[0001] La présente invention s'inscrit dans le domaine du traitement de surface des pièces
en alliages légers constituées à base d'aluminium, d'alliage d'aluminium, de magnésium
ou d'alliage de magnésium, en vue de leur conférer une protection contre la corrosion.
Plus particulièrement, elle concerne un procédé de traitement de surface des pièces
en aluminium ou en magnésium ou en un de leurs alliages respectifs.
[0002] Suivant l'utilisation à laquelle elles sont destinées, les pièces réalisées à base
d'alliage d'aluminium ou d'alliage de magnésium doivent subir des opérations de traitement
de surface, afin d'augmenter leur résistance à la corrosion. C'est en particulier
le cas pour les pièces destinées à un usage dans l'industrie aéronautique, pour lesquelles
il est imposé des exigences sévères, notamment en termes de performance au test de
tenue au brouillard salin.
[0003] Il existe à l'heure actuelle plusieurs techniques de traitement de surface des pièces
en alliage d'aluminium, permettant d'augmenter leurs propriétés de résistance à la
corrosion. Une première de ces techniques est le traitement de conversion chimique
de l'alliage d'aluminium. Le plus courant de ces procédés, connu sous son appellation
commerciale « Alodine® 1 200 » de la société Henkel, réalise un traitement de chromatation.
Il met à cet effet en oeuvre une substance à base de chrome hexavalent. Si ce procédé
permet de conférer à l'alliage d'aluminium une bonne résistance à la corrosion, tout
en assurant une capacité de conduction électrique de la pièce, par la formation sur
la pièce d'une couche de surface complexe composée principalement d'hydroxydes, d'oxyhydroxydes
de chrome et d'aluminium, il soulève cependant un problème environnemental. Les substances
à base de chrome hexavalent s'avèrent en effet toxiques pour les organismes vivants.
[0004] Une autre technique utilisée de manière classique pour améliorer de manière significative
la résistance à la corrosion des pièces en alliage d'aluminium met en oeuvre une étape
d'anodisation, suivie d'une ou plusieurs étapes de colmatage, c'est-à-dire d'obturation
ou fermeture des porosités existantes dans la couche anodique poreuse créée en surface
de la pièce par l'étape d'anodisation. Il en existe plusieurs types. Le plus couramment
mis en oeuvre pour obtenir une augmentation importante de la résistance des pièces
à la corrosion, en vue notamment de répondre aux exigences du secteur aéronautique,
consiste en une oxydation anodique chromique, suivie d'un colmatage hydrothermal à
base de bichromate de potassium. Là encore, dans ces différentes étapes, ce procédé
met ainsi en oeuvre une substance à base de chrome hexavalent, dangereux pour la santé.
[0005] Concernant les pièces en alliage de magnésium, il existe également à l'heure actuelle
plusieurs techniques de traitement de surface permettant d'augmenter leurs propriétés
de résistance à la corrosion. Une de ces techniques est le traitement de conversion
chimique de l'alliage de magnésium. Le plus courant de ces procédés, connu sous l'appellation
mordançage, réalise un traitement de chromatation. Il met à cet effet en oeuvre une
substance à base de chrome hexavalent. Si ce procédé permet de conférer à l'alliage
de magnésium une bonne résistance à la corrosion, par la formation sur la pièce d'une
couche de surface complexe composée principalement d'hydroxydes, d'oxyhydroxydes de
chrome et de magnésium, il soulève cependant également, pour les mêmes raisons qu'exprimé
ci-avant, un problème environnemental.
[0006] Par ailleurs, il a été proposé par l'art antérieur, notamment illustré par, les documents
US 5,304,257,
US 5,374,347 ou encore
WO 2006/088519, des procédés de traitement de surface de pièces en aluminium comprenant l'immersion
de la pièce dans deux bains successifs, dont un premier bain contenant un sel métallique
inhibiteur de corrosion autre qu'un sel de chrome hexavalent, et un composé oxydant,
et un deuxième bain contenant un composé oxydant. La résistance à la corrosion des
pièces ainsi traitées ne s'avère cependant pas satisfaisante, et elle est notamment
inférieure à celle obtenue par les traitements mettant en oeuvre du chrome hexavalent.
[0007] Le document
US 2011/300390 décrit un procédé de revêtement d'un substrat métallique comprenant l'immersion successive
de ce substrat dans un bain aqueux contenant des ions cérium, puis dans un bain contenant
un composé à base de zirconium choisi parmi le nitrate de zirconium et l'hexafluorozirconate,
ainsi qu'un nitrate de métal tel que du nitrate d'yttrium.
[0008] Le document
US 2006/113007 décrit un procédé de revêtement d'un substrat métallique comprenant l'immersion de
ce substrat dans une composition aqueuse contenant deux sels de terre rare et un composé
oxydant. La présente invention vise à remédier aux inconvénients des procédés
de traitement de surface des pièces en alliage d'aluminium ou en alliage de magnésium
en vue d'augmenter leur résistance à la corrosion, tels qu'ils sont proposés par l'art
antérieur, notamment à ceux exposés ci-avant, en proposant un tel procédé qui ne mette
en oeuvre aucune substance toxique pour les organismes vivants, et notamment pas de
chrome hexavalent, tout en présentant des performances, en termes de protection des
pièces contre l'oxydation, qui soient au moins équivalentes aux procédés de l'art
antérieur mettant en oeuvre des substances à base de chrome hexavalent.
[0009] Il a maintenant été développé par les présents inventeurs un procédé de traitement
de surface des pièces en alliage d'aluminium ou en alliage de magnésium, qui permet
d'atteindre ces objectifs, et ceci qu'il soit mis en oeuvre aussi bien en alternative
des procédés de conversion chimique existants, sur des pièces nues non préalablement
traitées, qu'en alternative des procédés de colmatage existants, sur des pièces ayant
préalablement subi une anodisation, de quelque type qu'elle soit.
[0010] Il est ainsi proposé selon la présente invention un procédé de traitement de surface
d'une pièce en aluminium ou en magnésium ou en un de leurs alliages respectifs, c'est-à-dire
en alliage d'aluminium ou en alliage de magnésium, tel que défini dans la revendication
1.
