Avec le développement de l'exploration des ressources polaires et de la navigation polaire, une attention particulière a été portée aux matériaux pour l'équipement polaire et aux technologies de protection contre les dommages dans les environnements extrêmes. Pour répondre aux besoins de protection contre la corrosion de l'acier d'ingénierie marine et à l'évaluation des performances de l'acier inoxydable dans des conditions de basse température, la technologie de revêtement au laser a été utilisée pour fabriquer des revêtements en acier inoxydable austénitique 316L et en acier inoxydable duplex 2205 sur la surface de l'acier FH690. Ces revêtements ont été soumis à un test d'exposition d'un an dans l'environnement atmosphérique de la station Zhongshan en Antarctique. Les résultats ont révélé que les revêtements en acier inoxydable réduisaient efficacement la vitesse de corrosion du substrat en acier marin. La microstructure, la microdureté, le comportement tribologique, le comportement de corrosion électrochimique et la stabilité des échantillons dans des conditions polaires à basse température ont été analysés. Les résultats ont indiqué que le revêtement 316L présentait une corrosion par piqûres mineure, tandis que le revêtement 2205 présentait une légère corrosion sélective. Les deux revêtements ont conservé leurs niveaux de microdureté et de résistance à l'usure avant exposition, avec une légère réduction de la résistance à la corrosion. Les revêtements d'acier inoxydable plaqués au laser ont démontré une stabilité de la structure de phase et de la performance dans l'environnement d'exposition atmosphérique de l'Antarctique, offrant une protection efficace au substrat d'acier à basse température. Ces résultats constituent une aide précieuse pour évaluer l'adaptabilité environnementale des matériaux utilisés dans les équipements polaires et pour faire progresser les technologies de revêtement résistant à la corrosion.

Ces dernières années, avec le réchauffement climatique, la raréfaction des ressources et les changements environnementaux, l'exploration des ressources polaires, le développement de la navigation polaire et la sauvegarde des intérêts polaires ont suscité une attention croissante de la part des nations du monde entier. La recherche a établi que la région arctique contient environ 30% de gaz naturel non exploité et 13% de réserves de pétrole non exploitées, tandis que l'Antarctique abrite le plus grand gisement de charbon du monde, situé sous la calotte glaciaire de l'Antarctique de l'Est, avec une réserve estimée à environ 500 milliards de tonnes. Dans les processus d'exploration, de développement et de préservation des régions polaires, la performance opérationnelle des équipements polaires performants tels que les brise-glaces, les plateformes offshore et les stations terrestres est d'une importance cruciale. Cependant, l'environnement polaire est complexe et rude, avec des températures annuelles moyennes d'environ -22,3°C dans l'Arctique et entre -28,9°C et -35°C sur le continent Antarctique. Seuls 1 à 4 mois de l'année connaissent des températures moyennes mensuelles comprises entre 0°C et 10°C, avec des conditions météorologiques extrêmes qui abaissent les températures de service jusqu'à -70°C. Avec les coups de vent secs, les rayons ultraviolets intenses, les cycles de gel-dégel et les tempêtes de neige, les équipements polaires sont soumis à une corrosion prolongée et sévère due à l'exposition à l'atmosphère à basse température. Pour les composants mobiles des brise-glaces, des plates-formes de forage et des systèmes de stockage, il faut également prendre en compte les dommages supplémentaires dus aux contraintes et à l'usure. Par conséquent, l'adaptabilité environnementale des matériaux pour l'équipement polaire est depuis longtemps au centre de recherches universitaires approfondies.

