Mouillabilité

Le phénomène de mouillabilité permet d’étudier l’interface solide -liquide qui joue un rôle essentiel dans différents domaines comme l’adhésion, la lubrification ou même les gammes de préparation de surface.

La mesure d'angle de contact rend compte de l'aptitude d'un liquide (ici, l’eau déminéralisée) à s'étaler sur une surface (substrat étudié) par mouillabilité. La méthode consiste à mesurer l'angle de la tangente du profil d'une goutte déposée sur le substrat, avec la surface du substrat. Elle permet de mesurer l'énergie de surface du liquide ou du solide.

L’angle de raccordement entre la surface du solide et la tangente à la surface du liquide est appelé angle de contact θ ; cet angle est fonction des énergies superficielles et interfaciales des phases en présence, visible sur la figure 47.

Figure 47 : Modèle de Young L’équilibre du système est donné par la relation de Young :

𝛾𝑆𝐺= 𝛾𝑆𝐿 + 𝛾𝐿𝐺cos 𝜃𝑐 Eq 15

Avec : La tension interfaciale solide-liquide γSL

La tension interfaciale solide-vapeur γSG La tension interfaciale liquide-vapeur γLG

Cet angle θ donne des indications sur la mouillabilité de la surface et permet de déduire le caractère hydrophile ou hydrophobe de la surface. Comme nous pouvons le voir sur la figure 48, lorsque l’angle de contact θ ˂ 90°, le liquide mouille la surface (hydrophile) et lorsque cet angle est supérieur à 90°, la mouillabilité est faible (hydrophobe).

115 Figure 48 : Schématisation de la mouillabilité d’un liquide sur une surface solide.

La mesure de l’angle de contact se fait à l’aide de l’appareil GBX-Instrumentation Scientifique piloté par ordinateur grâce au logiciel DIGIDROP (figure 49).

Figure 49 : Principe de fonctionnement des mesures d’angle de contact

VI. Conclusion

Ce chapitre résume les différentes techniques expérimentales utilisées pour l’étude électrochimique des différents systèmes et pour caractériser les revêtements élaborés. Ces analyses vont aussi permettre d’étudier le comportement des additifs organiques lors de l’électrodéposition des alliages. Les choix des paramètres expérimentaux sont l’objet d’études préalables ou issues de l’étude bibliographique.

116

Re fe rences

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119

PARTIE II

121

PARTIE II

RESULTATS EXPERIMENTAUX

Chapitre 1 : Mécanismes d’électrodéposition des alliages Cu-Sn en présence d’additif

I. Formulation de l’électrolyte I.1. La stabilité de l’électrolyte I.2. La présence d’un sel support I.3. Les propriétés de la gélatine

II. Etude électrochimique des systèmes partiels élémentaires

II.1. Electrolyte support : Détermination des paramètres expérimentaux II.1.1. Influence de la vitesse de balayage

II.1.2. Influence de la présence de la gélatine II.2. Etude du comportement Cu(II)

II.2.1. Etude du potentiel libre II.2.2. Voltamétrie cyclique

II.2.3. Influence de la concentration en gélatine

II.2.4. Microbalance à quartz couplée à l’électrochimie II.2.5. Dépôt

II.2.6. Conclusion

II.3. Etude du comportement Sn(II) II.3.1. Etude du potentiel libre

II.3.2. Courbes de polarisation cathodique II.3.3. Influence de la concentration en gélatine II.3.4. Dépôt

II.3.5. Conclusion

III. Etude électrochimique du système binaire Cu-Sn III.1. Etude du potentiel libre

III.2. Alliages Cuivre-Etain sans additifs III.3. Influence de la gélatine

III.4. Influence de la glycine

III.5. Influence des autres acides aminés

IV. Etude chronologique à différents potentiels de déposition

IV.1. Influence du potentiel sur la composition chimique par Fluorescence X IV.2. Etude structurale par analyses DRX

122

Chapitre 2 : Etude du phénomène d’adsorption de la gélatine sur un substrat

polycristallin de platine

I. Interactions électrolyte/substrat I.1. Rappels

I.2. Techniques mettant en évidence le phénomène d’adsorption I.3. La complexation : un phénomène minoritaire

II. Etude électrochimique II.1. Protocole opératoire II.2. Etude du potentiel libre

II.2.1. Rappels des résultats en présence de gélatine dans l’électrolyte II.2.2. Adsorption au préalable de la gélatine sur le substrat

II.3. Courbes de polarisation

II.3.1. Electrolyte contenant les ions cuivriques II.3.2. Electrolyte contenant les ions stanneux

II.3.3. Electrolyte contenant les ions cuivriques et les ions stanneux II.3.4. Conclusion

III. Caractérisation de l’adsorption de la gélatine sur le substrat de platine III.1. Effet sur le comportement de l’interface liquide/solide

III.1.1. Mesures d’angles de contact

III.1.2. Spectroscopie Infra-Rouge module PM-IRRAS III.2. Modification de l’interface par analyses des spectrees XPS

III.2.1. Spectre général

III.2.2. Spectres à haute résolution IV. Mode d’action de la gélatine

V. Conclusion

Chapitre 3 : Influence des additifs sur les propriétés physico-chimiques et

structurales des revêtements CuSn

I. Electrodéposition de CuSn sur substrat de platine I.1. Protocole opératoire

I.2. Caractérisations structurelles et morphologiques I.2.1. Aspect visuel

I.2.2. Morphologie

I.2.3. Composition des alliages I.2.4. Analyses DRX

I.2.5. SDL sur platine

I.3. Propriétés anti-corrosion des alliages CuSn I.4. Conclusion

II. Vers une application industrielle : substrats de laiton et d’acier II.1. Protocole opératoire

II.2. Etude électrochimique II.2.1. Substrat en acier

123

II.2.2. Substrat de laiton

II.3. Caractérisation morphologique des alliages CuSn II.4. Structure des alliages CuSn

II.4.1. Substrat en acier II.4.2. Substrat de laiton II.5. Rugosité des alliages

II.5.1. Substrat en acier II.5.2. Substrat de laiton II.6. Conclusion

125

Chapitre 1: Mécanismes d’électrodéposition des alliages Cuivre-