[0011] On entend dans la présente description, par inhibiteur de corrosion, un élément qui,
présent en faible concentration dans un revêtement formé sur une pièce, ralentit ou
stoppe le processus de corrosion de la pièce en contact d'un milieu corrosif.
[0012] Un métal de transition est ici défini de manière classique en elle-même, comme un
métal du bloc d du tableau de Mendeleïv, à l'exception du lutécium et du lawrencium.
[0013] Le sel de chrome trivalent peut notamment être un sulfate, un chlorure, un nitrate,
un fluorure, un acétate, etc. On entend dans la présente description, de manière classique
en elle-même, par chrome trivalent, du chrome à l'état d'oxydation +3. On entend,
par chrome hexavalent, du chrome à l'état d'oxydation +6.
[0014] De manière tout à fait avantageuse, en termes de performance du traitement sur la
résistance de la pièce à la corrosion, le deuxième bain comprend, outre un composé
oxydant, un sel de terre rare inhibiteur de corrosion. Les terres rares sont ici définies
de manière classique en elle-même, et englobent les quinze lanthanides, le scandium
et l'yttrium.
[0015] Le sel de terre rare inhibiteur de corrosion peut être par exemple un sel de lanthanides
tel que de cérium, de lanthane, de praséodyme, de néodyme, de prométhium, de samarium,
d'europium, de gadolinium, de terbium, de dysprosium, d'holmium, d'erbium, de thulium,
d'ytterbium, de lutécium ; un sel de scandium ; ou un sel d'yttrium. Ce sel peut notamment
être un sulfate, un chlorure, un nitrate, un fluorure, un acétate, etc. Les sels de
cérium, pouvant être à l'état d'oxydation +4, et préférentiellement à l'état d'oxydation
+3, en particulier sous forme de nitrate, sont particulièrement préférés dans le cadre
de l'invention, de même que les sels de lanthane.
[0016] Les substances à base de chrome dans un état d'oxydation +3, de même que les sels
de cérium et les sels de lanthane, ne sont en particulier avantageusement pas nuisibles
pour l'environnement ou la santé.
[0017] Un tel procédé permet avantageusement de former sur la surface de la pièce une couche
d'oxydes / hydroxydes contenant du métal issu du sel métallique présent dans le premier
bain, du chrome trivalent, et de la terre rare issue du sel de terre rare présent
dans le deuxième bain, par exemple du cérium ou du lanthane. Cette couche présente
d'excellentes propriétés de résistance à la corrosion, et protège ainsi efficacement
la pièce contre la corrosion. En particulier, la succession des étapes d'immersion
dans chacun du premier bain et du deuxième bain, induisant chacune une conversion
chimique du matériau en surface de la pièce, permet d'obtenir un effet synergique,
qui conduit, de manière inattendue, à des propriétés de résistance à la corrosion
de la pièce bien supérieures à celles obtenues par immersion dans un seul de ces bains,
ou dans deux bains successifs dont le second contiendrait uniquement un composé oxydant,
ou uniquement un sel de terre rare inhibiteur de corrosion. Ces propriétés permettent
notamment de répondre aux exigences du secteur aéronautique. La couche de conversion
obtenue à la surface de la pièce permet en outre avantageusement d'assurer une conduction
électrique, et elle constitue également une bonne base d'accroché pour les systèmes
de peinture utilisés notamment dans le secteur aéronautique. L'adhérence de systèmes
de peinture conventionnels sur la couche de surface formée sur la pièce par le procédé
conforme à l'invention est notamment aussi bonne que celle obtenue pour les pièces
traitées par les procédés de l'art antérieur mettant en oeuvre du chrome hexavalent.
[0018] Dans des modes de mises en oeuvre de l'invention, une ou plusieurs étapes de rinçage
de la pièce, par exemple à l'eau, sont réalisées entre l'immersion dans le premier
bain et l'immersion dans le deuxième bain.
[0019] Dans l'un comme l'autre du premier bain et du deuxième bain, le composé oxydant peut
être de tout type connu en lui-même pour les bains de conversion chimique de l'aluminium
ou du magnésium ou de leurs alliages respectifs. Des composés ne présentant pas d'effet
nocif sur l'environnement sont particulièrement préférés dans le cadre de l'invention.
[0020] Concernant le premier bain, il entre dans le cadre de la présente invention tout
composé apte à activer la surface de la pièce par dissolution de la couche de passivation
naturelle et du substrat, entraînant une augmentation locale du pH et par conséquent
la précipitation sous forme d'oxydes / d'hydroxydes des composés actifs, c'est-à-dire
du chrome trivalent, et du métal constituant la pièce. Les composés oxydants sont
des substances à base de fluorures, telles que le fluorure d'ammonium ou le fluoro-zirconate
de potassium K
2ZrF
6, de permanganate, telles que le permanganate de potassium, de peroxyde de dihydrogène
H
2O
2. La concentration en composé oxydant dans le premier bain peut notamment être comprise
entre 0,1 et 50 g/L.
[0021] Le sel de chrome trivalent et le composé oxydant présents dans le premier bain peuvent
être constitués par deux composés différents, ou par un seul et même composé apte
à assurer à lui seul les deux fonctions d'inhibition de la corrosion et d'oxydation,
par exemple par le fluorure de chrome trivalent CrF
3.
[0022] Concernant le deuxième bain, le composé oxydant est choisi pour être apte à oxyder
la surface de la pièce, entraînant ainsi sa propre réduction simultanée, avec, là
encore, augmentation locale de pH et précipitation d'oxydes / hydroxydes de terre
rare / chrome trivalent / métal constituant la pièce. Les composés oxydants sont des
substances à base de fluorures, telles que le fluorure d'ammonium ou le fluoro-zirconate
de potassium K
2ZrF
6, de permanganate, telles que le permanganate de potassium, de peroxyde de dihydrogène
H
2O
2.
[0023] Suivant des modes de réalisation particuliers, l'invention répond en outre aux caractéristiques
suivantes, mises en oeuvre séparément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement
opérantes.