Actuellement, les matériaux métalliques utilisés pour les équipements polaires sont principalement des aciers à basse température, qui sont des aciers à haute performance conçus pour présenter une excellente ténacité et une bonne soudabilité à basse température. Il s'agit généralement d'aciers faiblement alliés à base de ferrite et d'aciers inoxydables austénitiques Fe-Cr-Ni. Les aciers faiblement alliés à basse température sont largement utilisés en raison de leur rentabilité et sont généralement produits à l'aide du processus de contrôle thermomécanique (TMCP), qui améliore la résistance, la ténacité, la soudabilité et réduit la teneur en carbone. Wang Chaoyi et al. ont mené des expériences de soudage à l'arc submergé sur un acier basse température de 54 mm d'épaisseur, de qualité 460 MPa, destiné aux navires polaires et produit par TMCP. Ils ont constaté qu'à une température extrêmement basse de -70°C, les échantillons de la zone affectée thermiquement avec une microstructure bainitique unique présentaient une rupture fragile, tandis que le matériau de base avec une microstructure biphasée ferrite-baïnite présentait une résistance à la rupture plus élevée et une plus grande résistance à la propagation des fissures. Sun Shibin et al. ont étudié le comportement tribologique de plaques d'acier marin TMCP FH36 de différentes épaisseurs à 20°C, -5°C et -20°C. Leurs conclusions ont révélé que la microstructure de surface était principalement constituée de ferrite et de perlite, tandis que la région à mi-épaisseur présentait de la ferrite, de la perlite et de la bainite granulaire. La microstructure influence directement la dureté et la résistance à l'usure, l'usure par abrasion étant le mécanisme dominant, accompagné de l'usure par fatigue et de l'usure par adhérence. À mesure que la température diminue, la dureté de surface localisée augmente, mais le détachement du matériau dû à la friction exacerbe l'usure, ce qui entraîne des traces d'usure plus larges et plus profondes ainsi qu'une augmentation du volume d'usure. Li et al. ont étudié le comportement de corrosion précoce de l'acier basse température EH36 dans un environnement atmosphérique marin polaire simulé, notant que la corrosion restait dans une phase accélérée à basse température, avec une vitesse de 0,47 g-m-²-h-¹. L'acier à basse température FH690 à haute résistance offre d'excellentes propriétés mécaniques à basse température ; cependant, dans les environnements où l'usure et la corrosion sont couplées, les produits de corrosion lâches et poreux ne résistent pas aux forces de cisaillement par frottement, et la corrosion galvanique entre le substrat exposé et les produits d'usure accélère encore la dégradation. La microstructure des aciers faiblement alliés à basse température est susceptible d'être modifiée par la chaleur et les forces mécaniques, ce qui entraîne une instabilité des propriétés mécaniques et d'usure. En outre, l'absence d'éléments de passivation entraîne une corrosion rapide dans les environnements marins de Cl-, ce qui réduit considérablement la durée de vie dans des conditions couplées d'usure et de corrosion.

Les dommages subis par les matériaux, tels que l'usure et la corrosion, commencent généralement à la surface. En utilisant des technologies de revêtement par faisceau à haute énergie pour fabriquer des revêtements de haute performance avec une résistance intégrée à l'usure et à la corrosion à basse température sur la surface de l'acier marine résistant à basse température, il est possible d'améliorer de manière significative les performances de l'équipement technique dans des environnements polaires extrêmes. Les revêtements préparés par rechargement laser sur des substrats en acier marin EH32 ont présenté une dureté et une résistance à l'usure supérieures à celles du substrat après des essais de congélation-corrosion à basse température (-80°C). La sélection de matériaux de revêtement haute performance appropriés est essentielle pour améliorer la durée de vie de l'acier marin. L'acier inoxydable, qui offre une excellente résistance à la corrosion, permet de pallier l'absence d'éléments passivants dans l'acier marin à basse température et, en tant qu'alliage à base de fer, assure une liaison métallurgique solide au cours du processus de revêtement. L'acier inoxydable austénitique ne présente pas de transition ductile-fragile à basse température, ce qui lui confère une ténacité et une résistance à la corrosion exceptionnelles. L'acier inoxydable duplex offre une plus grande solidité et une meilleure résistance à l'usure, la précipitation contrôlée des phases secondaires préservant une bonne ténacité. La variabilité irrégulière des climats polaires complique la simulation des essais de corrosion par exposition atmosphérique, ce qui fait de l'exposition atmosphérique à long terme dans les régions polaires la méthode d'évaluation la plus fiable.

