Caractérisation morphologique du substrat décapé chimiquement

L’évolution de la surface de l’alliage résultant du décapage chimique à différentes concentrations en HNO3 est présentée sur la Figure 33. Nous pouvons observer la microstructure de l’alliage de

magnésium El21 révélée par l’action de l’acide nitrique, sans formation de produits de réaction visibles en surface. Les composés de néodyme sont clairement identifiables, localisés aux joints de grains particulièrement aux points triples, ainsi que les zones riches en zirconium à l’intérieur même des grains de magnésium.

Lorsque la concentration en acide nitrique augmente, nous pouvons noter une évolution de l’état de surface de l’alliage de magnésium El21. Avec une concentration en HNO3 de 10 g·L-1, seuls les

grains de magnésium semblent attaqués, faisant ressortir les zones riches en zirconium et en néodyme, tandis qu’à plus fortes concentrations ces derniers sont attaqués.

A partir d’une concentration de 80 g·L-1

, les composés de néodyme semblent plus attaqués que la surface des grains de magnésium. Nous pouvons donc remarquer aux fortes concentrations en acide nitrique une différence de cinétique de dissolution entre le magnésium et le néodyme et une attaque préférentielle de ce dernier. En revanche, pour ce qui concerne les précipités riches en zirconium, nous pouvons observer clairement que ces composés sont dans tous les cas en relief par rapport à la surface moyenne de l’alliage de magnésium, quelle que soit la concentration en HNO3 du bain de

décapage. Une légère modification de la morphologie de ces composés est observée après

Substrat brut El21 coulé-T6 Préparation mécanique "polissage" (cf. §3.2.1) Décapage chimique HNO3

traitement de décapage à 80 et 130 g·L-1 d’HNO3, car ils se présentent sous la forme d’agglomérats

de filaments plus fins. Ce phénomène est à rapprocher du fait que le zirconium et ses composés sont chimiquement stables et qu’ils présentent une haute résistance à la corrosion. En effet, Chang et al. [41] ont montré que dans un alliage de magnésium similaire (Mg-Nd-Zn-Zr), les grains de magnésium contenant une forte concentration en zirconium se comportaient beaucoup mieux vis-à- vis de la résistance à la corrosion que les autres, d’après les observations de l’alliage exposé à un milieu corrosif chloruré à 5% massique de NaCl.

(a) (b)

(c) (d)

(e)

Figure 33. Observations par MEB en électrons secondaires (SEI) de la surface de l’alliage de magnésium El21 coulé-T6, après 2 min d’immersion dans des solutions de décapage contenant : (a)

L’observation de la section transverse de l’alliage de magnésium El21 par MEB nous permet d’apprécier le profil de la surface du substrat. La Figure 34 présente la section transverse de l’alliage après attaque chimique avec 20 g∙L-1

de HNO3 pendant 2 minutes. Une image obtenue en

électrons secondaires montre la présence de régions de composition chimique différente à la matrice de magnésium, et qui constituent des protubérances qui émergent vers la surface du substrat, dépassant le niveau moyen de celle-ci. L’analyse par EDX de la surface (b) met en évidence que ces protubérances correspondent à des zones riches en zirconium.

Figure 34. (a) Observation par MEB en électrons rétrodiffusés (BSE-contraste chimique) de la section transversale de l’alliage de magnésium El21 coulé-T6, après attaque chimique avec 20g∙L-1

de HNO3

pendant 2 minutes ; (b) cartographie chimique par EDX des éléments Mg, Nd, et Zr.

La Figure 35 présente les observations MEB en mode BSE des sections transverses de ces mêmes échantillons décapés chimiquement dans des solutions à 10, 20, 50, 80 et 130 g·L-1 d’HNO3. Ces

images nous permettent de différencier nettement les grains de magnésium, des composés de néodyme (blanc), alors que les composés de zirconium sont caractérisés par la présence de fins précipités.

Sur la micrographie présentant la section d’une surface décapée avec 10 g·L-1

de HNO3 (Figure

35a), nous pouvons visualiser en surface une protubérance, formée par un composé riche en Zr. Par ailleurs, la micrographie met en évidence la présence d’un précipité à base de néodyme. Il apparaît très nettement ici que ces composés sont moins attaqués pendant le décapage que le cœur du grain et sont donc en relief par rapport à la surface de celui-ci.