[0024] Le sel de chrome trivalent peut être amené sous toute forme classique en elle-même
pour des traitements de conversion chimique de substrat métallique, notamment sous
forme de fluorure, chlorure, nitrate, acétate, acétate hydroxyde, sulfate, potassium
sulfate, etc., de chrome trivalent, par exemple CrF
3,xH
2O, CrCl
3,xH
2O, Cr(NO
3)
3,xH
2O, (CH
3CO
2)
2Cr,xH
2O, (CH
3CO
2)
7Cr
3(OH)
2,xH
2O, Cr
2(SO
4)
3,xH
2O, CrK(SO
4)
2,xH
2O, etc.
[0025] Dans des modes de mise en oeuvre préférés de l'invention, le sel de chrome trivalent
présent dans le premier bain est choisi parmi les fluorures et les sulfates. Il s'agit
par exemple de trifluorure de chrome CrF
3, de sulfate de chrome de potassium CrK(SO
4)
2, ou de sulfate de chrome Cr
2(SO
4)
3.
[0026] Dans des modes de mise en oeuvre de l'invention, l'étape d'immersion dans le premier
bain répond à l'un ou plusieurs des paramètres opératoires suivants :
- la température du premier bain est comprise entre 10 et 80 °C, de préférence entre
20 et 50 °C, par exemple égale à 40 °C ;
- le pH du premier bain est compris entre 1 et 7, de préférence entre 2 et 5, par exemple
égal à 3,5 ;
- la durée d'immersion dans le premier bain est comprise entre 1 et 60 minutes, de préférence
entre 5 et 30 minutes, et préférentiellement entre 10 et 20 minutes ;
[0027] La concentration en sel de chrome trivalent dans le premier bain est préférentiellement
comprise entre 0,5 et 50 g/L, de préférence entre 1 et 20 g/L.
[0028] Des compositions particulièrement préférées du premier bain mettent en oeuvre le
fluoro-zirconate de potassium K
2ZrF
6 en tant que composé oxydant, et répondent aux compositions respectives suivantes
:
- CrF3,4H2O à une concentration comprise entre 0,5 et 50 g/L, de préférence entre 1 et 20 g/L,
préférentiellement égale à 6 g/L ; et K2ZrF6 à une concentration comprise entre 0,1 et 30 g/L, de préférence entre 0,5 et 10 g/L,
préférentiellement égale à 1 g/L ;
- ou CrK(SO4)2,6H2O à une concentration comprise entre 0,5 et 50 g/L, de préférence entre 1 et 20 g/L,
préférentiellement égale à 2 g/L ; et K2ZrF6 à une concentration comprise entre 0,5 et 50 g/L, de préférence entre 1 et 20 g/L,
préférentiellement égale à 5 g/L ;
- ou Cr2(SO4)3,xH2O à une concentration comprise entre 0,5 et 50 g/L, de préférence entre 1 et 20 g/L,
préférentiellement égale à 2 g/L ; et K2ZrF6 à une concentration comprise entre 0,5 et 50 g/L, de préférence entre 1 et 20 g/L,
préférentiellement égale à 2 g/L.
[0029] Le cérium ou le lanthane pouvant être présents dans le deuxième bain présentent de
préférence un état d'oxydation +3. Le sel de cérium ou de lanthane peut être amené
sous toute forme, notamment de chlorure, fluorure, nitrate, sulfate, acétate, etc.,
de cérium, par exemple CeCl
3,xH
2O, CeF
3,xH
2O, Ce(NO
3)
3,xH
2O, Ce
2(SO
4)
3,xH
2O, Ce(CH
3CO
2)
3,xH
2O, etc. ; ou de lanthane, par exemple LaCl
3,xH
2O, LaF
3,xH
2O, La(NO
3)
3,xH
2O, La
2(SO
4)
3,xH
2O, La(CH
3CO
2)
3,xH
2O, etc.
[0030] Dans des modes de mise en oeuvre préférés de l'invention, le sel de terre rare présent
dans le deuxième bain est le nitrate de cérium Ce(NO
3)
3 ou le nitrate de lanthane La(NO
3)
3.
[0031] Dans des modes de mise en oeuvre de l'invention, l'étape d'immersion dans le deuxième
bain répond à l'un ou plusieurs des paramètres opératoires suivants :
- la température du deuxième bain est comprise entre 10 et 80 °C, de préférence entre
15 et 40 °C, et préférentiellement entre 20 et 30 °C ;
- le pH du deuxième bain est compris entre 1 et 7, de préférence entre 2 et 5, par exemple
égal à 3 ou à 3,5 ;
- la durée d'immersion dans le deuxième bain est comprise entre 1 et 60 minutes, de
préférence entre 2 et 20 minutes, et préférentiellement entre 5 et 10 minutes ;
[0032] La concentration en sel de terre rare, notamment en sel de cérium ou de lanthane,
dans le deuxième bain est comprise entre 0 et 50 g/L, de préférence entre 1 et 10
g/L, par exemple égale à 5 g/L.
[0033] Une composition particulièrement préférée pour le deuxième bain met en oeuvre le
peroxyde de dihydrogène H
2O
2 en tant que composé oxydant, et répond à l'une des compositions suivantes : Ce(NO
3)
3,6H
2O ou La(NO
3)
3,6H
2O, à une concentration comprise entre 0,1 et 50 g/L, de préférence entre 1 et 10 g/L,
préférentiellement égale à 5 g/L, et H
2O
2, solution à 35 % v/v, à une concentration comprise entre 5 et 500 mL/L, de préférence
entre 5 et 200 mL/L, de préférence encore entre 10 et 100 mL/L, préférentiellement
égale à 50 mL/L.
[0034] De manière plus générale, lorsque le composé oxydant choisi pour le deuxième bain
est le peroxyde d'hydrogène H
2O
2, ce dernier est incorporé sous forme d'une solution aqueuse par exemple à 35 % v/v
ou à 30 % v/v, pour obtenir une concentration dans le bain comprise entre 5 et 500
ml/l, de préférence entre 5 et 200 mL/L, de préférence encore entre 10 et 100 mL/L,
et préférentiellement égale à 50 mL/L.