Cette étude porte sur les exigences en matière de matériaux pour les équipements d'ingénierie polaire et sur la nécessité d'une protection contre les dommages dans les environnements extrêmes. La technologie de revêtement au laser a été utilisée pour fabriquer des revêtements en acier inoxydable austénitique 316L et en acier inoxydable duplex 2205 sur la surface de l'acier FH690. Ces revêtements ont ensuite été soumis à des essais d'exposition dans l'environnement atmosphérique de la station Zhongshan en Antarctique. La microdureté, le comportement tribologique, le comportement électrochimique face à la corrosion et la stabilité des échantillons dans des conditions polaires de basse température ont été analysés afin de mieux comprendre l'adaptabilité environnementale et la protection contre la corrosion des matériaux des équipements polaires. L'efficacité protectrice des revêtements 316L et 2205 revêtus au laser sur l'acier FH690 dans l'environnement d'exposition atmosphérique de l'Antarctique a été étudiée.

Préparation expérimentale
1.1 Préparation du revêtement et conditions d'exposition en Antarctique
Le substrat utilisé dans cette expérience était de l'acier FH690 avec des dimensions de 100 mm × 25 mm × 10 mm. La surface a d'abord été polie avec du papier de verre de grain 1500 pour obtenir des rayures uniformes, puis nettoyée aux ultrasons avec de l'éthanol anhydre pour éliminer les impuretés de surface et l'huile, avant d'être séchée en vue d'une utilisation ultérieure. Des poudres d'alliage d'acier inoxydable 316L et 2205, avec des tailles de particules allant de 48 à 74 μm, ont été sélectionnées comme matériaux de revêtement et séchées dans un environnement sous vide à 50°C pendant 24 heures avant le revêtement.

Les poudres d'alliage ont été appliquées uniformément sur la surface du substrat à l'aide de la méthode des poudres prédéfinies, avec une épaisseur de revêtement d'environ 2 mm et une dimension plane de 50 mm × 25 mm. Un laser à semi-conducteur couplé à une fibre (RECI Laser, DAC4000) d'une puissance de sortie maximale de 4 kW a été utilisé pour le revêtement. Les paramètres de revêtement étaient les suivants : puissance du laser de 1,6 kW, diamètre du spot de 2 mm, vitesse de balayage de 800 mm/min, taux de chevauchement de 25% et protection par atmosphère d'argon. Après le placage, les revêtements ont été polis avec du papier de verre de grain 1500 pour correspondre à l'état du substrat, des trous ont été percés à des endroits spécifiques pour l'assemblage des échantillons, et l'état initial des échantillons a été photographié et pesé.

La fixation des échantillons pour l'exposition atmosphérique en Antarctique a suivi la norme GB/T 14165-2008, la surface de l'échantillon étant positionnée à un angle de 45° par rapport au plan horizontal, comme le montre la figure 1. Les échantillons ont été déployés à la station Zhongshan en Antarctique pour une durée d'essai d'un an (décembre 2022 à décembre 2023). Lors de leur récupération, les échantillons ont été photographiés, et ceux qui présentaient des produits de corrosion ont été immergés dans une solution antirouille contenant 100 mL de HCl, 100 mL d'eau désionisée et 0,3 g d'hexaméthylènetétramine pour un nettoyage aux ultrasons. Les échantillons ont ensuite été rincés à l'alcool, séchés, photographiés et pesés. L'usinage par décharge électrique à fil a été utilisé pour transformer les échantillons en plus petits spécimens d'une surface de 10 mm × 10 mm pour les essais ultérieurs.

1.2 Caractérisation des échantillons et tests de performance avant et après l'exposition en Antarctique
La morphologie, la composition et la structure des phases des revêtements avant et après l'exposition à l'atmosphère antarctique ont été caractérisées à l'aide d'un microscope électronique à balayage (MEB, ZEISS Gemini300), d'un spectromètre à dispersion d'énergie des rayons X (EDS, Oxford INCA 80), d'un diffractomètre à rayons X (XRD, Bruker D8 Advance) et d'un microscope confocal à balayage laser (CLSM, Keyence VK-X250).

