EFFET D’UN FAIBLE CHAMP MAGNETIQUE ET DU POTENTIEL IMPOSE SUR COMPORTEMENT A LA CORROSION DE D’ALUMINIUM (AA1370)

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3^ème Conférence Internationale sur

le Soudage, le CND et l’Industrie des Matériaux et Alliages (IC-WNDT-MI’12) Oran du 26 au 28 Novembre 2012.

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EFFET D’UN FAIBLE CHAMP MAGNETIQUE ET DU POTENTIEL IMPOSE SUR COMPORTEMENT A LA CORROSION DE

D’ALUMINIUM (AA1370)

Rabeh Slimani ¹,Nacer Zazi¹,Kamel Chakkai¹,Hania Boukharoub¹ 1: laboratoire de Mécanique structure et énergétique, Département de Génie

Mécanique, UniversitéMouloud Mammeri Tizi-Ouzou Faculté du Génie de la Construction UMMTO, 1500 Tizi-Ouzou, slimanirab@gmail.com, zazinacer@yahoo.fr, kamchekka@yahoo.fr

Résumé :

Le comportement de l’aluminium (AA1370), représentant un bon candidat pour remplacer les fils électriques utilisés dans les avions, en milieu aqueux de la solution de 0,3% de NaCl à été étudié par voie électrochimique, en présence et en absence d’un faible champ magnétique, et sous un potentiel imposé. Une étude potentiostatiques et la mesure potentiel de corrosion libre ont montrés que la présence d’un champ magnétique de faible intensité et d’un potentiel imposé influent sur la cinétique et la morphologie de la corrosion. Les testes électrochimiques et l’observation microscopique ont montrés que l’aluminium (1370) se comporte mieux à la corrosion par piqûre sous un faible potentiel imposé et en absence champ magnétique.

Mots clés : Aluminium AA1370, corrosion par piqûre, microdureté, potentiostatiques, champ magnétique

1 Introduction :

Malgré son potentiel très électronégatif (-1,66 V/ENH), l’aluminium est très résistant à la corrosion générale. La bonne tenue à la corrosion de l’aluminium dépend de la formation et du maintien à sa surface d’un film d’alumine [1]. Cette résistance cependant est limitée à des environnements où ces oxydes sont légèrement solubles entre pH= 4 et 9 [1] le problème rencontré dans ces pH est la corrosion localisée.

Plusieurs théories sur la corrosion par piqûres, et particulièrement leurs utilisations ont été étroitement reliées à la rupture du film passif. Dans l’aluminium, la corrosion se manifeste lorsque des ions agressifs tels que les chlorures, rompent localement la protection ou attaquent le film [2-3]. La corrosion par piqûre s’amorce aux défauts de la pellicule d’oxyde quelle brise et apparaisse généralement à l’emplacement d’hétérogénéités superficielles.

L’aluminium de première fusion renferme 0,1% de Fer, qui est au dessous de la limite de solubilité du fer dans l’aluminium à la température ambiante. En outre peu de produits sont élaborés à partir de l’aluminium de première fusion, une grande quantité de l’aluminium et ses alliages recyclés sont employés pour la fabrication de produits, ceci augmente la teneur du fer dans les alliages d’aluminiums. L’aluminium à haute pureté à une grande résistance à la corrosion, ceci il le doit au film passif d’alumine qui se forme à sa surface mais les phases riches en fer constituées un site favorable

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http://www.csc.dz/ic-wndt-mi12/index.php 123 pour les réactions cathodiques et représentent un emplacement adéquat pour la formation de piqûres.

En outre le fer est plus noble que l’aluminium, sa présence dans une solution solide d’aluminium affecte la cinétique de la dissolution anodique et constituée un facteur important dans la corrosion de l’aluminium [4-7].

Nous avons évalué les phénomènes de corrosion et examiné la cinétique des réactions par des méthodes électrochimiques en présence d’un milieu agressif contenant du Cl^-, solution à 0,3% de NaCl de conductivité 6,02 mS/cm à la température 30,07°C.

Les méthodes d’investigation mises en œuvre pour cette étude consistent en des techniques potentiostatique et les mesures du potentiel de la corrosion libre. Des moyens d’observation comme la microscopie optique et à balayage ont été utilisés pour l’observation de la surface. La mesure de la microdureté Vickers ont permet d’examiner l’état de contrainte de la surface en fonction de la distance de la surface externe.

2 Méthodes d’expérimentation :

Le matériau étudié, l’aluminium de haute pureté (AA1370), a était prélevé pour les essais de corrosion, la microscopie optique, électronique à balayage et microdureté à partir de d’un fil en aluminium de 2mm de diamètre, sa légèreté et sa bonne conductivité font de lui un bon candidat pour remplacé le fil électrique de cuivre utilisé dans les avions. La composition chimique de ce fil est donnée par le tableau 1.

