Propriétés anticorrosion

Les propriétés anticorrosion des échantillons ont été déterminées par deux méthodes. La première méthode est l’essai mesurant la résistance à la polarisation en DC. La deuxième méthode est celle de la spectroscopie d’impédance électrochimique en AC(eis). Les deux essais ont été effectués dans la même cellule électrochimique alimentée par une source de tension Voltalab. La cellule électrochimique est montrée à la Figure 20.

Figure 20 : Cellule électrochimique à 3 électrodes utilisée dans les essais de corrosion.

Dans ces essais, seulement 1 cm2 d’un échantillon, montré Figure 20A, est exposé à une solution aqueuse contenant 3.5 %m. de NaCl, représentatif de la salinité de l’eau de mer. La cellule comprend également un grillage de platine comme contre électrode, Figure 20B, ainsi qu’une électrode de référence de calomel Ag/AgCl, Figure 20 C.

3.5.1. Essai de polarisation (Tafel)

Cet essai utilise la polarisation électrochimique pour déterminer le courant de corrosion (Icorr) ainsi que la résistance à la polarisation (Rp). Ces deux paramètres permettent d'évaluer le niveau de performance d’un revêtement quant à la protection anticorrosion d’une surface métallique.

Évaluation des échantillons

Avant de procéder à l'essai de polarisation, l'échantillon est mis sous tension durant 60 minutes suivant la procédure de potentiel ouvert (OCP), ce qui permet d'en stabiliser la surface. Lors de la polarisation, l'échantillon est balayé à un potentiel croissant allant de - 900 mV jusqu’à +500 mV. Le logiciel de contrôle enregistre l'intensité de courant pour chaque potentiel appliqué. Le balayage dure environ 30 minutes. Chaque échantillon est analysé trois fois, en exposant à chaque fois une nouvelle surface.

Analyse des données

L'essai de polarisation permet de déterminer les réactions anodique et cathodique intervenant durant le balayage de l'échantillon étudié. Le potentiel d’équilibre varie d’un substrat à l’autre. La Figure 21présente une courbe de polarisation théorique, où le potentiel appliqué est représenté en fonction du Log du courant mesuré.

Au début du balayage soit au potentiel le plus négatif, la surface est la plus réactive. Au potentiel E0, où le courant est le plus faible, la surface est la moins réactive. Le courant de

corrosion Icorr est représentatif de l'efficacité d’un traitement et d'un revêtement de surface à réduire la corrosion. Plus le courant est élevé, moins le traitement de surface est efficace. À l'inverse, plus le courant est faible, plus le traitement de surface est résistant à la corrosion. Le graphique laisse voir deux segments de courbes provenant du point Eo où le courant de

corrosion est le plus faible. Sur les deux segments, on trace des droites tangentes (βa et βc)

se croisant au potentiel Eo. Les pentes des deux tangentes définissent les pentes de Tafel,

avec lesquelles il est possible de quantifier deux paramètres importants, le potentiel à l’équilibre E0 et le courant de corrosion Icorr.

Avec les paramètres mesurés sur la courbe de polarisation, il est possible de calculer la résistance à la polarisation Rp, en Ω, en utilisant l’équation de Stern-Geary [80] :

Équation 7

&=

'(|'*| 2.303 '(+ |'*| .*/00

La valeur de résistance à la polarisation permet de déterminer l'efficacité des revêtements à réduire la corrosion en milieu agressif. Plus la valeur de la résistance Rp est élevée, plus le recouvrement ou le traitement de surface est efficace.

3.5.2. Spectroscopie d’impédance électrochimique (eis)

La spectroscopie eis permet de déterminer l'efficacité d'un revêtement ou un traitement de surface à diminuer la corrosion. L'analyse eis, consiste à appliquer à un échantillon représentatif de la surface traitée une faible tension en AC, par exemple de 10mv, dont on fait varier la fréquence de façon décroissante, de 100 kHz à 10 mHz. Dans cette mesure, on considère que l'interface électrode/électrolyte, dans notre cas l'échantillon d'acier avec ou sans traitement lorsqu'immergé dans le bain d'électrolyse, se comporte en régime dynamique comme un condensateur. Un tel comportement est analogue à celui d'un circuit électrique comportant un condensateur monté en parallèle avec la résistance ohmique de la

solution conductrice. L'impédance en ohm de ce circuit Z (2πf), qui varie en fonction de la fréquence de la tension alternative appliquée peut se calcule facilement à l'aide des équations classiques [81]. Le balayage en fréquence permet de caractériser le circuit électrique équivalent des échantillons d'acier avec et sans revêtement, qui peut être représenté par exemple comme un réseau de résistances en série et de capacitances en parallèle.

Pour cette analyse, l'échantillon est immergé dans le même bain d'électrolyse que celui utilisé pour l'essai de polarisation électrochimique décrit à la section précédente. De même, les intensités de courant et les fréquences du voltage appliqué sont enregistrées en temps réel par le même logiciel. La spectroscopie eis permet entre autres d’obtenir les diagrammes de Nydquist et de Bode à partir desquels il est possible définir le circuit résistif équivalent du revêtement dans la solution.

Procédure

Avant de procéder à l'essai eis, l'échantillon est mis sous tension durant 24 h suivant la procédure de potentiel ouvert (OCP), ce qui permet d'en stabiliser la surface. . Toutes les 3 h, on procède un essai eis. Pour des fins de comparaison, les résultats présentés sont ceux des essais effectués après 24 h de l’immersion à courant zéro.

Analyse des données

Les données de courant, de voltage, et des fréquences enregistrées lors de l'essai sont traitées par le logiciel Zman (Zive 2.3). Ce logiciel permet d’identifier le circuit électrique équivalent, au terme duquel il sélectionne le circuit montrant le plus d’affinités avec les diagrammes de Nyquist et Bode. Les données obtenues pour chacun des revêtements sont représentées sur la Figure 22.

Figure 22 : Diagrammes de Nyquist (droite) et diagrammes de Bode obtenus après les essais eis [81].

Le premier graphique du haut à droite appelé diagramme de Nyquist présente la réactance Z'' (2πf) ohm mesurée en fonction de la résistance ohmique pure Z'. Les second et troisième graphiques du bas à droite correspondent aux diagrammes de Bode, celui du haut à gauche montrant l'angle du déphasage mesuré lors du balayage en fréquence entre 0.001 et 106 Hz, et celui du bas à droite montre les variations de l'impédance ohmique Z (2πf) lors de ce même balayage.

L’efficacité d’un revêtement à résister à la corrosion peut être déterminée par le diagramme de Nyquist, lequel est représenté par un demi-cercle. Plus le diamètre de ce demi-cercle est élevé, plus sa résistance à la corrosion sera élevée.

Les circuits sélectionnés varient selon le revêtement déposé. Par exemple, une surface sans revêtement correspond à un circuit Rs-R1-Q1, où Rs représente respectivement la résistance ohmique, R1 la résistance à l’interface du substrat et monté en parallèle, Q1 la capacitance à l’interface du substrat. Une surface avec revêtement correspond à un circuit Rs-R1-Q1-R2-Q2, respectivement Rs est la résistance ohmique, R1 la résistance à l’interface du substrat et Q1 capacitance, R2 résistance du revêtement et Q2 capacitance du revêtement. Les modélisations de chaque échantillon avec ou sans revêtement ont été effectuées au moins trois fois pour s’assurer de la répétabilité des

résultats. Les résultats présentés seront les ajustements de ces courbes par rapport au circuit équivalent et permettront de classer selon la valeur de leur résistance.