La microdureté a été mesurée à l'aide d'un testeur de microdureté Vickers (Veiyee QHV-1000SPTA) en 20 points choisis au hasard sur la surface du revêtement, avec une charge appliquée de 200 g et un temps d'arrêt de 15 s. La moyenne des 20 mesures a été considérée comme la dureté superficielle du revêtement. Le comportement tribologique de glissement linéaire à sec des revêtements a été évalué à l'aide d'une machine d'essai de frottement et d'usure multifonctionnelle (Rtec MFT-5000) avec une force normale appliquée de 10 N, une durée d'usure de 1800 s, une distance de va-et-vient de 3 mm et une bille en céramique SiN (6,35 mm de diamètre) comme contre-face. Les traces d'usure ont été analysées à l'aide d'un morphomètre tridimensionnel (Bruker Contour GT-K). Le comportement à la corrosion à 10 ± 0,1°C a été évalué à l'aide d'une station de travail électrochimique (Gamry Reference 3000) dans une solution de NaCl 3,5 pt3T avec un système à trois électrodes : un fil de platine comme contre-électrode, une électrode Ag/AgCl comme électrode de référence et le revêtement comme électrode de travail, encapsulé dans une résine époxy pour exposer une zone de travail de 10 mm × 10 mm. Des tests de potentiel en circuit ouvert (OCP) ont été effectués pendant 1800 s à une fréquence d'échantillonnage de 0,5 s-¹, suivis d'une spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) à l'OCP avec une gamme de fréquences de 100 kHz à 10 mHz. La polarisation potentiodynamique a été réalisée à une vitesse de balayage de 1 mV-s-¹, à partir d'un potentiel initial de -0,3 V par rapport à l'OCP et jusqu'à ce que la densité de courant de polarisation anodique atteigne 1 mA-cm-², ce qui donne la courbe de polarisation de Tafel. Chaque test tribologique et électrochimique a été répété au moins trois fois pour garantir la précision.

2 Résultats et discussion
2.1 Analyse de la morphologie et de la perte de masse
La morphologie microscopique des revêtements après préparation est illustrée à la figure 2. Les deux revêtements ont obtenu une liaison métallurgique satisfaisante avec le substrat, présentant des structures uniformes et denses sans défauts tels que des fissures, des pores, des inclusions ou un manque de fusion à l'interface. L'analyse de la composition des éléments clés des revêtements est présentée dans le tableau 1. Le Cr et le Mo, éléments critiques de résistance à la piqûre dans l'acier inoxydable, forment un film de passivation dense dans les environnements corrosifs, tandis que le Ni est le principal élément stabilisateur de l'austénite. Le rechargement au laser, tout en réalisant une liaison métallurgique entre le revêtement et le substrat, introduit une certaine dilution, les éléments du substrat migrant dans le revêtement, ce qui se traduit par des teneurs en Cr et Ni légèrement inférieures aux compositions nominales des deux aciers inoxydables.

La figure 3 illustre la morphologie macroscopique des deux revêtements en acier inoxydable dans leur état initial, après un an d'exposition à la station Zhongshan en Antarctique, et après élimination de la rouille. À l'état initial, le substrat en acier FH690, le revêtement 316L et le revêtement 2205 présentaient un éclat métallique brillant (figures 3a, 3d) avec d'excellentes caractéristiques de surface. Après un an d'exposition à la station de Zhongshan, les revêtements sont restés bien liés au substrat, sans fissure ni délamination. Le substrat en acier FH690 a subi une corrosion, réagissant avec l'oxygène pour former une couche d'oxyde uniforme et lâche, passant d'un éclat métallique à une teinte brunâtre (figures 3b, 3e). Les principaux produits de corrosion de l'acier FH690 dans un environnement atmosphérique marin sont l'α-FeOOH, le β-FeOOH et le Fe₃O₄. Positionnés à un angle de 45° par rapport au sol, les précipitations et les chutes de neige en Antarctique ont provoqué l'écoulement des produits de corrosion du substrat FH690 sur les revêtements, transformant certaines zones en brun-gris. Après l'élimination de la rouille, les produits de corrosion gris-brun sur les surfaces de revêtement ont disparu, et la morphologie de surface des revêtements 316L et 2205 a montré une déviation minimale par rapport à leur état initial (figures 3c, 3f), indiquant une protection efficace du substrat FH690.

