Comportement électrochimique des couches galvanisées

Comportement électrochimique des couches
galvanisées

Facteurs influencent la galvanisation en continu

Composition de l’acier a) Influence du silicium La galvanisation des aciers contenant du silicium se traduit par l’obtention de revêtement d’épaisseur exagéré d’aspect terne et d’adhérence médiocre et cela dés que la teneur en silicium dépasse 0,1% [41,42]. Figure. I.9: Effet du silicium sur la structure des revetments galvanisés [42].

Influence du phosphore

Cette impureté néfaste à l’acier a une influence non négligeable sur la réaction fer – zinc même si sa teneur est très faible. Le phosphore s’accumule à l’interface δ1 / ζ en créant des fissures dans le composé δ1. La couche ζ initialement formée, peut donc jouer un rôle d’écran, isolant le zinc liquide et imposant par sa présence, un processus de réaction entre phases solides dans l’espace compris entre cette couche et le métal à galvaniser .

Influence du carbone

La présence du carbone dans l’acier augmente la réactivité de l’acier vis-à-vis du zinc, ce qui peut conduire à une augmentation importante de l’épaisseur du revêtement d’alliage Fe– Zn. Les autres impuretés présentes dans l’acier comme le manganèse, l’aluminium, le cuivre, le soufre et l’azote n’ont pas d’influence marquée sur la formation des composés Fe–Zn.

Température du bain

La plupart des réactions chimiques mises en cause lors de la galvanisation (réactivité Fe-Zn, formation des cendres, etc.) sont thermiquement activées. Pour réduire la formation des mattes, des oxydes, on a donc intérêt à travailler à la température la plus basse possible compatible avec une fluidité correcte du bain. La fourchette classique est 445 à 460°C. La fourchette dangereuse de situe entre 490°C et 530°C où la réaction fer-zinc est très intense avec formation de mattes importante et d’un revêtement épais et fragile. Aux températures supérieures, la tenue des creusets (métalliques) est fortement réduite .

Eléments d’alliages du zinc

Influence de l’aluminium

L’aluminium est comme il a été montré précédemment un élément d’addition extrêmement important dans le bain de zinc lors de la galvanisation car il joue, d’une façon très sensible sur la prise de zinc et sur l’aspect du revêtement. Une teneur de 0,1 à 0,2% d’aluminium dans le bain est suffisante pour ralentir suffisamment la vitesse d’attaque de l’acier par le zinc de telle sorte que l’on obtienne des  couches très fines et régulières de phases intermétalliques assurant ainsi une bonne cohésion du revêtement .

Influence du plomb

En galvanisation, le bain peut contenir du plomb à des teneurs variaient suivant les lignes de 0 à 0,07% (en poids). Le plomb est responsable, à partir d’une teneur de l’ordre de 0,018%, de l’aspect solidification avec fleurage auquel certains secteurs d’utilisation sont très attachés (bâtiment par exemple). Cameron et Harvey, 1967 ont proposé l’interprétation qu’une addition marquée de plomb dans le bain de zinc, réduit le nombre de germes effectifs dans le métal liquide, ce qui conduit à des grains de plus grande taille dans le revêtement solidifié. Les cristaux à fleurs sont des cristaux d’eutectiques se formant lors du refroidissement à 318°C

Influence du fer

Il provient de l’attaque de l’acier par le zinc. Sa limite de solubilité à 450°C est égale à 0,03%. L’excès de fer précipite sous forme d’intermétalliques Zn-Fe (mattes) dans le bain. Ce phénomène peut emmener à une augmentation de la viscosité du bain et aussi à la mouillabilité de l’acier. d) Influence de l’étain L’étain favorise également le fleurage, augmente la fluidité du bain et améliore le brillant du revêtement. Si sa teneur dépasse 1%, il neutralise l’effet de l’aluminium. Il influe sur la cristallisation de la phase externe. Il forme un eutectique avec le zinc qui provoque durant la solidification (par développement de larges fleurs). 

Influence du cadmium

En raison de la formation d’une couche discontinue gamma, des additions de 0,5 à 10% de cadmium dans le zinc accroissent la vitesse de réaction Fe – Zn et déplacent le domaine d’attaque linéaire vers des basses températures. Au dessus de 4,5% de cadmium, la phase ζ disparait et seul de gros cristaux de δ1 subsistent dans le dépôt. f) Influence du cuivre Des additions de cuivre jusqu’à 0,8 – 1% augmente l’épaisseur du dépôt de zinc et accroissent sa résistance à la corrosion mais augmentent également la quantité de mattes formées. Au-delà de ces teneurs, l’influence est plus mitigée sur la prise de zinc [47]. 

Influence du magnésium

Comme le cuivre, le magnésium a été ajouté à l’origine pour lutter contre les effets néfastes des impuretés qui causaient la corrosion fissurante, mais cet élément joue aussi un rôle très important de durcissement de l’alliage dont il améliore la charge de rupture et la dureté. Par ailleurs, aux faibles teneurs, il abaisse le seuil de fragilisation de l’alliage aux basses températures. Enfin, à très forte teneur, le magnésium est susceptible de provoquer de la fragilisation à chaud.