Tableau 1 : composition chimique de l’aluminium étudié :

Al Fe max

Si max

Cu max

Zn max

Ti max

V max

Ga max

Mg max

Mn max

Cr max

B max 99.70 0,25 0,10 0,020 0,040 0,020 0,020 0,03 0,020 0,010 0,010 0,020

Pour les essais électrochimiques, la surface des électrodes de travail est la section du fil (S=3,14mm²), les échantillons ont été polies mécaniquement sur les papiers abrasifs de 240 à 4000 et rincés à l'eau distillée. La cellule utilisée pour le montage à une capacité de 1 litre, l’électrode de référence utilisée est l’électrode d’Ag/AgCl, deux contre électrodes en graphite ont été utilisés.

Les études de corrosion, ont été réalisées par immersion du de l’échantillon d’aluminium AA1370 dans une solution aqueuse de faible agressivité de chlorure de sodium de 0,3% en masse de pH=7 en présence et en absence d’un faible champ magnétique de quelques MICRO TESLA. Les mesures ont été faites à la température 302°C.

L’observation et l’analyse d’image des échantillons est effectuée par un microscope optique (MO) avant et après corrosion et un MEB de marque PhilipsESEM–XL30 à filament en tungstène avant corrosion.Les études microscopiques sont réalisées en différents endroits sur les échantillons, les plages les plus représentatives de la surface examinée étant retenues.

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http://www.csc.dz/ic-wndt-mi12/index.php 124 3 Résultats et discussion :

Les microstructures à la surface perpendiculaire au filage et la surface au cœur du fil dans le plan parallèle à la direction du filage, des échantillons prélevés à partir fil d’aluminium (AA1370) à l’état de réception, est présentée sur la Figure 1(a,b), Ces microstructure ne révèle aucune existence ni de précipités ni de particules intermétallique à la surface de ces l’échantillons. Ceci dit les impuretés se trouvent dans cet alliage ne se présentent pas sous la forme d’un composé chimique ou intermétallique, mais distribués dans le volume du matériau. Tous les échantillons ont subis un polissage de 120 à 4000 par les papiers abrasifs. La trace de ces derniers à était constaté à la surface des échantillons.

Figure 1 :Microstructures obtenus par microscopie électronique à balayage (MEB),des échantillons prélevés (a) sur le plan perpendiculaire à la direction du filage, (b) au cœur du fil dans le plan à la direction du

filage.

Les mesures de microdureté ont été obtenues à l’aide du duromètre ZWICK ROEL ZHV1M sous une charge de 25g. Nous avons effectués des mesures de microdurété à la surface perpendiculaire à la direction de filage à différentes position de la surface externe du fil. Les résultats obtenus (Tableau 2, Figure 2) montrent que la dureté à la surface externe du fil est plus grande. Ceci implique que la valeur des contraintes résiduelles à la surface est différente de la valeur des contraintes résiduelles au cœur des échantillons. Ceci est le résultat de l’écrouissage subi par cette surface au cours de l’élaboration du fil, le maximum des contraintes de déformation est situé à la surface du fil.

Tableau 1 : Evolution de la dureté de la surface au cœur :

Dureté Vickers (Hv)

52 50 47 45 45

Distance de la surface du fil (m)

51,5 54 56 78 1000

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http://www.csc.dz/ic-wndt-mi12/index.php 125 Figure 2: Variation de Dureté Vickers en fonction de la distance de la surface du fil

La Figure (3,4) que de corrosion de l’aluminium (AA1370) dans une solution de 0,3% de NaCl sous potentiel imposé est une corrosion par piqûre. La corrosion sous un potentiel imposé de 2V (Figure 3.(b)) montre que les propriétés chimiques de la surface externe sont différentes de celle du cœur du fil, puisque la réponse en corrosion de la surface externe est différente de la réponse en corrosion du cœur. Ceci dit, nous pouvons dire que les propriétés chimiques du matériau dépondent de l’histoire thermomécanique du matériau. La Figure 3(d) montre qu’un faible champ magnétique de (10m), influe sur la morphologie de corrosion.

Figure 3 : Microstructure de l’aluminium (AA1370) après 24 h d’immersion dans une solution de 0,3% de NaCl : (a) essai potentiostatique "E imposé = 0 mV/ (Ag /AgCl), (b) essai potentiostatique "E imposé = 1,5V / (Ag /AgCl), (c) effet loup de la surface de l’échantillon essai

potentiostatique "E imposé = 1,5V / (Ag /AgCl) (d) essai potentiostatique "E imposé = 0 mV/

(Ag /AgCl en présence d’un champ magnétique de 10m.

La Figure (3) ( c, d ) représentant la microstructure de l’aluminium (AA1370), prise à la surface externe, confirme la sensibilité élevée à la corrosion par piqûre cette surface.