Les caractéristiques microscopiques de l'acier faiblement allié après corrosion dans l'environnement atmosphérique de l'Antarctique ont été rapportées, formant généralement des produits de corrosion en forme de blocs, de lamelles ou de pétales, accompagnés de fissures et de piqûres. La morphologie microscopique des deux revêtements en acier inoxydable après un an d'exposition atmosphérique à la station Zhongshan est illustrée à la figure 4. La surface du revêtement 316L présentait de nombreux trous de piqûre, avec des différences négligeables dans la teneur en éléments métalliques à l'intérieur et à l'extérieur des piqûres, bien que la teneur en oxygène ait été plus élevée sur les parois des piqûres. L'acier inoxydable s'appuie sur des éléments facilement passivants tels que le Cr et le Mo pour former un film d'oxyde dense afin de résister à la corrosion par le Cl- ; une teneur en oxygène plus élevée indique un film de passivation plus dense, les zones à faible teneur en film de passivation étant corrodées de manière préférentielle. La surface du revêtement 2205 présentait des caractéristiques de corrosion sélective, les régions d'austénite (B2) à faible teneur en Cr se corrodant préférentiellement, tandis que les régions de ferrite (B1) à plus forte teneur en Cr présentaient des niveaux d'oxygène plus élevés et une qualité de film de passivation supérieure.

La morphologie confocale laser des deux revêtements en acier inoxydable après 1 an d'exposition atmosphérique à la station Zhongshan en Antarctique est présentée à la figure 5. Le revêtement 316L présentait de nombreux petits sites de corrosion par piqûres, certaines petites piqûres s'agrégeant et coalesçant en piqûres plus grandes, la plus profonde atteignant 12,89 μm. En revanche, le revêtement 2205 ne présentait aucune caractéristique de corrosion par piqûres, subissant principalement une légère corrosion sélective, sa morphologie microscopique reflétant la structure biphasée caractéristique de l'acier inoxydable duplex.

L'analyse de phase des deux revêtements en acier inoxydable dans leur état initial et après un an d'exposition atmosphérique à la station de Zhongshan (figure 6) a révélé que les revêtements en 316L et 2205 ont conservé une structure austénitique monophasée stable et une structure austénitique-ferritique biphasée, respectivement, à la fois avant et après l'exposition. Les surfaces de revêtement n'ont subi qu'une corrosion mineure sans accumulation significative de produits de corrosion. Étant donné que l'épaisseur du film de passivation ne dépasse généralement pas 10 nm, aucun pic de diffraction supplémentaire n'a été détecté. Les revêtements 316L et 2205 plaqués au laser ont démontré une stabilité de phase dans l'environnement d'exposition atmosphérique de l'Antarctique.

D'après les résultats ci-dessus, les produits de corrosion observés sur les échantillons provenaient du substrat, alors que les revêtements eux-mêmes ne présentaient pas de changements significatifs. La méthode de la perte de masse a été employée pour étudier la vitesse de corrosion des échantillons et évaluer l'efficacité protectrice des revêtements en acier inoxydable. Dans les études de corrosion par exposition atmosphérique, la perte de masse et la vitesse de corrosion des matériaux métalliques sont calculées à l'aide des équations suivantes : où ω représente la perte de masse par unité de surface (g/m²), ν représente la vitesse de corrosion (mm/a), m_t est la masse de l'échantillon après dérouillage (g), m_0 est la masse de l'échantillon avant exposition (g), S est la surface de l'échantillon (cm²), ρ est la densité de l'acier faiblement allié (environ 7,86 g/cm³), et t est le temps d'exposition (h).

La perte de masse calculée et la vitesse de corrosion moyenne de l'acier FH690 sous la protection des deux revêtements sont présentées dans la figure 7. Sous le revêtement 316L, la perte de masse de l'acier FH690 était de 12,5 mg-cm-², avec une vitesse de corrosion moyenne de 15,9 μm-a-¹ ; sous le revêtement 2205, la perte de masse était de 12,8 mg-cm-², avec une vitesse de corrosion moyenne de 16,3 μm-a-¹. Les deux revêtements ont présenté une corrosion négligeable dans l'environnement atmosphérique de l'Antarctique, offrant une protection efficace au substrat en acier FH690. Les vitesses de corrosion moyennes sous les deux revêtements étaient presque identiques, toute la perte de masse étant attribuée au substrat exposé. Par rapport à la vitesse de corrosion de l'acier marin 690 MPa non protégé dans l'atmosphère de l'Antarctique (18,7 μm-a-¹), une réduction significative a été obtenue.

