CHAPITRE 2 : MATERIAUX ET PROCEDES
3. CARACTERISATION DES SUBSTRATS ET DES REVETEMENTS
3.4. Caractérisation du comportement en corrosion
3.4.1. Essai d’immersion
Un essai d’immersion est réalisé pour caractériser le comportement d’un revêtement en milieu salin. Des
substrats carrés de 25x25mm2, sont recouverts d’un dépôt cold spray. Deux échantillons sont produits par condition
étudiée. Chaque échantillon est pesé et mesuré avant l’essai. Du silicone neutre est ensuite appliqué sur un tube transparent en PVC de 20mm de diamètre et de 100mm de hauteur. Un tube est collé sur chaque échantillon grâce au silicone. Il est nécessaire de bien appuyer sur le tube à cette étape et de le tourner légèrement pour assurer une bonne étanchéité du silicone à l’interface dépôt-tube. Le silicone est laissé sécher pendant une nuit. Le tube est rempli
le lendemain de 20mL d’eau salée à 0,5mol.L-1, préparée à partir de NaCl solide pur à 99,2% et d’eau déminéralisée. Le
niveau initial de l’eau est noté à l’aide d’un marqueur noir. Les fuites d’eau éventuelles sont rebouchées par du silicone frais, qui est laissé sécher 3-4h. Le tube est à nouveau rempli d’eau. Aucune fuite n’est alors constatée. Chaque tube est recouvert d’un film plastique transparent pour éviter l’évaporation et le développement de bactéries dans l’électrolyte. Tous les échantillons sont placés dans une caisse fermée. Cette dernière est rangée dans une armoire fermée pour isoler les échantillons de la lumière du jour afin de limiter l’apparition d’algues. La caisse est placée sur des mousses pour éviter toute vibration des échantillons ou d’éventuels mouvements de la caisse.
Figure 2-38 Description de l’essai d’immersion.
Des photos de la surface des échantillons sont prises régulièrement pour observer l’évolution de la corrosion à la surface des revêtements (figure 2-39). De l’eau déminéralisée est rajoutée pour compléter l’eau dans les tubes et contrebalancer l’évaporation. A la fin de l’essai, l’eau est évacuée. Le tube et le silicone sont retirés le plus délicatement possible. Des photos des échantillons sont prises avant et après élimination de l’eau salée, ainsi qu’après séchage. Aucun développement d’algues ou de bactéries n’est observé lors de ces essais.
Etat initial Après 30 jours Après 60 jours Après 110 jours Etat final
Figure 2-39 Photos de la surface des échantillons en fonction du temps lors de l’essai d’immersion. Le disque observé
mesure 20mm de diamètre.
3.4.2. Essai de brouillard salin
L’essai de brouillard salin est réalisé sur le site d’ArcelorMittal situé à Maizières-lès-Metz selon avec la norme ASTM B117 intitulée « Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus » [ASTM16]. Des échantillons
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revêtus mesurant 75x75x6mm3 sont, tout d’abord, mesurés et pesés. Trois échantillons par condition de projection
sont utilisés. Une rayure de largeur 1mm environ est réalisée sur un des trois échantillons. L’envers et les bords de chaque échantillon sont recouverts de ruban adhésif pour protéger ces zones non revêtues de la corrosion. Les bords du dépôt sont aussi recouverts de ruban adhésif pour éviter un couplage anodique avec l’acier nu des bords de l’échantillon. Tous les échantillons sont placés dans une enceinte QFOG CCT1 pour être soumis à un brouillard salin continu (figure 2-40). La solution utilisée pour cet essai, est une solution d’eau salée avec 5% de NaCl. Le pH de la solution se situe entre 6,5 et 7,2. La température de l’enceinte est régulée à 35±2°C. Le débit de la solution d’eau salée
est fixé à 1,5±0,5ml.h-1.
Figure 2-40 Dispositif de l’essai de brouillard salin.
Des photos de la surface des échantillons rincés puis séchés, sont prises à intervalle régulier pour évaluer l’évolution de la corrosion du revêtement au cours du temps (figure 2-41). Deux campagnes d’essai sont menées. La première campagne d’essai a duré 90 jours et la deuxième seulement 67 jours. Cette durée plus courte est jugée
suffisante au regard du peu d’évolution de la corrosion entre le 60ème jour et le 90ème jour de la première campagne.
A la fin de l’essai, les échantillons sont rincés à l’eau déminéralisée, séchés puis pesés. La perte de masse au cours de l’essai est alors calculée pour chaque échantillon.
