REVETEMENTS METALLIQUES

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1 REVETEMENTS METALLIQUES

2 PROJECTION THERMIQUE

3 PROJECTION THERMIQUE La métallisation ou projection thermique est un procédé où des métaux ou alliages sont fondus et rapidement projetés sur une surface préparée, créant un revêtement lamellé ou en couche.

4 DIFFERENTS PROCEDES Projection à la flamme Projection à l arc Dépôts plasma

5 METALLISATION A LA FLAMME Le métal sous forme de fil passe à travers une buse où un mélange de gaz en combustion le fait fondre, puis est projeté sur la surface à traiter par l air comprimé arrivant au niveau de la buse

6 Principe de la projection à la flamme Rendement: < 8 kg/h Vitesse: < 180 m/s Air comprimé Flamme Mélange gaz/oxygène (propane ou acétylène) Fil Température: 1900 à 3100 C

7 METALLISATION A L ARC Deux fils de métal chargés électriquement sont fondus par un arc électrique puis projetés sur la surface à traiter par l air comprimé arrivant au niveau de la buse

8 Principe de la projection à l arc d. d. p : 20 à 40 V Rendement : < 17 kg/h Vitesse : < 150 m/s Fils air > Température : 4000 C Arc : 100 à 500 A

9 TYPES DE REVETEMENT Revêtements anodiques : zinc, aluminium et leurs alliages Revêtements cathodiques : nickel, cobalt, molybdène, oxydes, carbures,

10 PREPARATION DE SURFACE Propreté maximale : Sa 3 Rugosité maximale : Grit grossier

11 PEINTURE + METALLISATION Revêtement métallique + Peinture = Système Duplex. La durée de vie du système complet est considérablement augmentée.

12 METALLISATION Al - Zn

13 METALLISATION Al-Zn Image X : Al Image X : O Image MEB - BSE Image X : Zn

14 Dépôt plasma CW / Co sur acier Dépôt CW / Co Substrat 30NCD16 + cadmiage + finition chromique + peinture époxy 1500 H de Brouillard Salin

15 Dépôt plasma CW / Co sur acier Dépôt CW / Co Substrat 30NCD16 + cadmiage + finition chromique 480 H de Brouillard Salin

16 Dépôt plasma CW / Co sur acier Arrêt mourant du dépôt plasma Substrat 30NCD16 + cadmiage + finition chromique + peinture époxy Altération de la peinture époxy

17 Dépôt électrolytique d argent sur contacteur électrique en cuivre Analyses élémentaires : Substrat : Cu Revêtement : Ag Dépôt de corrosion : S : 14% Ag : 67 % Cu : 18 %

18 GALVANISATION

19 AVANTAGES ET INCONVENIENTS Avantages Prix bas Longue durée de vie Peu de défauts Bonne qualité générale Bonne protection cathodique Facile à inspecter Inconvénients Équipements lourds (bains de zinc) Couleur grisâtre Taille limitée des objets à traiter Sensibilité à la température

20 Deux procédés de galvanisation à chaud PRODUITS FINIS Épaisseur mini 85 microns (NF EN ISO 1461) Épaisseurs courantes 85 à 150 microns EN CONTINU - TOLES Épaisseurs courantes 7 à 20 microns (NF EN et ) - TUBES Épaisseurs courantes 40 à 50 microns (NF EN ) - FILS Épaisseurs courantes 20 à 30 microns (NF A )

21 Galvanisation à chaud des produits finis Dégraissage alcalin Rinçage à l eau Décapage par projection d abrasifs plus Décapage à l acide (16 % acide chlorhydrique avec inhibiteur) Rinçage à l eau douce neutre Fluxage (au chlorure de zinc d ammonium) Séchage/étuvage Galvanisation à chaud, zinc fondu à 450 /460 C Refroidissement Contrôle

