Institut des
NanoSciences de Paris
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Soutenance de thèse de Maya Messaykeh - Vendredi 9 novembre 2018 à 14 h

Maya Messaykeh, doctorante dans l’équipe Oxydes en basses dimensions (OXYDES), soutient sa thèse le vendredi 9 novembre 2018 à 14 h

Sorbonne université - 4 place Jussieu - 75005 Paris - Amphithéâtre Herpin - Bâtiment Esclangon

« Une approche fondamentale du mouillage à l’interface Zn/Al2O3 : l’effet d’une couche de Cr »

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Résumé

La galvanisation à chaud est un processus usuel pour protéger l’acier contre la corrosion. La nécessité de réduire les émissions de gaz par l’industrie automobile a suscité l’utilisation d’aciers dits à haute limite élastique. Cependant, une ségrégation des éléments d’alliage (Al) à la surface, lors du recuit de recristallisation, et la formation d’oxydes (Al2O3) empêchent l’adhésion du revêtement de Zn. Dans ce contexte, cette étude vise à comprendre l’effet d’une couche de Cr sur l’adhésion du Zn, à travers une approche de type science des surfaces utilisant la photoémission X (XPS), la spectroscopie de réflectivité différentielle (SDRS), la diffraction d’électrons lents (LEED) et rapides sous incidence rasante (RHEED), la spectroscopie d’absorption des rayons X (EXAFS), la microscopie à force atomique (AFM), la désorption thermique (TPD), ainsi que des calculs ab initio pour répondre aux questions relatives à la chimie interfaciale, la croissance, le mouillage, la structure et la stabilité thermique du Cr/Al2O3 et Zn/Cr/Al2O3. Sur la première, les résultats XPS suggèrent l’oxydation du Cr au contact de la surface nue d’alumine par une réaction avec des groupes OH- résiduels, confirmée par l’EXAFS et les calculs ab initio. En outre, l’AFM et la SDRS montrent un mode de croissance Volmer-Weber de particules de Cr métalliques à facteur de forme élevé, alors qu’aucune épitaxie n’est vue en RHEED. À l’interface Zn/Cr/Al2O3, le coefficient de collage du Zn est amélioré en fonction de l’épaisseur de Cr. De plus, la SDRS montre une relation étroite entre le mouillage du Cr et du Zn. De fortes liaisons Cr-Zn, avec une possible formation d’alliage, ont été avancées par la TPD.

« A fundamental approach of the wetting at Zn/Al2O3 interface : the effect of a Cr buffer »

Abstract

Hot-dip galvanization is a common process used to protect steel from corrosion. The requirement of reduction of greenhouse gases by car industry led to an interest in the lighter Advanced High Strength Steels. However, their drawback is the segregation of alloying elements (Al) at surface, during the recrystallization annealing, and the formation of oxides (Al2O3) that imped the adhesion of the Zn protective coating. In this context, this study aims at understanding the impact of a Cr buffer on the adhesion of Zn, through a surface science approach using X-ray Photoemission Spectroscopy (XPS), Surface Differential Reflectivity Spectroscopy (SDRS), Low-Energy Electron Diffraction (LEED), Reflection High-Energy Electron Diffraction (RHEED), Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS), Atomic Force Microscopy (AFM), Thermal Programmed Desorption (TPD), in addition to ab initio calculations to tackle questions of interfacial chemistry, growth, wetting, structure, and thermal stability of Cr/Al2O3 and Zn/Cr/Al2O3 systems. At the first interface, XPS results suggested the oxidation of Cr at contact with the bare surface of alumina through a reaction with residual OH- groups, further confirmed by EXAFS supported by ab initio calculations. Furthermore, AFM and SDRS proved a Volmer-Weber growth mode of high aspect ratio metallic Cr particles, while RHEED showed non epitaxial growth. At Zn/Cr/Al2O3 interface, an enhancement of Zn sticking coefficient as a function of Cr thickness was proved. Besides, a close relationship between the wetting of Cr and Zn was pointed out by SDRS and strong Cr-Zn bonds, with a likely alloy formation, were put forward by TPD.

Jury

  • Mme. SOLAL Francine, professeure, IPR-Université Rennes 1 - Rapportrice
  • Mme. GRENET Geneviève, Directrice de Recherche, STMS - INL-Ecole Centrale de Lyon - Rapportrice
  • M. ETCHEBERRY Arnaud, Directeur de Recherche, ILV - Université de Versailles - Examinateur
  • M. HUMBLOT Vincent, Chargé de Recherche, LRS - Sorbonne Université - Examinateur
  • M. KOLTSOV Alexey, Ingénieur, ArcelorMittal-Research - Co-encadrant
  • M. LAZZARI Rémi, Directeur de Recherche, INSP - Sorbonne Université - Directeur de thèse