[0035] Dans des modes de mise en oeuvre de l'invention, la pièce est soumise à une étape
de traitement par anodisation préalablement à son immersion dans le premier bain et
le deuxième bain. L'invention s'exprime alors également en termes de procédé de colmatage
post-anodisation. L'étape préalable de traitement par anodisation peut être mise en
oeuvre selon toute méthode connue en elle-même. De préférence, elle ne met en oeuvre
aucune substance à base de chrome hexavalent. Sont particulièrement préférées dans
le cadre de l'invention les anodisations du type anodisation sulfurique, diluée ou
non, telles que l'Oxydation Anodique Sulfurique standard (dite OAS standard), l'Oxydation
Anodique Sulfurique diluée (dite OAS diluée), l'Oxydation Anodique Sulfo-Tartrique
(OAST), l'Oxydation Anodique Sulfo-Borique (OASB), etc. Ces méthodes sont bien connues
de l'homme du métier.
[0036] Dans des modes de mise en oeuvre particuliers de l'invention, la pièce est soumise
à une étape de dégraissage et/ou de décapage préalablement à son immersion le premier
bain et le deuxième bain, de sorte à éliminer les graisses, salissures et oxydes présents
sur sa surface. Dans le cas où le procédé comprend une étape de traitement par anodisation,
cette étape de préparation de surface part dégraissage et/ou décapage est avantageusement
mise en oeuvre avant l'anodisation.
[0037] Plus particulièrement, l'étape préalable de préparation de surface peut comporter
une ou plusieurs des opérations suivantes :
- dégraissage au solvant, pour dissoudre des graisses présentes à la surface de la pièce.
Cette opération peut être réalisée par trempage, aspersion, ou toute autre technique
connue en elle-même. Elle peut par exemple être réalisée par trempage dans du methoklone
ou de l'acétone, à une température inférieure à 42 °C, pendant une durée comprise
entre 5 secondes et 3 minutes ;
- dégraissage alcalin, pour dissoudre des graisses présentes à la surface de la pièce.
Cette opération peut être réalisée par trempage, aspersion, ou toute autre technique
connue en elle-même. Elle peut par exemple être réalisée par trempage dans un mélange
de TURCO 4215 NCLT à 40 à 60 g/L, et du TURCO 4215 additif à 5 à 20 g/L, commercialisés
par la société HENKEL, à une température comprise entre 50 et 70 °C, pendant une durée
comprise entre 10 et 30 minutes ;
- décapage alcalin, pour dissoudre les oxydes naturellement formés à la surface de la
pièce. Cette opération peut être réalisée par trempage, aspersion, ou toute autre
technique connue en elle-même. Elle peut par exemple être réalisée par trempage dans
une solution d'hydroxyde de sodium à 30 à 70 g/L, à une température comprise entre
20 et 60 °C, pendant une durée comprise entre 10 secondes et 2 minutes. A l'issue
de cette opération, la pièce est recouverte d'une couche pulvérulente formée de produits
d'oxydation des composés intermétalliques, qu'il convient d'éliminer par une étape
de décapage acide ;
- décapage acide, pour dissoudre les oxydes naturellement formés à la surface de la
pièce et/ou la couche d'oxydation formée à la surface de la pièce lors de l'étape
de décapage alcalin. Cette opération peut être réalisée par trempage, aspersion, ou
toute autre technique connue en elle-même. Elle peut par exemple être réalisée par
trempage dans une solution de SMUT-GO NC à 15 à 25 % v/v, commercialisé par la société
HENKEL, à une température comprise entre 10 et 50 °C, pendant une durée comprise entre
1 et 10 minutes ; ou par trempage dans une solution de ARDROX 295GD à 15 à 30 % v/v,
commercialisé par la société CHEMETALL, à une température comprise entre 10 et 30
°C, pendant une durée comprise entre 1 et 10 minutes.
[0038] Des rinçages intercalaires, notamment à l'eau, sont de préférence réalisés entre
les étapes successives ci-dessus, et avant l'immersion de la pièce dans le premier
bain.
[0039] Lorsque le procédé ne comporte pas d'étape d'anodisation, l'invention s'exprime en
termes de procédé de conversion chimique de l'aluminium ou un de ses alliages, ou
du magnésium ou un de ses alliages.
[0040] Les caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention apparaîtront plus
clairement à la lumière des exemples de mise en oeuvre ci-après, fournis à simple
titre illustratif et nullement limitatifs de l'invention.
EXEMPLE 1 - Traitement de conversion chimique de pièces en alliage d'aluminium
1.1/ Procédés de traitement
[0041] Des pièces en alliage d'aluminium 2024 T3 laminé, de dimensions 120x80x2 mm, sont
traitées comme suit.
[0042] Des étapes de préparation de surface de chaque pièce sont tout d'abord réalisées
successivement :
- dégraissage alcalin, par trempage de la pièce dans un mélange de TURCO 4215 NCLT à
50 g/L et TURCO 4215 additif à 10 g/L, à une température de 60 °C, pendant 20 min
;
- rinçages à l'eau ;
- décapage acide, par trempage de la pièce dans une solution de SMUT-GO NC à 19 % v/v,
à une température de 20°C, pendant 5 min ;
- rinçages à l'eau.
[0043] Les pièces sont ensuite soumises à immersions successives dans le premier bain aqueux
suivant, et dans respectivement un des deuxièmes bains aqueux suivants.
[0044] Le premier bain, à base de chrome trivalent, nommé Bain 1, répond à la composition
: CrK(SO
4)
2,6H
2O à 2 g/L + K
2ZrF
6 à 5 g/L, dans l'eau.
[0045] Son pH est fixé à 3,5, et sa température est portée à 40 °C.
[0046] La durée d'immersion dans ce premier bain est égale à 10 min.
[0047] Le deuxième bain aqueux, nommé Bain 2, répond à l'une des compositions indiquées
dans le Tableau 1 ci-après. Trois de ces bains, comprenant un composé oxydant et un
sel de terre rare, respectivement de cérium (bains D1 et D2) ou de lanthane (bain
D3) sont conformes à la présente invention, et deux d'entre eux, Comp.1 et Comp.2,
constituent des exemples comparatifs.