22 Galvanisation à chaud des produits finis

23 Galvanisation à chaud des produits finis

24 Galvanisation à chaud des produits finis

25 Galvanisation à chaud des produits finis

26 Secteurs d utilisation de la galvanisation à chaud des produits finis Equipement 8,7 % Energie 8,4 % Boulons 1,9 % Bâtiment 39,6 % Transport 13,8 % Agriculture 13,1 % Mobilier Urbain 14,5 %

27 Galvanisation en continu de tôles

28 Galvanisation en continu de tôles

29 DURABILITE

30 DURABILITE

31 Passivation du zinc Cl O 2 NO x H 2 O SO 2 AGENTS AGRESSIFS Zn Fe ÉCRAN PHYSIQUE Zn Fe COUCHE PASSIVANTE STABLE A BASE DE CARBONATE DE ZINC HYDRATÉ

32 Corrosion atmosphérique du zinc Vitesse de corrosion (microns / an) RURAL MARIN URBAIN INDUSTRIEL MILIEU

33 Comportements de revêtements métalliques anodiques et cathodiques Sels de zinc Piqûre Électrolyte Électrolyte Zinc Anode Nickel Cathode Acier cathode Acier anode Corrosion de l acier Revêtement anodique : protection par effet sacrificiel Revêtement cathodique : corrosion localisée

34 Comparaison de différents procédés GALVANISATION A CHAUD DE PRODUITS FINIS NF EN ISO 1461 Épaisseur courante 85 MICRONS 85 à 150 microns MÉTALLISATION NF EN à 200 MICRONS Épaisseur courante 100 microns GALVANISATION EN CONTINU Tôles : NF EN et à 42 MICRONS Épaisseur courante 20 microns Tubes : NF EN à 55 MICRONS Épaisseur courante 40 microns ZINGAGE ÉLECTROLYTIQUE { NF EN NF A Épaisseur courante 2,5 à 10 MICRONS 5 à 25 MICRONS 10 à 15 microns

35 Peinture sur galvanisation sur acier non galvanisé sur acier galvanisé

36 MÉCANIQUE Préparation de surface avant peinture sur galvanisation "Balayage" oblique (env. 45 ) avec un abrasif de type silicate d'aluminium et de magnésium. Granulométrie : diamètre 0,2 à 0,5 mm Pression : << 3 bar Diamètre de buse : 5 à 6,5 mm Distance : 500 mm La réduction maximale d'épaisseur de zinc est de 10 microns. En aucun cas utiliser les abrasifs et les conditions pour le décalaminage de l'acier. CHIMIQUE - Dérochage acide - Rinçage - Séchage - Dégraissage par projection sous pression d'une solution alcaline diluée, par exemple d'ammoniaque à 5 % environ - Rinçage - Séchage

37 Peinture sur galvanisation IL FAUT IMPÉRATIVEMENT 1. UNE PRÉPARATION DE SURFACE SPÉCIFIQUE 2. APPLIQUER UN SYSTEME DE PEINTURE ADAPTÉ Époxy Vinyle Caoutchouc Chloré

38 TRAITEMENTS DE SURFACES

39 Traitements de surface Traitement de diffusion shérardisation Traitement de conversion Conversion chimique : phosphatation chromatation conversion électrochimique : anodisation de l aluminium Grenaillage de précontrainte

40 Traitement de diffusion Modification de la composition chimique superficielle d un matériau par diffusion thermique d un ou plusieurs éléments extérieurs. Obtenir des propriétés nouvelles Objet principal = durcissement de pièces en acier

41 Shérardisation Procédé industriel Obtention d un revêtement par diffusion du zinc Pièces chauffées en présence de poussière de zinc Substrats : Fer, acier, fonte = métal ferreux Traitement préliminaire : grenaillage et décapage Paramètres : température = 300 à 400 C cément à base de poussière de zinc

42 Propriétés de la shérardisation T C limite de tenue de revêtement sans dégradation des performances anticorrosives : 500 C Épaisseur : 20 à 40 μm Essai au brouillard salin non adapté sans chromatation Aspect : couleur grise mate polissage possible excellente préparation pou peinture Applications : boulonnerie, visserie, étriers, colliers, crochets, petits matériels pour l industrie automobile et électrique.

