Expose Meb Edx 1o2529

Master systèmes de protection des métaux: conception et environnement

LES TECHNIQUES DE CARACTERISATION DE SURFACE EMPLOYEES DANS LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE Présenté par : Mohamed KHAICHI Zakariae EL KOTI

Demendé par: Mr. CHELLOULI

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Plan de travail Introduction

Microscopie électronique à balayage Spectroscopie de photon X dispersive en énergie

Application

Conclusion 2

Introduction La corrosion est un marché représentant plusieurs milliards de dollars qui touche beaucoup d’industries, notamment celles dans lesquelles ils utilisent des matériels dans des environnements soumis à de très grandes contraintes. Les industries recouvrent l’automobile, l’aérospatiale, les appareils biomédicaux, les peintures et les revêtements et les semiconducteurs. De manière classique, on se sert des outils de caractérisation des matériaux et d’analyse des surfaces pour identifier des produits corrodés pour cela on utilise des Techniques de caractérisation de surface comme Microscopie électronique à balayage (MEB ) et Spectroscopie aux rayons X à dispersion d’énergie (EDX).

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Le MEB est un outil utilisé par les chercheurs pour affiner les matériaux qui seront ensuite observés à la sonde atomique.

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La microscopie électronique à balayage Principe Le principe du microscope électronique à balayage est de faire correspondre le déplacement d’un faisceau d’électrons focalisé sur un échantillon de façon synchrone avec le déplacement d’un faisceau d’électrons sur un écran cathodique. Lorsque le faisceau d’électrons d’énergie E0 pénètre dans un échantillon solide, il subit un certain nombre d’interactions, élastiques et inélastiques Parmi la vaste gamme de signaux, on peut distinguer:  Electrons secondaires  Electron5 rétrodiffuse  Emission d'un photon X

La microscopie électronique à balayage Electron secondaire: Un électron primaire du faisceau incident entre en collision avec l'électrons échantillon. Quand il interagit avec les électrons d'un atome, il ressort avec perte d'énergie. Un électron secondaire est émis, l'atome est ionise. C'est le processus d'interaction ou diffusion inélastique. L'électron primaire peut aussi subir une interaction inélastique avec un électron libre entre deux plans atomiques d'un matériau cristallin analyse . La détection de ces électrons fournit une information sur la topographie de l’échantillon sur une profondeur de 10 nm. L’analyse de ces électrons permet d’obtenir une image caractéristique de la surface. Ces électrons représentent un bon outil pour l'observation des contours, de la morphologie de l’échantillon.

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La microscopie électronique à balayage Electron rétrodiffuse Un électron primaire du faisceau incident entre en collision avec l'échantillon. Il ressort sans perte d'énergie, en gardant son énergie cinétique et sa quantité de mouvement. Il n'a pas échange d'énergie avec les atomes de l'échantillon. Il a subi une interaction coulombienne avec les atomes "diffuseurs". C'est le processus d'interaction ou diffusion élastique. L'électron incident est rétrodiffuse élastiquement. Les centres diffuseurs qui induisent dans leur environnement un champ électrique très intense peuvent faire subir a l'électron un changement de direction allant jusqu'a 180°, Plus le numéro atomique de l'atome est élevé, plus le signal est intense et plus la zone de l'image est claire. C'est le contraste de phase. L'image obtenue est donc fonction de la composition chimique de l‘échantillon.

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La microscopie électronique à balayage Emission d'un photon X Un électron primaire du faisceau incident entre en collision avec l'échantillon. Un électron d'une couche interne est éjecte. Il est remplace par un électron d'une couche supérieure. Un photon d'énergie égale a la différence entre les deux niveaux d'énergie électronique est émis. Le vide de la couche supérieure est comble par un autre électron d'une couche encore supérieure avec émission d'un photon. Une cascade est ainsi créée. L'étude des photons X permet une analyse quantitative de la composition chimique de l'échantillon .

