Protection par traitements de surface par conversion

Au contact de l'atmosphère ou des milieux où ils sont placés, les métaux subissent une oxydation. Il en résulte la formation d'une couche d’oxyde qui, si elle est continue et insoluble dans le milieu donné, constitue une passivation pour le métal. Dans certains cas, cette couche protectrice se forme mal (discontinuités, épaisseur insuffisante). Il est donc préférable pour empêcher ces inconvénients d'effectuer un traitement de conversion. Il s'agit d'un traitement chimique ou électrolytique au cours duquel il y a réaction entre le métal traité et le bain de traitement, et formation d'une couche dont la composition est fonction du bain, des conditions de traitement et de la nature du métal. Cette couche de conversion, de propriétés connues et reproductibles, vient donc se substituer à la passivation qui se formerait naturellement, en évitant les inconvénients que nous avons signalés. Les couches de conversion sont composées d’oxydes, de chromates, de phosphates ou des sulfites. Ce sont donc des couches de protection anorganiques. Le liquide du processus contient des éléments qui en premier lieu font dissoudre une partie de la surface métallique. Les ions métalliques dissous réagissent immédiatement sur les éléments du liquide même et forment la couche de dépôt ou de conversion.

34 Le principal mécanisme entrant en jeu dans les procédés de traitements de conversion est un mécanisme de précipitation.

On différencie les couches de conversion selon leur procédé de fabrication, à savoir : électrolytique (oxydations anodiques sulfurique (O.A.S) et chromique (O.A.C)), et chimique (phosphatation et chromatation). Nous citons deux exemples différents de traitement de conversion couramment utilisées pour la protection de l’acier.

L’oxydation anodiques sulfurique : elle est généralement mise en œuvre dans un bain contenant 150 à 250 g/1 d’acide sulfurique, à une température comprise entre 16 à 24°C, sous une densité de courant de 1,2 à 1,8 A/dm2. La durée de traitement est de 20 à 60 min, l’épaisseur du film d’oxyde obtenu dépend de la composition chimique de l’alliage et varie en fonction de l’application recherchée et du secteur industriel concerné. Elle va généralement de 5 à 25 µm. Le traitement conduit à un gonflement équivalent à 33 % de l’épaisseur du film et à une légère augmentation de la rugosité. La couche d’oxyde est principalement constituée d’une structure poreuse. Un traitement de colmatage, hydratation de la couche poreuse, est nécessaire pour atteindre le maximum de résistance à la corrosion, mais l’adhérence peinture diminue sensiblement.

La chromatation : La chromatation est un traitement de conversion chimique pouvant être appliqué par aspersion ou par immersion à partir de solutions contenant du chrome hexavalent pour former des couches d’oxydes complexes. La durée de traitement varie de 1 à 3 minutes et la température maximale d’utilisation est de 70°C (pour éviter une fissuration importante de la couche). Les couches obtenues sont de faible épaisseur d’environ 0,5 µm, soit une masse surfacique de l’ordre de 1 g/m². La chromatation des aciers mettant en œuvre du Cr(VI) très efficace longtemps utilisée pour les applications se fait généralement pour des automobiles, aéronautique….

Son utilisation est interdite depuis 2006, parce que très toxique et pose des problèmes environnementaux. Le traitement par conversion nécessitant par fois l'emploi de réactifs très toxiques, pose des problèmes de pollution de l'environnement. La recherche s'oriente donc de plus en plus vers la mise en œuvre de technologies techniques propres, innovantes, faciles à mettre en œuvre, et surtout de moindre coût. Plusieurs procédés de traitement du surface par voie sèche ont été développés : le procédé par décharge à barrière diélectrique, par décharge inductive, par décharge micro-ondes, ou encore par décharge glissante (glidarc),...etc [8,9,28- 32]. Les technologies propres utilisées dans l'industrie permettent de réduire significativement le niveau d'impact sur l'environnement et l'importance des traitements de dépollution. Les techniques qui nous intéressent dans cette étude sont celles qui permettent d'élaborer une

35 couche protectrice à la surface du métal. Cette couche protectrice à la base d'oxydes métallique peut se faire suivant divers procédés de conversion. Elle peut également être par dépôt d’un revêtement barrière ou d’un revêtement semi barrière.

I.2.2.2. Conversion par voie sèche

I.2.2.2.1.Conversion par traitement par plasma d'air humide atmosphérique

Un plasma d'air humide est un plasma de décharge. Ce type de décharge, développé par Czernichowski [33], s'obtient en appliquant une différence de potentiel alternative ou continue, généralement élevée, entre deux ou plusieurs électrodes de profils continument divergents et disposées symétriquement autour d'un jet de gaz.

L'arc décharge électrique prend naissance au minimum d'écartement des électrodes, glisse le long de ces dernières et se rompt en générant un panache de plasma froid. Ce dispositif, connu sous le nom de glidarc, génère, en grande quantité, des espèces excitées et des radicaux libres qui confèrent au plasma des propriétés chimiques particulieres [33-37]. Lorsque le gaz plasmagène est l'air, on obtient des espèces radicalaires hautement oxydantes, telles que OH• et NO• [8], pouvant créer des oxydes métalliques à la surface du métal traité, formant ainsi une couche protectrice augmentant la résistance à la corrosion [8-10,28].

F. Depenyou et al. [9] ont mené une étude sur l'acier au carbone AISI 1018 traité par plasma d'air humide de type glidarc. L'acier est exposé au plasma avec un débit d''air humide saturé de 13,33 L.min-1 et à une distance de l'extrémité de l'électrode de 2,5 cm. Après traitement, il est immergé dans une solution de NaCl 0,5 M purgé par N2 durant 30 min. L'influence du temps d'exposition au plasma est étudiée à partir des courbes de polarisation potentiodynamique. Il apparait que la densité de courant de corrosion de l'acier diminue avec le temps d’exposition au plasma avec un déplacement du potentiel de corrosion vers le sens positif. Ce déplacement traduit une passivation du matériau traité par plasma, justifié par la présence d'une couche barrière sur la surface de l'acier.

Benstaali et al. [8] ont effectué une étude du même type sur des aciers inoxydables austénitiques 304L et 316L. Ces aciers sont disposés dans la zone non thermique du plasma, perpendiculairement au flux gazeux (débit 16,25 L.min-1), et à 4,5 cm de la naissance de l'arc électrique. L'interaction d'un tel plasma avec ces aciers conduit à la formation de fines couches barrières d'hydroxydes de fer Fe(OH)3 en surface. Les propriétés anticorrosives de ces couches augmentent avec la durée d'exposition au plasma.

Benstaali et al. [8] ont identifié les espèces produites par le traitement de la surface du fer au plasma d'air humide de type glidarc dans une solution de NaOH (25 mM) à partir de courbes de réduction électrochimique. Des oxydes de fer de type Fe(OH)2 et Fe(OH)3 apparaissent

36 majoritairement pour une très faible exposition au plasma (5 min). La croissance de ces espèces augmente en fonction du temps d'exposition formant une couche protectrice du fer contre la corrosion.

N. Bellakhal et al. [38] montrent que l'exposition d'une surface de cuivre à un plasma d'air humide de type glidarc produit une couche d'oxydes de cuivre de type Cu2O et CuO. Cette couche a été identifiée par la technique de voltamétrie à balayage linéaire.

M. Abdessalem et al. [39], qui ont travaillé avec le zinc, ont montré que la couche l'oxyde de zinc (ZnO) produite augmentait avec le temps d'exposition au plasma et avec le débit d'air humide.