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J. Chim. Phys.
Volume 93, 1996
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Page(s) | 1509 - 1524 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/jcp/1996931509 | |
Published online | 29 May 2017 |
Effects of carbon and manganese impurities on cerium incorporation in iron oxides scales
Laboratoire de recherches sur la réactivité des solides, faculté des sciences Mirande, UMR 56-13 CNRS, BP 138, 21004 Dijon cedex, France.
Comparison of oxidation results (T=700°C - pO2=0.04 Pa) obtained on ceria- coated Fe-Μn, Fe-C and Fe-Mn-C steels, shows that it is the Mn-C combination which hinders the cerium incorporation in iron oxide scales. Carbon and manganese alone have no detrimental effect on the cerium incorporation into an iron oxide scale as a CeFeO3 compound. The CeFeO3 formation is attributed to an oxidation-reduction process between the CeO2 coating and the FeO nuclei at the beginning of the oxidation test. On ceria-coated Fe-Mn-C steel, carbon and manganese impurities, together, have a strong influence on the oxidation rate and on the rare-earth element location. After the coated steel oxidation, cerium is located at the scale-gas interface as a CeO2 phase. Cerium is not incorporated inside the iron oxide scale. This is due to the iron-manganese carbides presence inside the steel grain boundaries. The carbide oxidation prevents the formation of CeFeO3 due to the manganese and carbon oxide evaporation at the beginning of the reaction. After the coating spallation, no contact between the reducing FeO nuclei and the oxidant CeO2 phase is then permitted any more to produce the CeFeO3 phase.
Résumé
La comparaison entre les résultats de l'étude de l'oxydation (T=700°C - pO2=0,04 Pa), d'aciers Fe-Μn, Fe-C et Fe-Mn-C revêtus d'oxyde de cérium, montre que c'est la présence simultanée du carbone et du manganese qui empêche l'incorporation du cérium dans les couches d'oxyde de fer. Le manganèse et le carbone, présents séparéments, n'ont pas d'effet néfaste sur l’introduction du cérium dans l'oxyde de fer sous forme d'oxyde CeFeO3. Sa formation est attribuée à un processus d'oxydo-réduction entre le dépôt de CeO2 et les premiers germes de FeO. C'est la dissolution de l'oxyde CeFeCO3 isotype de la wustite qui assure ensuite une répartition homogène du cérium à l'interieur de la couche de FeO.
Dans le cas des échantillons d'acier Fe-Mn-C revêtus de cerium, les impuretés carbone et manganèse influent sur la vitesse d’oxydation et sur la localisation de la terre-rare. Après oxydation, le cérium n'est pas incorporé à la couche d'oxyde de fer de façon homogène mais se trouve sous la forme de CeO2 à l'interface oxyde- gaz. Ce phénomène est attribué à la présence, des carbures alliés au manganèse localisés aux joints de grains de l'acier. Ces carbures empêchent la formation de CeFeO3 à cause de leur oxydation puis de l’évaporation des oxydes de manganèse et de carbone dès le début de la réaction. Le dépôt se trouve alors décollé et le contact entre la phase oxydante (CeO2) et la phase réductrice (FeO), nécessaire à la formation de CeFeO3, n’est alors plus établi.
Key words: oxidation / ceria coating / Fe-Mn-C alloys / Mn-C interactions
Mots clés : oxydation / dépôts de CeO2 / alliages Fe-Mn-C / interactions Mn-C
© Elsevier, Paris, 1996