L’utilisation des alliages de titane est envisagée dans les circuits primaires des réacteurs nucléaires à eau pressurisée (REP). Ils possèdent en effet une faible activation neutronique, de bonnes propriétés mécaniques et une haute résistance à la corrosion en milieu primaire ^[1,2,3]. La surface de ces matériaux peut être nitrurée pour améliorer leur résistance à l’usure. L’objectif de cette étude est de déterminer l’effet de la nitruration sur la résistance à la corrosion de l’alliage Ti-6Al‑4V en milieu primaire de REP.

Des échantillons nitrurés et des échantillons de référence non nitrurés ont été exposés simultanément en milieu primaire simulé (eau pure avec 0,9 ppm mas. de lithium sous forme de lithine et 2,25 ppm mas. d’hydrogène dissous à 300 °C, 150 bar et à 350 °C, 175 bar) dans des autoclaves et boucles de corrosion en acier inoxydable sur des durées allant jusqu’à 18 semaines. Des échantillons soumis à des contraintes de traction ont également été exposés.

La microstructure au voisinage de la surface a été caractérisée par microscopie électronique (MEB et MET) ainsi que par analyse d’image, EDS, XPS, DRX, et spectroscopie µ‑Raman. Des pesées, essais de dureté et dosages de l’hydrogène ont également été réalisés.

Comme attendu, les échantillons nitrurés possèdent en surface une couche durcissante de nitrures de titane d’environ 2 µm d’épaisseur et une couche de diffusion d’azote.

Après exposition en milieu primaire, l’ensemble des échantillons présentent une couche continue de TiO₂ en surface recouverte de cristallites micrométriques de FeTiO₃ et de cristallites sub-micrométriques de TiO₂. La prise de masse et le taux de recouvrement surfacique par les cristallites de FeTiO₃ sont plus faibles pour les échantillons nitrurés que pour les échantillons de référence, suggérant que la nitruration améliore la résistance à la corrosion.  Les échantillons soumis à de hautes contraintes de traction présentent des fissures dans la couche de nitrures, augmentant la surface exposée au milieu et l’oxydation locale. L’ensemble de ces résultats seront discutés en relation avec ceux de la littérature et des mécanismes d’oxydation seront proposés.

[1] Q. Bignon, F. Martin, Q. Auzoux, F. Miserque, M. Tabarant, L. Latu-Romain, Y. Wouters, Corros. Sci., 2019, 150, 32-41.

[2] S. Selva, Q. Bignon, A. Raynal, F. Martin, Q. Auzoux, G. Renou, M. Tabarant, F. Miserque, L. Latu-Romain, Y. Wouters, Corros. Sci., 2021, 190, 109646.

[3] S. Selva, Q. Bignon, A. Raynal, F. Martin, Q. Auzoux, G. Renou, L. Latu-Romain, Y. Wouters, Corros. Sci., 2022, 201, 110268.