43 Traitement de conversion Procédé industriel Le matériau d apport réagit avec le substrat pour former un nouveau composé adhérent sur la surface. 2 catégories : conversion chimique conversion électrochimique Substrats : métalliques Traitements préliminaires : préparation de surface parfois post-traitements Épaisseur = 0,1 à 250 µm Avantage : propriétés nouvelles acquises par la surface

44 Fonctions du traitement de conversion Résistance à la corrosion Isolation thermique Isolation ou conduction électrique Faible coefficient de frottement Résistance à la fatigue Résistance à l usure Déformation à froid Décoration Réparation

45 Métal à traiter mis en contact avec une solution saline aqueuse Conversion chimique (trempage ou aspersion) Corrosion contrôlée Produits de corrosion forment film adhérent et compact Procédés : phosphatation, chromatation, sulfurisation, passivation, patine, oxalatation. Substrats : fer, acier, inox, aluminium, zinc, cadmium, cuivre, laiton, bronze, magnésium, titane, argent, étain, plomb, nickel, chrome.

46 Paramètres : milieux aqueux Propriétés : couche mince 0,1 à 10 μm faible dureté Aspect : coloration pour décoration Poids de la couche : 0,01 à 20 g / m 2 Avantages Conservation côtes pièces Soudabilité Bonne base pour peinture Inconvénients Risques de pollution (rejets de déchets)

47 Phosphatation Principe : solution acide de phosphates produits de la réaction film adhérent P P PS PS S PS PS P P Composé soluble du matériau = phosphore P se combine au substrat S couche de phosphates complexe 2 types de phosphatation : amorphe et cristalline

48 Phosphatation amorphe (passivation) : Réalisée à partir de bain contenant des phosphates d ammonium ou organiques Seul le support contribue à la formation de la couche Épaisseur < 1 μm Couches peu sensibles aux efforts mécaniques Phosphatation cristalline : Obtenue à partir de solutions aqueuses légèrement acides d orthophosphates monométalliques de métaux divalents (Fe, Mn, Zn) Phosphatations au Zn, au ZnCa, et au Mn Modes de déposition : brosse, pinceau, lance sous pression, au trempé, par aspersion, au rouleau

49 Substrats : A l origine : métaux ferreux (fer, acier, fonte) si total éléments d addition (Ni, Cr, Mo ) 5%. Aujourd hui : possible sur les alliages de zinc, les alliages d aluminium, l acier galvanisé, le cadmium et leurs alliages.

50 Processus : Traitement préliminaire dégraissage (alcalin) décapage (si nécessaire) Bain d affinage rinçages à l eau froide Traitement Post traitement Finition souvent nécessaire : Vernis, peinture, revêtement plastique, huile ou teinture + huile, finition grasse à base de lanoline, cire

51 Chromatation Alcanisation Chromatation = oxydoréduction où ion chromate = oxydant Oxydation = M Mn+ + n e- Réduction = Cr 2 O H+ + 6 e - 2Cr H 2 O bichromates transformés en chromates Cr 2 O H 2 O CrO H + précipitation d hydroxydes gélatineux CrO Cr OH - Cr(OH) 3 + Cr(OH)CrO 4

52 Chromatation Formation couche chromatée dépend de la présence d anions activateurs (sulfates, fluorures, acétates, formiates ) Taille et forme pièces mode application Matériau d apport : chrome hexavalent (interdit) Substrats : Zinc, cadmium, aluminium, cuivre, argent, magnésium

