Microsc. Microanal. Microstruct. 5, 301-311 (1994)
DOI: 10.1051/mmm:0199400504-6030100

Scanning tunneling microscopic study of passive film formed on austenitic stainless steels in ambient air and in chloride media

Jean Marc Olive et Vincent Vignal

Laboratoire de Mécanique-Physique CNRS URA No 867, Equipe Mécanique-Corrosion, Université Bordeaux I, 351 cours de la Libération 33405 Talence Cedex, France

Abstract
Passive films spontaneously formed on stainless steels surfaces play an essential role in Stress Corrosion Cracking and Fatigue Corrosion. Initiation of localized corrosion and propagation of cracks are linked to the rupture of these films. This rupture results on mechanical and electrochemical effects of the plastic strain of the substrate. To predict the damage of passive films, it is necessary to know their rheology. Passive films are made of a mixing up of oxides and hydroxides and their thickness doesn't exceed 10 nm. Their mechanical features cannot be determined by classical metrology. A better knowledge of atomic structure and more particularly of the crystalline or amorphous character permits to give information on the mechanical response of these passive films to external stress.

Résumé
Les films passifs qui se forment spontanément sur la surface des aciers inoxydables (Fe-Cr-Ni) jouent un rôle primordial dans le phénomène d'endommagement par Corrosion Sous Contrainte et Fatigue Corrosion. L'apparition de la corrosion localisée et la propagation des fissures est étroitement liée à leur rupture. Cette rupture résulte des effets mécaniques et électrochimique liés à la déformation plastique du substrat par modification morphologique de l'interface film-métal. Il est donc nécessaire de connaître la rhéologie de ces films pour en prévoir la rupture. Les films passifs sont constitués d'un mélange d'oxydes et d'hydroxydes et leur épaisseur ne dépasse pas 10 nanomètres. Leurs caractéristiques mécaniques ne peuvent donc pas être atteintes par la métrologie classique. Une meilleur connaissance de la structure à l'échelle atomique et notamment du caractère cristallin ou amorphe devrait permettre de mieux appréhender la réponse de ces films à des sollicitations extérieures.

PACS
6837E - Scanning tunneling microscopy (including chemistry induced with STM).
8165K - Corrosion protection.
6855J - Structure and morphology; thickness; crystalline orientation and texture.

Key words
Stress corrosion -- Corrosion fatigue -- Passivity breakdown -- Surface layer -- Oxide layer -- Scanning tunneling microscopy -- Air -- Chlorides -- Crack propagation -- Stainless steel-304L -- Stainless steel-316L -- Atomic structure -- Mechanical properties -- Austenitic stainless steel -- Corrosion -- Metals -- Metallurgy -- Materials science -- Applied sciences


© EDP Sciences 1994