Fig. Emission d'un8 photon X

La microscopie électronique à balayage

Modes d’imagerie Ce détecteur est entoure, pour sa partie récoltante, d'une cage électrique attirant les électrons considères , on collecte les électrons secondaires et rétrodiffuses. La détection des électrons secondaires est image en ≪ relief ≫ avec un MEB. Ce détecteur est toujours utilise aujourd'hui dans les MEB modernes.

Mode électrons secondaires

Mode électrons rétrodiffusés

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Spectroscopie de photon X dispersive en énergie définition La microanalyse EDX est une technique de caractérisation chimique de la matière basée sur les interactions rayonnement-matiere. elle permet de :  Détermine la composition chimique d'un échantillon  Analyses ponctuelle avec une résolution spatiale de l’ordre de 1 um Elle est:

qualitative et quantitative de façon rapide et non destructive. 10

Spectroscopie de photon X dispersive en énergie Principe

Lors d’une analyse par EDX, l’échantillon est irradié par des rayons X. Le faisceau incident éjecte un électron interne de l’atome qui est remplacé par un électron de la couche supérieure. Cette transition émet un photon dont l’énergie correspond exactement à l’écart entre les deux niveaux électroniques. Grâce à la mesure de l’énergie de ce photon, on identifie l’atome émetteur. Les niveaux d’énergie mis en jeu lors de ce phénomène correspondent aux courtes longueurs d’onde des rayons X et sont indépendant des liaisons chimiques. 11

1 -corrosion de fer dans un milieu corrosif (eau simulant a des pluies acide)

2- corrosion de bronze b66

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Application Problématiques

1 -corrosion de fer dans un milieu corrosif (eau simulant a des pluies acide) Le milieu pluies acide riche en Na2SO4 NaHCO3 H2SO4 constitue un milieu corrosif donc pour retarder la vitesse de corrosion on utilise l’OTH comme inhibiteur de corrosion .

Mais comment peut savoir leur efficacité inhibitrice 13

MEB

Surfaces de l'électrode avant l 'immersion

Surfaces de l'électrode après 24h d'immersion

Interprétation : En absence d'OTH, l'attaque de l'électrode est bien visible. Les produits de corrosion qu'en résultent ont la forme de boules de coton typiques de la morphologie de l'hydroxyde de structure p-FeOOH caractéristique des produits de corrosion formés dans une atmosphère marine, c'est-à-dire en présence principalement des ions chlorure. 14

Surfaces de l'électrode après 24h d'immersion dans EPA avec 0,2 % d'OTH

L observation , montre une surface bien protégée sans produits de corrosion. Le film formé par l'inhibiteur est épais et compact pour protéger la surface contre les ions agressifs présents dans la solution

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EDX

L'analyse EDX réalisée sur ces surfaces en présence et en absence d'inhibiteur

En absence d'OTH, cette analyse révèle la présence d'oxygène et de fer, ceci doit correspondre vraisemblablement à la structure des produits de corrosion correspondants aux composés oxydes/ hydroxydes de fer. En présence d'OTH, l'analyse révèle la présence de carbone, de fer, et une réduction remarquable d'oxygène. Le signal important du carbone correspond très certainement aux chaînes carbonées d'OTH 16

L'analyse de surface a été réalisée par le MEB couplé à l'EDX sur des coupons de bronze B66, immergés dans NaCl 3 % en présence et en absence d’OTH.

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MEB / EDX

absence d’OTH

En absence de l'inhibiteur, il y a développement de plusieurs sites de corrosion sous forme de « piqures », ceci a bien été confirmé par l'analyse EDX au niveau d'une piqure noté « X » où un taux élevé du chlore a été enregistré. 18

en présence (b) d’OTH En présence d'OTH, le pic du carbone apparaît, en relation avec la composition d'OTH. Par contre le pic de l'oxygène diminue remarquablement, indiquant l'adsorption de l'inhibiteur sur la surface métallique conduisant á la formation d'un film, ce qui limite la formation des oxydes. 19

Conclusion

En règle générale ,les technique utilisées pour un problèmes donné sont choisies en fonction des information qu’on a besoin, mais généralement une seule méthode n’est pas suffisante c’est pour cela on a couplé deux méthode dans ce travaille pour faire une caractérisation de surface sans et avec inhibiteur .

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