Influence d’antimoine

Pour conserver un aspect de fleurage tout en réduisant l’addition de plomb, afin de réduire les inconvénients de corrosion intergranulaire, l’antimoine se pose en élément de substitution du plomb, à des teneurs du même ordre de grandeur que le plomb. Cet élément se  comporte d’une manière comparable au plomb, il forme aussi des précipités aux joints de grains et provoque une croissance de taille de grains. 

Autres paramètres importants

Il s’agit :  de la température de la bande à l’entrée du bain 470-500°C ;  de la température du bain 460-485°C ;  de l’approvisionnement par lingots de zinc de 2t de composition déterminée (exemple : Al ≈ 0,45%-Pb ≈ 0,03% + résiduels Cd, Fe, Sn, Cu) ;  de l’équipement de cuve : le rouleau de fond sur lequel passe la bande, en général non motorisé, doit avoir un bon contact avec la bande (rainurage spécial), sans patinage.

Essorage

La bande sortie du bain de zinc entraine par capillarité un film de zinc liquide d’autant plus épais que la vitesse de passage est grande et la rugosité forte. La tôle passe donc entre deux couteaux de gaz (air ou azote) qui essorent le trop-plein de zinc liquide. Les paramètres pour un bon essorage, c’est-à-dire avoir, une épaisseur de zinc régulière, sans vaguelettes qui resemblerais à une sortes de coulures de zinc sont :  La planéité de la tôle à l’aplomb des buses : toute vibration de la bande conduira à un essorage différentiel et à une épaisseur de zinc irrégulière ;  Les caractéristiques de la buse ;  La température de l’essorage.

Mattes

Des précipités ou mattes ont également été observés dans les bains de galvanisation. Ces mattes peuvent être classées en deux familles : les oxydes de Zn et/ou d’Al localisés en surface du bain, et les composés intermétalliques Fe-Zn et Fe-Al, saturés en zinc, qui peuvent se situer en surface ou en fond de bain selon leur densité. Ces mattes se forment dans le bain de galvanisation lorsque les teneurs en fer et en aluminium dépassent les limites de solubilité (0,035 masse % pour le fer). Il existe deux types de mattes : les mattes de Fe2Al5 dites mattes flottantes à cause de leur densité plus faible et par (FeZn13) saturées en aluminium dites mattes de fond δ = 7,25 g̷cm3 – δ = 7,18 g̷cm3 . Même avec une gestion parfaite de la composition du bain, la formation de mattes est malheureusement inévitable en raison de l’addition d’aluminium dans le bain ainsi que de la dissolution du fer provenant des tôles immergées. Les mattes flottantes vont alors être entrainées et se déposées en surface de la tôle en sortie de bain, ce qui va nuire à la qualité et à l’aspect visuel du revêtement. Chapitre I : Synthèse bibliographique 38 Toutefois, une gestion spécifique des bains permet de quantifier et de réguler la teneur effective de l’aluminium afin de minimiser la formation de mattes. Ces mattes flottantes peuvent aussi être éliminées de la surface du bain par de fréquents « écrémages »

Caractéristiques d’une tôle galvanisée de qualité 

Epaisseur du dépôt

L’épaisseur du dépôt doit être comprise entre 70-90µm. Il existe cinq (05) classes de qualités définies pour la galvanisation d’après la norme NF A32-321 :  Classe 1 : masse de zinc de 400 g/m 2 double face ;  Classe 2 : masse de zinc de 350 g/cm 2 double face ;  Classe 3 : masse de zinc de 275 g/cm 2 double face ;  Classes 4 et 5 : masse de zinc de 200 g/m 2 double face et jusqu’à 275g/cm 2 doubleface par accord entre les parties