Tableau 1 - Compositions des deuxièmes bains aqueux (Bain 2)
Bain |
Composé oxydant |
Sel de terre rare |
pH |
D1 |
H2O2,35 % v/v, 50 mL/L |
Ce(NO3)3,6H2O 5 g/L |
3 |
D2 |
H2O2,35 % v/v, 50 mL/L |
Ce(NO3)3,6H2O 5 g/L |
3,5 |
D3 |
H2O2,35 % v/v, 50 mL/L |
La(NO3)3,6H2O 5 g/L |
3,5 |
Comp.1 |
H2O2,35 % v/v, 50 mL/L |
- |
3,5 |
Comp.2 |
- |
Ce(NO3)3,6H2O 5 g/L |
3,5 |
[0048] La température de chacun de ces bains est la température ambiante, soit une température
comprise entre 18 et 25 °C environ. La durée d'immersion dans chacun de ces deuxièmes
bains est égale à 5 min.
[0049] Des pièces sont également traitées, après préparation de surface, par immersion uniquement
dans le Bain 1 décrit ci-avant.
[0050] En tant qu'autres exemples comparatifs, des pièces identiques, ayant subi une préparation
de surface identique, sont traitées par les procédés de conversion chimique commerciaux
proposés par l'art antérieur suivants : Alodine® 1 200 (Henkel) (mettant en oeuvre
du chrome hexavalent), SurTec® 650 (SurTec) (mettant en oeuvre du chrome trivalent),
et Lanthane® VS 613.3 (Coventya) (mettant en oeuvre du chrome trivalent).
[0051] Les conditions opératoires pour ces exemples comparatifs sont indiquées dans le Tableau
2 ci-après.
Tableau 2 - Conditions opératoires de procédés de conversion chimique de l'art antérieur
Procédé |
Concentration dans le bain |
Température (°C) |
pH |
Durée d'immersion dans le bain (min) |
Alodine® 1 200 |
15 g/L |
20 |
1,8 |
1 |
SurTec® 650 |
20 % v/v |
40 |
3,9 |
4 |
Lanthane® VS 613.3 |
Part A 100 ml/L Part B 75 ml/L |
38 |
3,5 |
5 |
1.2/ Tests de résistance à la corrosion
[0052] L'ensemble des pièces ainsi traitées sont soumises à un
test de tenue au brouillard salin conforme à la norme ISO 9227. Des premiers résultats moyens approximatifs, obtenus
sur un petit nombre de pièces, sont montrés dans le Tableau 3 ci-après.
Tableau 3 - Tenue au brouillard salin de pièces d'alliage d'aluminium 2024 T3 laminé traitées
par un procédé conforme à un mode de mise en oeuvre de l'invention et par des procédés
de conversion chimique de l'art antérieur
Procédé de traitement |
Tenue au brouillard salin (apparition de la 1ère piqure de corrosion) (h) |
Alodine ® 1 200 |
168 |
SurTec® 650 |
48 |
Lanthane ® VS 613.3 |
72 |
Immersion dans le Bain 1 uniquement |
96 |
Immersion dans le Bain 1 puis le Bain D1 conformément à un mode de mise en oeuvre
de l'invention |
408 |
[0053] Des résultats moyens plus précis concernant l'apparition de la première piqure de
corrosion et la généralisation de la corrosion, obtenus sur un nombre de pièces plus
important (30 pièces traitées de manière similaire), sont montrés dans le Tableau
4 ci-après.
Tableau 4 - Tenue au brouillard salin, en termes d'apparition de la première piqure de corrosion
et de la généralisation de la corrosion, de pièces d'alliage d'aluminium 2024 T3 laminé
traitées par un procédé conforme à un mode de mise en oeuvre de l'invention et par
des procédés de conversion chimique de l'art antérieur
Procédé de traitement |
Tenue au brouillard salin (h) |
Apparition de la 1ère piqure de corrosion |
Généralisation de la corrosion |
Alodine ® 1 200 |
168 |
240 |
SurTec® 650 |
24 |
48 |
Lanthane ® VS 613.3 |
48 |
72 |
Immersion dans le Bain 1 uniquement |
48 |
96 |
Immersion dans le Bain 1 puis dans le bain Comp.1 |
120 |
192 |
Immersion dans le Bain 1 puis dans le bain Comp.2 |
96 |
144 |
Immersion dans le Bain 1 puis dans le bain D1 (cérium) |
192 |
288 |
Immersion dans le Bain 1 puis dans le bain D2 (cérium) |
192 |
288 |
Immersion dans le Bain 1 puis dans le bain D3 (lanthane) |
216 |
312 |
[0054] Les résultats ci-dessus montrent clairement que les procédés conformes à l'invention,
mettant en oeuvre du chrome trivalent, permettent de conférer à la pièce traitée une
résistance à la corrosion supérieure à celle obtenue par les procédés de conversion
chimique conventionnels, y compris celui mettant en oeuvre du chrome hexavalent (Alodine®
1 200). Cette résistance est également largement supérieure à celle conférée par un
traitement ne prévoyant qu'une immersion de la pièce dans le premier bain, et non
dans le deuxième, ainsi qu'à celle conférée par un traitement dans lequel le deuxième
bain est dénué soit de sel de terre rare (Comp.1), soit de composé oxydant (Comp.2).
1.3/ Test d'adhérence de systèmes de peinture
[0055] Un test d'adhérence de systèmes de peinture conventionnels sur la couche de conversion
formée sur la pièce, d'une part par un procédé conforme à l'invention ci-dessus, comprenant
l'immersion de la pièce dans le Bain 1 puis dans le Bain 2 désigné D1 (sel de cérium),
et d'autre part par le procédé de l'art antérieur Alodine® 1 200, est réalisé comme
suit.
