Comment expliquer la corrosion de l’acier inoxydable imprimé en 3D dans un milieu maritime ?

Pourquoi l’acier inoxydable 316L imprimé en 3D est-il victime de corrosion par piqûres dans l’eau de mer ? C’est ce qu’une équipe de chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory ont essayé de comprendre. Ils ont procédé à une étude méticuleuse de ce métal imprimé en 3D utilisé dans des applications navales afin de comprendre ce qui causait leur dégradation. Il s’agirait de scories qui, lors de la fusion laser, restent à la surface de la pièce et entraînent la formation de cavités ou piqûres.  

Utilisés dans de nombreuses applications industrielles, les métaux sont souvent sujets au phénomène de corrosion c’est-à-dire à une dégradation par réaction chimique à cause de l’environnement. Elle peut être contrôlée, encore faut-il savoir par quoi elle est causée. En effet, il existe plusieurs formes de corrosion, dont celle par “piqûres”. Concrètement, le métal subit une dégradation de sa couche protectrice d’oxyde et perd alors des électrons. Lorsqu’il est présent en milieu aquatique, une réaction électrochimique se produit alors ce qui va entraîner la création de petits trous, d’où le nom “corrosion par piqûre”. En fonction de la profondeur de ces cavités, les conséquences pour la pièce en question seront plus ou moins graves. Il se trouve que la corrosion par piqûre dans l’eau de mer est difficile à contrôler. C’est pourquoi les applications navales choisissent l’acier inoxydable 316L réputé pour ses propriétés mécaniques et sa résistance à cette forme de corrosion. 

La corrosion est une dégradation du métal

Mais l’acier inoxydable 316L imprimé en 3D est-il également capable de minimiser la corrosion par piqûres ? Alors que l’industrie maritime se penche de plus en plus sérieusement sur la fabrication additive, polymère et métallique, cette question devient importante, qui plus est en ce qui concerne la certification du métal. C’est pourquoi les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory ont mené cette étude. Shohini Sen-Britain, auteur principal, explique : “La corrosion par piqûres est extrêmement difficile à comprendre en raison de sa nature stochastique, mais nous avons déterminé les caractéristiques des matériaux qui causent ou déclenchent ce type de corrosion. Bien que nos scories soient différentes de celles observées dans les matériaux fabriqués de manière conventionnelle, nous avons émis l’hypothèse qu’elles pourraient être à l’origine de la corrosion par piqûres dans le 316L.” 

L’équipe a donc découvert lors de son étude que le métal imprimé en 3D était aussi sujet à ce phénomène de corrosion par piqûres et qu’elle était causée par des scories créées par des désoxydants comme le silicium et le manganèse. Or, quand on utilise des procédés de fabrication plus traditionnels, ces scories peuvent être supprimées via des outils types meuleuses. Seulement en fabrication additive, le recours à ce type de post-traitement n’a plus de sens.  

En s’appuyant sur des techniques comme la microscopie électronique à transmission ou encore le broyage par faisceau ionique, les chercheurs ont pu zoomer sur ces scories présentes dans le métal imprimé en 3D et en tirer des conclusions. Ils se sont en effet rendu compte qu’elles créaient des discontinuités dans l’acier, permettant à l’eau de mer de pénétrer dans la pièce et donc de la dégrader. Grâce à cette conclusion, il serait alors possible de modifier les propriétés mécaniques du matériau et sa résistance à la corrosion afin d’étendre le champ des possibles. En maîtrisant les mécanismes à l’origine des scories, on pourrait concevoir des composants plus résistants à l’eau, durables et solides.  

La fusion laser sur lit de poudre pourrait permettre de mieux comprendre la corrosion par piqûres

Les chercheurs ajoutent : “Lorsque nous imprimons le matériau en 3D, les propriétés mécaniques sont meilleures et, d’après nos recherches, nous comprenons également qu’elles sont meilleures pour la corrosion. L’oxyde de surface qui se forme au cours du processus se développe à des températures élevées, ce qui lui confère également de nombreuses propriétés différentes. Ce qui est passionnant, c’est de comprendre pourquoi le matériau se corrode, pourquoi il est meilleur que les autres techniques, et la science qui le sous-tend. Cela confirme, encore et encore, que nous pouvons utiliser la fusion laser sur lit de poudre pour améliorer les propriétés de nos matériaux, bien au-delà de ce que nous pouvons faire avec d’autres techniques.” 

Il faudrait donc modifier la formulation de la poudre métallique dès le départ, en prenant soin de supprimer le silicium et manganèse, à l’origine des scories et donc de la corrosion. Une prochaine étape qui s’annonce pleine de promesses, que ce soit pour le secteur maritime mais aussi pour d’autres industries exigeantes ! Cliquez ICI pour accéder à toute l’étude.

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*Crédits photo de couverture : Thomas Voisin/LLNL