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http://www.csc.dz/ic-wndt-mi12/index.php 126 Figure 4 : Microstructure de l’aluminium (AA1370) après 24 h d’immersion dans une solution de 0,3% de NaCl : (a) essai potentiostatique "E imposé = 0 mV/ (Ag /AgCl), (b) essai potentiostatique "E imposé = 1,5V / (Ag /AgCl), (c), (d) essai potentiostatique "E imposé = 0 mV/

(Ag /AgCl en présence d’un champ magnétique de 10m.

La figure 5 montre l’évolution du potentiel de corrosion libre au cours du temps, ce test de corrosion est le premier indice pour estimer l’évolution de la sévérité potentielle de la dégradation pendant l’immersion. La courbe montre que le potentiel de corrosion de l’aluminium(AA1370) en absence du champ magnétique passe par une étape d’importante augmentation et une importante diminution par la suite. La forte évolution du potentiel au début de l’immersion est due soit à l’activation de la réaction cathodique du phénomène de corrosion, soit à un abaissement de l’activité anodique. Puis une diminution du potentiel de corrosion montre que soit le processus d’activation des réactions cathodique ou le processus d’abaissement des réactions anodiques ont évolués. Sur la courbe du potentiel de corrosion de l’aluminium (AA1370) en présence du champ magnétique augmente légèrement puis diminue. De ce fait nous pouvons dire que la présence du champ magnétique bloque soit le processus d’activation des réactions cathodiques soit le processus d’abaissement des réactions anodiques. Au début de l’immersion le potentiel en présence ou en absence du champ sont très proche, divergent par suite et puis convergent après 24h d’immersion.

Figure 5 : évolution du potentiel libre de corrosion de l’aluminium (AA1370) dans la solution de 0,3%de NaCl : (a) en absence du champ magnétique, (b) en présence du champ magnétique, (c) 1

en absence du champ magnétique, 2 en présence du champ magnétique.

La densité courant mesuré en corrosion libre ou en corrosion sous un potentiel imposé de 1,5 V montre un faible champ magnétique influe énormément sur le courant mesure sous une tension

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http://www.csc.dz/ic-wndt-mi12/index.php 127 imposé de 1,5 V (Figure 6). De ce fait nous pouvons dire qu’un champ magnétique sur la densité de courant mesuré lors de la corrosion de l’aluminium (AA1370).

Figure 6 : Densité de courant mesuré sous potentiel imposé : (a) de 0 V en absence du champ, (b) de 0 V en présence du champ, (c) de 0 V en absence et en présence du champ, (d) de1,5 V en absence du champ ,(e) de 1,5 V en présence du champ, (f) de 1,5V en absence et présence du champ.

4 Conclusion :

Suite aux résultats de cette étude, nous pouvons donner les conclusions suivantes :

1) la présence d’un champ magnétique influe considérablement sur la morphologie de corrosion, la cinétique de corrosion et à potentiel imposé élève la densité de courant enregistré.

2) La morphologie de corrosion de la surface externe du fil d’aluminium est différente de celle du centre du fil, ceci est plus visible après essais potentiostatique sous tension imposé de 1,5V et la dureté de la surface externe est plus grande que la dureté du centre.

3) Dans les conditions opératoires examinées, la corrosion observée sur le fil l’aluminium (AA1370) est une corrosion par piqûres.

4) Le potentiel imposé accélère le phénomène de corrosion localisé par piqûre.

Références

[1] M.Pourbaix « Atlas d’équilibre électrochimiques à 25°C, Villard,1963.

[2] Elboudjaini.M, Ghali.E, Galibois.A ,”corrosion par piqûres des alliagesd’aluminium 5083- H321 ” J of Applied Electrochemistry 18:257-267,1988.

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http://www.csc.dz/ic-wndt-mi12/index.php 128 [3] Mayet, H. Etude de la corrosion par piqûre des alliages d’aluminium par analyse des fluctuations de courant de potentiel à l’abondon. Thèse sci, / INPCG, 172p, 1996.

[4] RajanAmbat, Alison J.Davenport, Geoff M. Scamans, Andreas Afseth, Effect of iron-containning intermetallic particles on the corrosion behavior of aluminium, Corrosion Science 48 pp3455- 3471, 2008.

[5] R.Oltra et B.Vuillemin, Electrochimie et corrosion à l’échelle microstructures PlastOx 2007, 191- 203. EDP Sciences, 2009.

[6] I.N.A.Oguocha, O.J.Adigun, S.Yanacopoulos Effect of sensitisation heat treatment on properties of Al-Mg alloy AA5083-H116 J Materials Science 43:4208-4214, 2008.

[7] N.Zazi, A.Bouabdallah, Omar Aaboubi, J.P.Chopart J.Solid State Electrochem Pretreatment effects on the electrochemical responses for aluminium-magnesium alloy AA5083 corrosion behavior, J solid state electrochem 14, 1705-1711, 2010.