[0056] Deux systèmes de peinture sont testés : un système à base époxy hydrodiluable (P60
+ F70) et un système à base polyuréthane solvanté (PAC33 + PU66). Les tests sont réalisés
conformément à la norme ISO 2409, pour l'adhérence sèche, après séchage du système
de peinture, et pour l'adhérence humide : après séchage du système de peinture, les
échantillons sont immergés dans de l'eau déminéralisée pendant 14 jours, puis séchés
avant de subir le test d'adhérence suivant la norme.
[0057] Les résultats sont montrés dans le Tableau 5 ci-après.
Tableau 5 - Résultats de tests d'adhérence de deux systèmes de peinture sur des pièces traitées
par un procédé conforme à un mode de mise en oeuvre de l'invention ou par un procédé
de conversion chimique de l'art antérieur
Système de peinture |
Alodine® 1 200 |
Procédé conforme à l'invention (Bain 1 puis Bain 2 D1) |
Adhérence sèche |
Adhérence humide |
Adhérence sèche |
Adhérence humide |
Base solvantée |
PAC33 |
Grade 0 |
- |
Grade 0 |
- |
PAC33 + PU66 |
Grade 0 |
Grade 0 |
Grade 0 |
Grade 0 |
Base hydrodiluable |
P60 |
Grade 0 |
- |
Grade 0 |
- |
P60 + F70 |
Grade 0 |
Grade 0 |
Grade 0 |
Grade 0 |
[0058] Ces résultats montrent que les pièces traitées par le procédé conforme à un mode
de mise en oeuvre de l'invention présentent une adhérence des systèmes de peinture,
qu'ils soient du type hydrodiluable ou solvanté, comparable à celle obtenue pour les
pièces traitées par le procédé de l'art antérieur Alodine® 1 200.
1.4/ Test de conductivité électrique de la couche formée à la surface de la pièce par le
procédé de traitement
[0059] Les pièces traitées par le procédé conforme à l'invention, comprenant l'immersion
de la pièce dans le Bain 1 puis dans le Bain 2 désigné D1 (sel de cérium), sont soumises
à un test de conductivité électrique conforme à la norme MIL-DTL-81760B, qui consiste
à mesurer la résistivité du système couche/substrat/couche.
[0060] En tant qu'exemples comparatifs, sont également soumises au même test des pièces
traitées par le procédé de conversion chimique commercial proposé par l'art antérieur
Alodine® 1 200, tel que décrit dans le tableau 2 ci-avant (« Alodine® 1200 couche
épaisse »), ainsi que des pièces traitées par le même procédé de conversion chimique
Alodine® 1 200, mais comprenant une immersion dans le bain de traitement pendant 30
secondes seulement ((« Alodine® 1200 couche fine »).
[0061] Selon l'art antérieur, la couche épaisse d'Alodine® 1200 est préconisée quand de
bonnes propriétés de résistance à la corrosion sont recherchées, au détriment des
propriétés de conduction électrique. A l'inverse, la couche fine d'Alodine® 1200 est
préconisée lorsque sont recherchées de bonnes propriétés de conduction électrique,
avec cependant un abattement de moitié des performances anti-corrosion du traitement.
[0062] Les résultats obtenus sont indiqués dans le Tableau 6 ci-arès.
Tableau 6 - Résultats de tests de conductivité électrique sur des pièces traitées par un procédé
conforme à un mode de mise en oeuvre de l'invention ou par des procédés de conversion
chimique de l'art antérieur
|
Résistivité de la couche (mΩ) |
Alodine® 1 200 couche fine |
59 |
Alodine® 1 200 couche épaisse |
84 |
Procédé conforme à l'invention (Bain 1 puis Bain 2 D1) |
69 |
[0063] Ces résultats montrent que la couche formée sur la pièce par le procédé conforme
à l'invention présente de bonnes propriétés de conduction électrique, proches de celles
obtenues par le procédé Alodine® 1200 couche fine de l'art antérieur.
[0064] Le procédé selon l'invention permet ainsi de former sur la pièce une couche alliant
avantageusement des performances de protection contre la corrosion supérieures à celles
obtenues par le procédé de l'art antérieur Alodine® 1200 couche épaisse, et une bonne
conductivité électrique.
EXEMPLE 2 - Traitement de conversion chimique de pièces en alliage d'aluminium
[0065] Par rapport à l'Exemple 1 ci-avant, plusieurs paramètres opératoires du procédé conforme
à l'invention sont fait varier.
2.1/ Variantes de composés oxydants dans le Bain 2
[0066] Des pièces en aluminium similaires à celles utilisées pour l'Exemple 1 sont soumises
aux étapes préalables de préparation de surface décrites dans l'Exemple 1.
[0067] Ces pièces sont ensuite soumises à une première immersion dans le Bain 1 suivant
: CrK(SO
4)
2,6H
2O à 2 g/L + K
2ZrF
6 à 5 g/L, dans l'eau, pH = 3,5, température = 40 °C ; la durée d'immersion dans ce
premier bain est égale à 10 min.
[0068] Elles sont ensuite soumises à immersion dans un Bain 2 conforme à l'invention, plus
particulièrement soit dans le bain D1 décrit précédemment, soit dans un bain aqueux
D4 de composition : Ce(NO
3)
3,6H
2O à 5 g/L ; KMnO
4 à 10 ml/l ans l'eau ; pH = 3.
[0069] Pour chacun de ces procédés, la température est la température ambiante, et la durée
d'immersion dans le Bain 2 est de 5 min.
[0070] Les pièces ainsi traitées sont soumises à un test de tenue au brouillard salin conforme
à la norme ISO 9227. Les résultats obtenus sont montrés dans le Tableau 7 ci-après.
Tableau 7 - Tenue au brouillard salin, en termes d'apparition de la première piqure de corrosion
et de la généralisation de la corrosion, de pièces d'alliage d'aluminium 2024 T3 laminé
traitées par deux variantes de procédés conformes à l'invention
|
Tenue au brouillard salin (h) |
|
Apparition de la 1ère piqure de corrosion |
Généralisation de la corrosion |
Bain 1 puis bain D1 |
240 |
336 |
Bain 1 puis bain D4 |
216 |
312 |
[0071] Il ressort de ces résultats que le procédé conforme à l'invention, mettant en oeuvre
du permanganate de potassium en tant que composé oxydant dans le 2
ème bain, présente, tout comme lorsque ce composé oxydant est le peroxyde d'hydrogène,
des performances très élevées en terme de protection contre la corrosion des pièces
traitées.
