de Bourgogne, Laboratoire de Recherches sur la Réactivité des Solides, BP 138, 21004 Dijon Cedex, France.

Résumé

Le travail porte d’une manière générale sur les morphologies observées lors de l’oxydation des métaux IV et VA et permet de comparer les résultats obtenus pour Ti, Nb, et Zr. Une analyse est développée dans le cas particulier du zirconium à partir des résultats cinétiques (ex : break-away) et morphologiques (effets de bords et ruptures aux arêtes) obtenus lors de l’oxydation de plaques de zirconium de dimensions finies. Ces ruptures et décollements de la couche d’oxyde aux arêtes sont analysées en généralisant la théorie d’Obreimov-Landau à partir des concepts d’adhésion et d’énergie de surface de solides. Elle permet de comparer l’énergie élastique accumulée dans l’oxyde au travail d’arrachement de la couche d’oxyde de son substrat métallique.

Abstract

The first part of this paper is a general overview of the morphologies observed during the oxidation of metals from IV and VA groups of the periodic table and a morphological comparison is given for Ti, Nb and Zr. In particular an analysis of the kinetical (i.e., break-away) and morphological results obtained after the oxidation of Zr samples of finite dimensions is given. In the second part the scaling mechanism of the oxide layer is studied generalizing the Obreimov-Landau is approach, based on the concepts of adherence and surface energy. The methods used allows to compare the energy accumulated in the oxide and the striping work necessary to separate the oxide layer from its metallic substrate.