Sur la micrographie présentant la section d’une surface décapée avec 20 g·L-1

de HNO3 (Figure

35b), nous pouvons observer que la zone où sont présents les fins précipités riches en zirconium, apparaît toujours en relief par rapport à la surface moyenne du substrat, tandis que les composés de néodyme sont au même niveau que les grains de magnésium. Ce même facies de décapage est

retrouvé avec une concentration de 50 g·L-1 en HNO3, alors que pour les décapages à 80 g·L-1 et

130 g·L-1 de HNO3 (Figure 7d et e), les composés riches en néodyme sont plus attaqués que les

grains de magnésium. La Figure 36 regroupe les valeurs d’enlèvement matière après décapage chimique avec ces différentes solutions de HNO3, pour un temps d’attaque de 2 minutes.

(a) (b)

(c) (d)

(e)

Figure 35. Observation par MEB en électrons rétrodiffusés (BSE-contraste chimique) de la section transversale de l’alliage de magnésium El21 coulé-T6, après 2 min d’immersion dans des solutions de

décapage d’ HNO3. Faciès types obtenus pour des concentrations de : (a) 10 g∙L -1

; (b) 20 g∙L-1 ; (c) 50 g∙L-1 ; (d) 80 g∙L-1 ; (e) 130 g∙L-1 de HNO3.

Figure 36. Enlèvement de matière moyen, exprimé en microns (µm), par décapage chimique pendant 2 minutes avec HNO3 à différentes concentrations.

D’après ces observations, nous pouvons faire une représentation schématique des profils de surface obtenus en fonction de la concentration en acide nitrique de la solution de décapage (Figure 37). Quelle que soit la concentration en acide nitrique, les zones où sont concentrés les composés riches en zirconium semblent moins attaquées que la matrice, alors que les composés riches en néodyme le sont préférentiellement au-delà de 80 g∙L-1 de HNO3. Nous pouvons donc considérer trois états de

surface, pour trois domaines de concentration en acide nitrique : 1) 10 g∙L-1, 2) 20 et 50 g∙L-1, et enfin 3) 80 et 130 g∙L-1.

(a) (b) (c)

Figure 37. Représentations schématiques des sections transverses de l’alliage de magnésium El21 coulé-T6, après 2 min d’immersion dans des solutions de décapage contenant : (a) 10 g·L-1 ; (b) 20 et

50 g·L1 ; (c) 80 et 130 g·L-1, d’HNO3.

La Figure 38 présente les relevés topographiques obtenus par interférométrie en lumière blanche de l’alliage de magnésium El21 coulé-T6 après décapage chimique pendant 2 minutes dans une solution d’HNO3 à 10, 20-50, et 80-130 g·L-1, correspondant aux différents types de sections

transverses schématisées sur la Figure 37. A partir de ces relevés sont calculés les critères d’appréciation de la rugosité Ra (rugosité moyenne arithmétique), et Rtm (valeur moyenne entre pic et vallée dans la zone de mesure).

Les relevés topographiques ne font apparaître une évolution qu’avec une concentration de 130g/L pour laquelle la surface du substrat devient plus hétérogène et accidentée. Cependant l’évolution des

critères de rugosités moyens (Ra et Rtm), reportés dans le Tableau XIII, font apparaître une évolution dès les faibles concentrations. En effet, les valeurs de rugosité de surface augmentent avec la concentration d’HNO3 et la valeur moyenne entre pic et vallée dans la zone de mesure (Rtm)

devient particulièrement élevée, de l’ordre de plusieurs micromètres. Nous pouvons donc retenir ici que l’accroissement de la valeur moyenne entre pic et vallée est principalement dû à la différence de vitesse d’attaque entre les zones riches en zirconium et le reste de la surface de l’alliage.

(a) (b)

(c)

Figure 38. Relevés topographiques obtenus par interférométrie en lumière blanche de la surface de l’alliage de magnésium El21 coulé-T6, après 2 min d’immersion dans des solutions de décapage

d’HNO3 : (a) 10 g·L -1

; (b) 20 et 50 g·L1 ; (c) 80 et 130 g·L-1.

Tableau XIII. Critères de rugosité de l’alliage de magnésium El21 coulé-T6, après 2 min d’immersion dans des solutions de décapage d’HNO3 à différentes concentrations.

Rugosité Substrat brut Substrat poli #1200 (cf. §3.2.1)

Poli + décapé (HNO3) 10 g·L-1 20 g·L-1 130 g·L-1

Ra (µm) 2,54 0,18 0,37 0,46 1,96