2.2 Microdureté
La figure 8 illustre la microdureté moyenne des deux surfaces de revêtement en acier inoxydable. Les valeurs initiales de microdureté des revêtements en 316L et 2205 étaient respectivement de 279,19 HV₀.₂ et 392,77 HV₀.₂. Généralement, la microdureté de la fonte 316L ne dépasse pas 200 HV₀.₂, tandis que celle de la fonte 2205 est d'environ 300 HV₀.₂. La dureté plus élevée des revêtements plaqués au laser peut être attribuée à deux facteurs : premièrement, le refroidissement rapide pendant le plaquage au laser entraîne des structures de grains dendritiques et finement équiaxes, contribuant au renforcement de l'affinement des grains ; deuxièmement, la liaison métallurgique entre le substrat et le revêtement permet aux éléments de l'acier FH690 de se mélanger aux revêtements d'acier inoxydable, ce qui améliore la dureté. Cette hypothèse est confirmée par les résultats EDS (tableau 1), qui indiquent une dilution du fer, réduisant la teneur en autres éléments. Après un an d'exposition atmosphérique à la station de Zhongshan, la microdureté des revêtements est restée pratiquement inchangée, ce qui démontre une excellente adaptabilité à l'environnement.

2.3 Comportement tribologique
La figure 9 présente le comportement tribologique des deux revêtements en acier inoxydable avant et après l'exposition à l'atmosphère de l'Antarctique. Dans des conditions de frottement sec, le coefficient de frottement (COF) s'est stabilisé après environ 300 s, atteignant une valeur stable d'environ 0,7. Après un an d'exposition atmosphérique à la station Zhongshan, le COF du revêtement 316L a légèrement diminué par rapport à son état initial, tandis que celui du revêtement 2205 est resté inchangé. La perte de volume d'usure des deux revêtements est restée constante avant et après l'exposition, le revêtement 2205 présentant un volume d'usure inférieur à celui du revêtement 316L. Les profils de traces d'usure du revêtement 2205 étaient moins profonds que ceux du revêtement 316L, ce qui indique une résistance à l'usure supérieure. Le revêtement 316L présentait des crêtes prononcées sur les bords de la piste d'usure, résultant d'une déformation plastique sous la pression de la bille de glissement. Le taux d'usure (μ) des revêtements a été calculé à l'aide de l'équation d'Archard : où V est la perte de volume d'usure mesurée (mm³), N est la charge normale (N), et d est la distance de glissement totale (m).

Les résultats calculés, présentés à la figure 9d, indiquent que les taux d'usure des revêtements 316L et 2205 étaient respectivement d'environ 8,35 × 10-⁶ mm³-N-¹-m-¹ et 7,85 × 10-⁶ mm³-N-¹-m-¹. Après l'exposition atmosphérique en Antarctique, les taux d'usure des deux revêtements sont restés à leurs niveaux de pré-exposition, démontrant une résistance à l'usure stable.

La figure 10 illustre la morphologie des traces d'usure des deux revêtements en acier inoxydable après 1 an d'exposition à la station de Zhongshan, les résultats du balayage ponctuel EDS étant fournis dans le tableau 2. La largeur de la trace d'usure du revêtement 316L était de 565,72 μm, tandis que celle du revêtement 2205 était de 495,71 μm, ce qui correspond à la plus grande perte de masse observée pour le revêtement 316L. D'un point de vue morphologique, les deux revêtements présentaient des rainures de labourage et des couches de transfert dans les traces d'usure, indiquant l'apparition d'une usure abrasive et adhésive. Le revêtement 316L présentait une plus grande prévalence de couches de transfert, l'usure adhésive étant plus importante, tandis que le revêtement 2205 présentait des rainures de labourage plus prononcées, suggérant que l'usure abrasive était le mécanisme dominant. Les couches de transfert présentaient une teneur en oxygène extrêmement élevée, attribuée à la chaleur de friction pendant l'usure réciproque qui favorise l'oxydation des éléments passivants tels que le Cr et le Mo.