2.2/ Variantes de sels de chrome trivalent dans le Bain 1
[0072] Des pièces en aluminium similaires à celles utilisées pour l'Exemple 1 sont soumises
aux étapes préalables de préparation de surface décrites dans l'Exemple 1.
[0073] Ces pièces sont ensuite soumises à une première immersion, pendant 10 min, dans les
Bains 1 indiqués dans le Tableau 8 ci-après, dont le pH est fixé à 3,5 et la température
portée à 40 °C.
Tableau 8 - Composition des premiers bains aqueux (Bain 1)
Bain 2 |
Sel métallique |
Composé oxydant |
P1 |
CrF3,4H20 à 6 g/l |
K2ZrF6 à 1 g/l |
P2 |
CrK(SO4)2,6H20 à 2 g/l |
K2ZrF6 à 5 g/l |
P3 |
Cr2(SO4)3 à 2 g/l |
K2ZrF6 à 1 g/l |
[0074] Chaque pièce est ensuite soumise à immersion dans le Bain 2 conforme à l'invention
D1 décrit précédemment, à température ambiante, pendant 5 min.
[0075] Les pièces ainsi traitées sont soumises à un test de tenue au brouillard salin conforme
à la norme ISO 9227. Les résultats obtenus sont montrés dans le Tableau 9 ci-après.
Tableau 9 - Tenue au brouillard salin, en termes d'apparition de la première piqure de corrosion
et de la généralisation de la corrosion, de pièces d'alliage d'aluminium 2024 T3 laminé
traitées par trois variantes de procédés conformes à l'invention
|
Tenue au brouillard salin (h) |
|
Apparition de la 1ère piqure de corrosion |
Généralisation de la corrosion |
Bain P1 puis bain D1 |
216 |
312 |
Bain P2 puis bain D1 |
240 |
360 |
Bain P3 puis bain D1 |
240 |
336 |
[0076] Il ressort de ces résultats que le procédé conforme à l'invention présente des performances
élevées en terme de protection contre la corrosion des pièces traitées quel que soit
le sel de chrome trivalent mis en oeuvre dans le 1
er bain.
EXEMPLE 3 - Traitement de conversion chimique de pièces en alliage de magnésium
[0077] Une pièce en alliage de magnésium Elektron 21 extrudé, de dimensions 120x80x6 mm,
est traitée comme suit.
[0078] Des étapes de préparation de surface de la pièce sont tout d'abord réalisées successivement
:
- dégraissage alcalin, par trempage de la pièce dans un mélange de Na3PO4 à 20 g/L et de Na2CO3 à 40 g/L, à une température de 60 °C, pendant 10 min ;
- rinçages à l'eau ;
- décapage acide, par trempage de la pièce dans une solution d'acide nitrique à 50 g/L,
à une température de 30 °C, pendant 40 secondes ;
- rinçages à l'eau.
[0079] La pièce est ensuite soumise à immersions successives dans le premier et le deuxième
bains aqueux suivants.
[0080] Le premier bain, à base de chrome trivalent, nommé Bain 1, répond à la composition
:
CrK(SO
4)
2,6H
2O à 2 g/L + K
2ZrF
6 à 5 g/L,
dans l'eau.
[0081] Son pH est fixé à 3,5, et sa température est portée à 40 °C.
[0082] La durée d'immersion dans ce premier bain est égale à 10 min.
[0083] Le deuxième bain, à base de cérium, nommé Bain 2, répond à la composition : Ce(NO
3)
3,6H
2O à 5 g/L ; H
2O
2, solution à 35 % v/v, 50 mL/L, dans l'eau.
[0084] Son pH est fixé à 3, et sa température est la température ambiante, soit une température
comprise entre 18 et 25 °C environ.
[0085] La durée d'immersion dans ce deuxième bain est égale à 5 min.
[0086] En tant qu'exemple comparatif, des pièces identiques, ayant subi une préparation
de surface identique, sont traitées par un procédé de conversion chimique proposé
par l'art antérieur : Mordançage® (mettant en oeuvre du chrome hexavalent), mis en
oeuvre dans les conditions suivantes :
- composition : K2Cr2O7 à 40 g/L + KCr(SO4)2, 12 H2O à 2,2 g/L + KOH à 2 g/L
- température : 75°C
- durée d'immersion : 5 min.
[0087] L'ensemble des pièces ainsi traitées sont soumises à un
test de tenue au brouillard salin conforme à la norme ISO 9227. De premiers résultats moyens approximatifs, obtenus
sur un petit nombre de pièces, sont montrés dans le Tableau 10 ci-après.
Tableau 10 - Tenue au brouillard salin de pièces d'alliage de magnésium Elektron 21 extrudé
traitées par un procédé conforme à un mode de mise en oeuvre de l'invention et par
un procédé de conversion chimique de l'art antérieur
|
Tenue au brouillard salin (apparition de la 1ère piqure de corrosion) (h) |
Mordançage® |
24 |
Immersion dans le Bain 1 puis le Bain 2 conformément à un mode de mise en oeuvre de
l'invention |
48 |
[0088] Des résultats moyens plus précis concernant l'apparition de la première piqure de
corrosion et la généralisation de la corrosion, obtenus sur un nombre de pièces plus
important (30 pièces traitées de manière similaire), sont montrés dans le Tableau
11 ci-après.