53 Chromatation : process traitement préliminaire dégraissage alcalin à chaud (50 à 70 C) rinçage à froid neutralisation éventuelle rinçages à froid passivation éventuelle traitement substrat bain de composition spécifique respect des paramètres post traitement rinçage à froid résultats reproductibles rinçage à chaud ou séchage à T < C

54 Fonctions : Résistance à la corrosion en fonction des milieux agresseurs - protection souvent insuffisante par elle même Base d adhérence pour peinture ou caoutchouc moulé sur métal Propriétés : Chromatation Durcissement du film de chromate de 24 à 48 heures après sa formation Couleurs du métal pour décoration (éventuellement)

55 Chromatation Applications : - Bâtiment, - armement, - électroménager, - aéronautique, - architecture. Techniques ou procédés concurrents : Traitements thermochimiques de diffusion Trempe superficielle Dépôt chimique Traitement de conversion

56 Procédé industriel Principe : renforcement de la couche superficielle d oxyde de métal de base par action de l oxygène naissant à la surface de la pièce reliée au pôle positif d un redresseur de courant. 3 procédés : Conversion électrochimique anodisation de l aluminium (formation d une couche Al 2 O 3 ) anodisation des autres métaux (formation d une couche d oxyde du métal) sulfuration électrolytique (formation d une couche de sulfure de fer) Substrats : aluminium, titane, magnésium, zinc, acier.

57 Conversion électrochimique Processus : traitement préliminaire mécanique : chimique : polissage microbillage mise en compression dégraissage décapage polissage satinage anodisation post traitement collage peinture ou vernis coloration + colmatage : impression et colmatage colmatage et peinture

58 Conversion électrochimique Fonctions : décoration aspect résistance à la corrosion amélioration tenue usure et frottement amélioration de la dureté résistance à la fatigue isolation thermique et électrique Épaisseur : moins d 1 μm à plusieurs centaines de μm

59 Anodisation de l aluminium Principe : Pièce en aluminium en anode d une cuve d électrolyse = Reliée au pôle + d un générateur Formation en surface de la pièce d un film mince, dur et poreux d alumine Al 2 O 3 à grandes propriétés absorbantes Plusieurs types de procédés : anodisation sulfurique anodisation chromique anodisation dure anodisation barrière anodisation autocolorée anodisation phosphorique

60 Anodisation sulfurique : utilisation d acide sulfurique le plus répandu (nombre d installations et tonnage annuel) Anodisation chromique : bain d acide chromique Anodisation dure : tous procédés d anodisation en milieu sulfurique T électrolyte ~ 0/5 C V redissolution oxyde par acide Couche d oxydes + épaisse qu à T ambiante Anodisation barrière : formation d une couche d oxydes barrière en milieu acide borique borate Répandu dans industrie des condensateurs électrolytiques en Al

61 Anodisation autocolorée : bain de plusieurs acides organiques Électrolyte = Faible pouvoir dissolvant (carboxylique ou sulfonique) + acide sulfurique (en faible quantité) Constituants alliage non dissous effet de coloration par absorption lumière Anodisation phosphorique : bain d acide phosphorique

62 2 types d installation pour ce procédé : manuelle ou automatique anodisation statique Série de cuves = traitements préparatoires Anodisation Opérations de finition anodisation au défilé de bandes Toutes opérations en ligne Anodisation : courant continu appliqué sur rouleau de contact ou courant alternatif Matériau d apport : différents types d électrolytes Couches alumine amorphe ou non hydratée ( partie métal) Couche alumine hydratée ( partie électrolyte) Film contient des composés et espèces issus de l électrolyte (SO 2-4 pour le cas de l anodisation sulfurique)

63 Substrats : alliages d aluminium Processus : traitement préliminaire mécanique : polissage microbillage traitement post traitement collage peinture ou vernis mise en compression (billes de verre ou d acier) coloration + colmatage : impression et colmatage colmatage colmatage et peinture Paramètres : varient selon l électrolyte choisi