Adhérence

Le revêtement doit être adhérent pour supporter une manipulation correspondant à l’emploi normal du produit, sans fissuration ou écaillage. Le revêtement doit satisfaire à l’essai de pliage suivant la norme A-03-158. Après ce test, le revêtement ne doit pas présenter aucun écaillage, ni décollement visible à l’œil nu sur la face externe du pli. Pour obtenir ces caractéristiques, il faut assurer :  Une température du bain de zinc la plus basse possible (445°C) ;  Une teneur en silicium ne dépasse pas 0.04% ;  Une teneur en phosphore qui ne doit pas dépasser 0.007% ;  Une bonne préparation de surface [15]. I.9.3. L’aspect extérieur Le revêtement ne doit montrer aucune discontinuité et doit être homogène. La cristallisation doit être homogène. Pour obtenir ces caractéristiques, il faut assurer :  Un bon décapage ;  Pas de défaut sur la tôle destinée à être galvanisé ;  Avoir dans le bain du zinc, du plomb (environ 0.001%) qui améliore le brillant du revêtement ;  Réaliser un Skin-pass qui permet d’obtenir une amélioration de l’aspect de surface, permettant en outre une meilleure aptitude à recevoir une peinture [15]. I.9.4. Bonnes passivations La protection de surface consiste, soit en un traitement chimique, soit en un huilage, soit  en un traitement chimique suivi d’un huilage. Ces traitements ont pour but de protéger la tôle d’acier galvanisé contre une altération de surface « rouille blanche », qui se développe en présence d’eau (aspersion, condensation) sur les tôles conditionnées en paquets ou en bobines. Des revêtements de conversion chimique (type chromates, phosphates ou oxydes) et les primaires ont été étudiés pour servir de traitement de base sur la tôle d’acier galvanisée. I.9.5. Tenue à la corrosion Pour éviter la corrosion locale, il ne faut utiliser des aciers à fortes teneur en soufre, ceci f a v o r i s e la formation des inclusions sulfureuses. En effet, ces dernières, agissent lors d’un décapage excessif, en percant la surface de la tôle p r o v o q u a n t a i n s i l a création de trous qui sont à l’origine d’une corrosion locale. Pour Eviter la rouille blanche en prévenant le stockage prolongé des tôles galvanisées dans les atmosphères humides.

Réduction des oxydes superficiels et contrôle du point de rosée

Pour assurer une parfaite réduction des oxydes superficielles et donc contrôler les points de rosée, Il faut éviter les séjours prolongés de la tôle recuite et assurer des contrôles rigoureux des températures de rosée afin d’obtenir un bon revêtement 

Rugosité

La qualité d’un traitement par impact dépend d’un ensemble de paramètres. Il en découle que la rugosité est directement liée à ces paramètres et surtout à la forme du projectile. Suivant qu’il soit sphérique ou angulaire, le profil de la rugosité obtenu sera différent, donnant ainsi, des aspects variés à la surface traitée 

Definitions

La rugosité est le résultat de la modification microgéométrique d’une surface, provoquée par le bombardement intensif de cette surface par des projectiles. Apparaissent alors:  des aspérités appelées « Pics ».  des cavités appelées « Creux ». Sur une coupe perpendiculaire à la surface traitée, les pics et les creux se répartissent également de part et d’autre d’une « ligne centrale » (moyenne algébrique) appelée aussi « ligne moyenne ». La « ligne enveloppe » est celle qui réunit entre eux les sommets des pics et les fonds des creux. La « ligne enveloppée » prend en compte la totalité des longueurs créées par la succession des pics et des creux. Elle est importante puisqu’elle génère la surface augmentée dont l’adhérence sera fonction

Choix des critères

Pour un revêtement anticorrosion par exemple, la classe de la rugosité à obtenir sera à Chapitre I : Synthèse bibliographique 40 définir en fonction de 3 critères:  la nature du matériau à projeter ;  le système de projection envisagé, ou bien le procédé d’application ;  l’épaisseur prévue pour le revêtement qui sera appliqué (La valeur « Rt » ne peut être supérieure à la moitié de l’épaisseur). La rugosité sera ainsi définie par les 3 paramètres « Ra » – « Rt » – « Rz » auxquels s’ajoutera la notion de profil lié au projectile, « angulaire » ou « sphérique ». Le procédé de projection, le matériau à projeter et la puissance de l’impact seront déterminés en fonction des critères de la rugosité à obtenir [22]. Exigences principales :  augmenter l’aire de contact entre le substrat et le futur revêtement, car l’adhérence est directement liée à l’étendue microgéométrique de la surface ;  créer un maximum d’aspérités, où le futur revêtement à déposer viendra s’ancrer ;  éviter les creux profonds de faible ouverture afin que le futur dépôt n’atteigne pas. Les vides recouverts pourraient constituer des amorces de corrosion en plus provoquer des défauts d’adhérence ;  proscrire les « pics » de hauteur anormale dont les sommets pourraient dépasser, ou diminuer l’épaisseur ponctuelle d’un revêtement mince. Lorsque le but final de la rugosité sera d’obtenir un aspect désiré, les exigences seront alors essentiellement visuelles et tactiles 

Critères retenus

Un grand nombre de critères sont définis dans la normalisation pour caractériser une rugosité. En pratique, dans un profil et sur une longueur considérée, seuls trois d’entre eux sont retenus: – Ra : écart moyen. C’est la moyenne arithmétique des valeurs absolues des écarts, entre les pics et les creux. « Ra » mesure la distance entre cette moyenne et la ligne centrale. On admet couramment que cette notion synthétise approximativement les différents paramètres intéressés dans la rugosité ; – Rt : écart total. C’est la dénivellation la plus importante entre le plus haut sommet d’un pic et le fond le plus bas d’un creux ; – Rz : régularité. C’est la moyenne des écarts totaux de rugosité « Rt » observés sur 5 longueurs.