Après 1 jour Après 8 jours Après 15 jours Après 29 jours Après 67 jours
Figure 2-41 Photos de la surface des revêtements pendant l’essai de brouillard salin. La surface corrodée mesure
3 - Caractérisation des substrats et des revêtements
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3.4.3. Essais électrochimiques
Des essais de polarisation sont réalisés sur le site d’ArcelorMittal situé à Maizières-lès-Metz selon la norme ASTM G5-14, intitulée « Standard Reference Test Method for Making Potentiodynamic Anodic Polarization Measurements » [ASTM14]. Ces essais sont effectués dans une solution de NaCl5% à un pH de 7. Le montage de cet essai est constitué de trois électrodes, une électrode de référence au calomel saturé, une électrode auxiliaire en platine et l’électrode de travail qui est l’échantillon à analyser (figure 2-41). Ces trois électrodes sont reliées à un
potentiostat Bio-Logic© (France), qui fait varier le potentiel entre l’électrode de travail et de référence, ou le courant
entre l’électrode de travail et l’électrode auxiliaire. L’électrode auxiliaire est essentielle pour s’assurer qu’aucune intensité significative ne traverse l’électrode de référence [BER02]. Lors d’un essai de polarisation, on fait décroître de
manière continue le potentiel appliqué à l’électrode de travail à une vitesse de 1mV.s-1. La courbe de polarisation
montre le logarithme de la densité de courant mesurée, log |J|, en fonction du potentiel imposé E par rapport à l’électrode de référence.
Parallèlement aux essais de polarisation, sont effectués des essais de chronovoltamétrie. Tout d’abord, chaque échantillon est laissé, pendant 5min, à l’abandon c’est-à-dire qu’aucun courant ne traverse l’électrode de travail. Le potentiel mesuré à l’équilibre permet de vérifier le caractère anodique des revêtements par rapport à l’acier.
Chaque échantillon est ensuite mis à l’anode et son oxydation est forcée par le passage d’un courant imposé de 100µA/cm² pendant 6 jours. La polarisation anodique force la dissolution de la couche de produits de corrosion formée. C’est l’essai de chronovoltamétrie. L’évolution du potentiel entre l’échantillon et l’électrode de référence, est enregistrée. Si le dépôt n’assure plus sa protection cathodique, le potentiel mesuré prend la valeur du potentiel de l’acier. Dans le cas contraire, le potentiel reste inférieur à celui de l’acier.
Au bout de 6 jours d’essai, l’essai de chronovoltamétrie est arrêté. Le potentiel d’abandon est de nouveau mesuré pour évaluer la dégradation du revêtement. Les échantillons sont laissés à l’abandon pendant 24h avec mesure du potentiel.
Un deuxième essai de chronovoltamétrie est enfin réalisé dans les mêmes conditions (soit 100µA/cm² dans Nacl5% à pH=7) pendant six jours.
Figure 2-42 Schéma de principe de l’essai de polarisation.
G
A
V
potentiostat
électrode de référence électrode auxiliaire électrode de travail (échantillon à analyser) eau salée à 5% de NaCl90
Conclusion sur les matériaux et procédés
L’ensemble des poudres de la thèse sont présentées dans ce chapitre. Leurs morphologies, leurs granulométries et leurs propriétés sont rappelées dans le glossaire du tableau 2-9. Les principales caractéristiques des deux types de substrats en acier, sont décrites dans tableau 2-10. A partir de ces matériaux, des revêtements sont élaborés par cold spray. Les différents paramètres d’élaboration, ainsi que la caractérisation des paramètres d’impact (vitesse et température de la particule et température du substrat) sont abordés dans ce chapitre. Enfin, les techniques de caractérisation de la microstructure et des propriétés des revêtements, y sont aussi résumées.
Glossaires :
Tableau 2-9 Résumé des caractéristiques des poudres de la thèse.
poudre fournisseur morphologie granulométrie dureté Photos HV0,01 HV0,0005 Al sphérique fin (Al sph. fin) Poudres Hermillon sphérique [-10 +2µm] - 27±3 Al sphérique (Al sph.) Poudres Hermillon sphérique [-32 +11µm] 28±2 35±5 Al sphérique grossier (Al sph. grossier) Poudres Hermillon sphérique [-77 +31µm] après tamisage 32±2 31±2 Al irrégulier (Al irr.) ECKA Granules sphéroïdale [-45 +11µm] 28±2 -
AlMg Toyal sphéroïdale [-53 +16µm] 76±6 -
AlZn Toyal sphéroïdale [-50 +15µm] 35±3 -
Al2O3 anguleux (Al2O3 ang.) Saint-Gobain anguleuse [-35 +10µm] > 2000 - Al2O3 sphérique (Al2O3 sph.) Saint-Gobain sphérique [-26 +10µm] > 2000 -
Tableau 2-10 Résumé des caractéristiques des substrats de la thèse.
substrat Etat de surface Calamine en surface ?
Rugosité Ra
(µm) Photos
Substrat BL Plane avec défauts de laminage
(sillons, cratères, etc.) oui 2±0
Substrat G Sa2,5 chaotique traces 14±1 50 µm 50 µm 50 µm 50 µm 50 µm 50 µm 50 µm 50 µm 1 cm 1 cm
Références bibliographiques
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