Tableau 11 - Tenue au brouillard salin, en termes d'apparition de la première piqure de corrosion
et de la généralisation de la corrosion, de pièces d'alliage de magnésium Elektron
21 extrudé traitées par un procédé conforme à un mode de mise en oeuvre de l'invention
et par un procédé de conversion chimique de l'art antérieur
|
Tenue au brouillard salin (h) |
|
Apparition de la 1ère piqure de corrosion |
Généralisation de la corrosion |
Mordançage® |
4 |
24 |
Immersion dans le Bain 1 puis le Bain 2 conformément à un mode de mise en oeuvre de
l'invention |
7 |
48 |
[0089] Les résultats ci-dessus montrent que le procédé conforme à un mode de mise en oeuvre
de l'invention, mettant en oeuvre du chrome trivalent, permet, pour l'alliage de magnésium
comme pour l'alliage d'aluminium de l'Exemple 1 ci-dessus, de conférer à la pièce
traitée une résistance à la corrosion bien supérieure à celle obtenue par le procédé
de conversion chimique conventionnel.
EXEMPLE 4 - Traitement par anodisation et colmatage de pièces en alliage d'aluminium
[0090] Des pièces en alliage d'aluminium 2024T3 laminé de dimensions 120x80x2 mm sont traitées
par anodisation, puis colmatage, suivant les méthodes ci-après.
[0091] Préalablement, elles sont soumises à des étapes de préparation de surface, par dégraissage
alcalin et décapage acide, comme indiqué dans l'Exemple 1 ci-dessus.
[0092] Pour l'étape d'anodisation, trois méthodes d'anodisation différentes, à savoir l'OAS
diluée, l'OAST et l'OASB, sont mises en oeuvre, pour obtenir en surface des pièces
une couche anodique d'épaisseur de 2 à 5 µm.
[0093] Les paramètres opératoires pour l'OAS diluée, l'OAST et l'OASB sont indiqués dans
le Tableau 12 ci-dessous.
Tableau 12 - Paramètres opératoires mis en oeuvre pour les différentes étapes d'anodisation
|
OAS diluée |
OAST |
OASB |
Composition du bain |
H2SO4 : 62 g/L |
H2SO4 : 40 g/L |
H2SO4 : 45 g/L |
|
C4H6O6 : 80 g/L |
H3BO3 : 8 g/L |
Température du bain (°C) |
22 |
37 |
27 |
Cycle de tension |
14 V - 24 min |
14 V - 25 min |
15 V - 23 min |
[0094] A l'issue de l'étape d'anodisation, les pièces obtenues sont soumises à une étape
de colmatage, soit du type hydrothermal, soit du type hydrothermal aux sels de nickel,
soit selon le procédé conforme à l'invention mis en oeuvre dans les conditions indiquées
dans l'Exemple 1 ci-dessus, concernant l'immersion dans le Bain 1 et le Bain 2.
[0095] Les conditions opératoires pour le colmatage hydrothermal et le colmatage hydrothermal
aux sels de nickel sont les suivantes :
- colmatage hydrothermal : immersion de la pièce dans de l'eau déminéralisée à une température
de 98 °C pendant 40 min ;
- colmatage hydrothermal aux sels de nickel : immersion de la pièce dans de l'eau déminéralisée
additionnée d'acétate de nickel (CH3COO)2Ni à 10 g/L, à une température de 98 °C et un pH de 5,5, pendant 30 min.
[0096] On obtient, sur chaque pièce traitée, une couche anodique colmatée d'épaisseur comprise
entre 2 et 5 µm.
[0097] L'ensemble des pièces ainsi traitées sont soumises à un
test de tenue au brouillard salin conforme à la norme ISO 9227. De premiers résultats moyens approximatifs, obtenus
sur un petit nombre de pièces, sont montrés dans le Tableau 13 ci-après.
Tableau 13 - Tenue au brouillard salin de pièces d'alliage d'aluminium 2024 T3 laminé traitées
par anodisation et colmatage, le colmatage étant réalisé par un procédé conforme à
un mode de mise en oeuvre de l'invention ou par des procédés de colmatage de l'art
antérieur
|
Tenue au brouillard salin (apparition de la 1ère piqure de corrosion) (h) |
|
OAS diluée |
OAST |
OASB |
Colmatage hydrothermal |
72 |
96 |
48 |
Colmatage hydrothermal aux sels de nickel |
312 |
336 |
240 |
Colmatage par un procédé conforme à l'invention |
696 |
744 |
552 |
[0098] Des résultats moyens plus précis, en termes d'apparition de la première piqure de
corrosion (« 1
ère») et la généralisation («G
on») de la corrosion, obtenus sur un nombre de pièces plus important (30 pièces), sont
montrés dans le Tableau 14 ci-après.
Tableau 14 - Tenue au brouillard salin, en termes d'apparition de la première piqure de corrosion
(«1
ère») et de la généralisation de la corrosion (« G
on »), de pièces d'alliage d'aluminium 2024 T3 laminé traitées par anodisation et colmatage,
le colmatage étant réalisé par un procédé conforme à un mode de mise en oeuvre de
l'invention ou par des procédés de colmatage de l'art antérieur
|
Tenue au brouillard salin (h) |
|
OAS diluée |
OAST |
OASB |
|
1ère |
Gon |
1ère |
Gon |
1ère |
Gon |
Colmatage hydrothermal |
72 |
168 |
72 |
192 |
48 |
168 |
Colmatage hydrothermal aux sels de nickel |
312 |
792 |
336 |
840 |
288 |
744 |
Colmatage par un procédé conforme à l'invention |
432 |
1272 |
480 |
1344 |
384 |
1128 |
[0099] Les résultats ci-dessus démontrent clairement que le procédé conforme à un mode de
mise en oeuvre de l'invention, mettant en oeuvre du chrome trivalent, mis en oeuvre
après une étape d'anodisation, de quelque type que ce soit, permet de conférer à la
pièce traitée une résistance à la corrosion bien supérieure à celle obtenue par les
procédés de colmatage conventionnels, et ce quel que soit le procédé d'anodisation
mis en oeuvre au préalable.
[0100] La description ci-avant illustre clairement que par ses différentes caractéristiques
et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs qu'elle s'était fixés.
En particulier, elle fournit un procédé de traitement de surface de pièces en aluminium
ou en alliage d'aluminium, ou en magnésium ou en alliage de magnésium, qui, sans mettre
en oeuvre de chrome hexavalent, permet d'obtenir des performances en termes de protection
de la pièce contre la corrosion qui sont supérieures à celles obtenues par les procédés
de l'art antérieur.