2.4 Comportement de la corrosion électrochimique
La figure 11 montre les courbes de polarisation potentiodynamique des deux revêtements en acier inoxydable, avec les paramètres de corrosion électrochimique énumérés dans le tableau 3. Après 1 an d'exposition atmosphérique à la station de Zhongshan, la courbe de polarisation potentiodynamique du revêtement 316L a montré un changement minimal de tendance, bien que le potentiel de claquage (E_b, initial 536,8 mV, post-exposition 503,7 mV) se soit déplacé légèrement plus tôt, et que la densité de courant passif (i_p) ait doublé. L'intervalle de passivation (ΔE) du revêtement 2205 est resté à environ 1300 mV, mais l'i_p a augmenté de 2,455 μA-cm-² à 4,177 μA-cm-² après l'exposition. Après l'exposition, la résistance à la corrosion des revêtements en 316L et 2205 a diminué à des degrés divers, ce qui a été attribué à des défauts de surface induits par l'atmosphère corrosive de l'Antarctique.

La figure 12 présente les résultats de la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) pour les deux revêtements en acier inoxydable. Après un an d'exposition atmosphérique, les diagrammes de Nyquist (figure 12a) des revêtements 316L et 2205 ont montré des rayons d'arc capacitifs réduits, indiquant une diminution de la résistance au transfert de charge et de la stabilité du film de passivation. Dans les tracés de Bode (Figure 12b), le module d'impédance (|Z|) à 0,1 Hz, qui reflète généralement la résistance à la polarisation du matériau dans la solution, a diminué après l'exposition pour les deux revêtements, ce qui indique une réduction de la résistance à la corrosion. En outre, un angle de phase plus important et une plage plus large dans la région de fréquence moyenne indiquent une plus grande stabilité du film de passivation. Après l'exposition, l'angle de phase à moyenne fréquence du revêtement 316L s'est rétréci et a diminué, tandis que celui du revêtement 2205 a également diminué, reflétant une baisse de la qualité du film de passivation. Étant donné la présence de deux constantes de temps dans le processus de corrosion, un modèle à double couche (encadré dans la figure 12a) a été utilisé pour ajuster les données, comme le montre le tableau 4. L'impédance de la couche externe poreuse (R_p) était significativement plus faible que celle de la couche interne (R_c), ce qui indique que la résistance de réaction de l'électrode des revêtements était principalement régie par l'étape de transfert de charge. Après exposition, le R_c des deux revêtements a diminué. Malgré une légère réduction de la résistance à la corrosion après l'exposition atmosphérique en Antarctique, les revêtements revêtus au laser ont conservé un état de passivation stable et une faible vitesse de corrosion, continuant à protéger efficacement l'acier marin à basse température.

3 Conclusion

Dans cet article, des revêtements d'acier inoxydable austénitique 316L et d'acier inoxydable duplex 2205 ont été préparés sur le substrat d'acier marin à basse température FH690 par la technologie du cladding laser. Les revêtements ont été exposés à l'atmosphère pendant un an à la station Zhongshan en Antarctique. L'effet protecteur, la microstructure, la dureté, le frottement et l'usure, ainsi que le comportement à la corrosion électrochimique des deux revêtements ont été analysés. Les résultats sont les suivants :

(1) De légères piqûres sont apparues à la surface du revêtement 316L, et une légère corrosion sélective s'est produite à la surface du revêtement 2205. Les deux revêtements en acier inoxydable peuvent maintenir une structure de phase stable, ce qui joue un bon rôle de protection sur le substrat en acier FH690 et réduit le taux de corrosion atmosphérique du substrat.

(2) La microdureté des deux revêtements n'a pratiquement pas changé ; le coefficient de frottement est resté stable à environ 0,7, et les taux d'usure des revêtements 316L et 2205 ont été maintenus à environ 8,35 et 7,85×10-6 mm3-N-1-m-1, respectivement ; le revêtement 316L a été principalement soumis à une usure par adhérence, tandis que le revêtement 2205 a été principalement soumis à une usure par abrasion. Les deux revêtements ont pu conserver une résistance mécanique et une résistance à l'usure stables avant et après l'exposition à l'Antarctique.

(3) Une petite quantité de défauts de corrosion a été générée à la surface des deux revêtements, ce qui a entraîné une augmentation de la densité du courant passif, un potentiel de claquage précoce du revêtement 316L et une diminution de l'impédance du film de passivation des deux revêtements, mais ces derniers ont pu conserver un bon effet de passivation et une faible vitesse de corrosion.