FR3148445A1 - Composition de revetement non mouillable par le zinc liquide - Google Patents

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Abstract

La présente invention porte sur une composition de revêtement non mouillable par le zinc liquide, caractérisée en ce que ladite composition comprend des éléments métalliques nickel (Ni), chrome (Cr), silicium (Si), phosphore (P) et éventuellement bore (B), dans les proportions suivantes : Ni 50%-60%, Cr 20%-30%, Si 5%-12%, P 4%-8%, et B 0%-1.5%, en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement ; et ses utilisations. L’invention porte en outre sur un procédé de revêtement d’au moins une surface d’une pièce métallique et sur un revêtement métallique non mouillable par le zinc liquide. L’invention porte également sur une pièce métallique revêtue d’un revêtement métallique non mouillable par le zinc liquide selon l’invention.

Description

COMPOSITION DE REVETEMENT NON MOUILLABLE PAR LE ZINC LIQUIDE
La présente invention concerne une composition de revêtement métallique non mouillable par le zinc liquide ainsi que le revêtement obtenu à partir d’une telle composition. Le revêtement selon l’invention est notamment destiné à couvrir des pièces d’accroche métalliques utilisées lors de la mise en œuvre d’un procédé de galvanisation.
 ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
La galvanisation acier consiste à recouvrir une pièce d'acier d'une couche protectrice de zinc afin d'assurer sa protection contre les effets de la corrosion. Le procédé de galvanisation consiste à immerger des pièces d’acier dans différents bains de traitements comprenant notamment du zinc liquide. Pour pouvoir traiter des pièces, celle-ci-sont accrochées à des pièces d’accroche, également appelées palonniers, qui permettent leur manipulation. Pour être utilisées, ces pièces d’accroche ne doivent pas être recouvertes de zinc, il est donc nécessaire de les décaper (dézinguer) dans un bain d’acide (acide chlorhydrique, acide sulfurique…) entre deux cycles de galvanisation.
Plusieurs problématiques sont liées aux pièces d’accroche et au fait qu’elles se chargent en zinc à chaque cycle de galvanisation. Une première problématique est liée à une perte élevée en zinc liquide lors du procédé de galvanisation. Cette consommation de matière inutile a un fort impact environnemental et économique. Une autre problématique est liée à une durée de vie raccourcie de ces pièces d’accroche en raison de la corrosion par le zinc liquide. Une autre problématique est liée à une consommation élevée en acide lors de l’étape de dézingage de ces pièces d’accroche. Une autre problématique est liée à un classement Seveso des installations de galvanisation compte tenu des concentrations en sels et des volumes impliqués des bains d’acides, ainsi qu’à l’évacuation et le retraitement des bains d’acides.
A ce jour, ces problématiques ne sont pas résolues à l’échelle industrielle : les pièces d’accroche sont en acier non revêtu qui d’une part se corrode progressivement et d’autre part se charge en zinc.
Il est possible d’utiliser des pièces d’accroche en acier inoxydable. Dans le cas d’un procédé de galvanisation en continu, cette matière est utilisée pour des pièces immergées dans l’alliage de zinc liquide (rouleau de fond de cuve par exemple). Néanmoins, l’acier inoxydable entraine une couche conséquente de zinc à sa surface. L’acier inoxydable ne permet donc pas de gain au niveau du zinc perdu, ce qui limite très fortement l’intérêt de cette solution. En outre, l’acier inoxydable n’est pas utilisé industriellement en galvanisation à façon car cette matière est trop chère au regard des gains obtenus pour ce procédé. Typiquement, en février 2023, le coût de l’acier est estimé à 720€/tonne alors que le coût de l’acier inoxydable est estimé à 3 370€/tonne.
Une solution déjà testée industriellement est l’utilisation de pièces en alliages de titane, mais la durée de vie de ces pièces s’est montrée très aléatoire et le coût de la matière est très élevé (en février 2023, le coût du titane est estimé à 4790 €/tonne), sans parler de son impact environnemental (c’est le métal qui émet le plus de CO2pour sa production : 50 tonnes de CO2/tonne).
Les alliages à base de cobalt, appelés « stellites », présentent une bonne résistance à la corrosion par le zinc liquide mais sont très chers (en février 2023, le coût du cobalt est estimé à 45000 €/tonne). L’entrainement du zinc à la surface d’une pièce de ces alliages n’a pas été documenté.
De même, des revêtements en céramique ou assimilés (carbures, borures…) sont utilisé en galvanisation en continu, mais ils ne résistent pas aux chocs thermiques et mécaniques rencontrés dans le procédé de galvanisation à façon.
Les peintures de poteyage ou spray de nitrure de bore peuvent être utilisés pour limiter la réaction avec le zinc liquide de l’acier, mais ce sont des solutions temporaires qui ne résistent qu’à une seule immersion dans l’alliage de zinc liquide.
Ainsi, les méthodes de protection des pièces d’accroche utilisées lors d’un procédé de galvanisation à façon sont, à ce jour, très limitées car trop coûteuses et/ou de durée de vie trop faible.
Il existe donc un fort besoin en pièces d’accroche en acier adaptées pour être utilisées lors d’un procédé de galvanisation à façon, présentant les propriétés suivantes :
- Surface très peu ou non mouillée par le zinc liquide ou les alliages de zinc liquides ;
- Résistance mécanique particulièrement élevée et compatible avec des applications de supportage impliquant des chocs à répétition ;
- Résistance aux chocs thermiques élevée permettant une utilisation en galvanisation à façon (Batch hot dip galvanizing) ;
- Résistance élevée à la corrosion dans le zinc liquide ou les alliages de zinc liquide ; et
- Bonne résistance à la corrosion aux différentes étapes utilisées en galvanisation à façon (dégraissage, décapage, fluxage, étuvage), et plus largement dans des milieux corrosifs.
La composition de revêtement selon l’invention répond à l’ensemble de ces besoins. Les pièces d’accroche revêtues selon l’invention entrainent très peu de zinc liquide, ce qui entraine un gain économique majeur sur cette matière. En outre, les pièces d’accroche revêtues selon l’invention ne nécessitent plus d’être dézinguées avant d’être réutilisées, ce qui supprime l’emploi d’un bain d’acides fortement chargé en sels métalliques, engendrant à la fois une réduction directe des coûts, et des risques HQSE (allant jusqu’au déclassement de site Seveso).
L’utilisation de la composition de revêtement selon l’invention entraine donc un gain économique et environnemental du procédé de galvanisation à façon.
La présente invention est en particulier relative à la préparation d’un revêtement via une composition de revêtement, également appelée précurseur liquide, telle qu’une suspension, suivi d’un traitement thermique à haute température. Cette méthode de préparation peut ainsi comprendre une ou plusieurs étapes associées à la préparation de la ou des surfaces sur laquelle ou lesquelles ce revêtement est fixé et à la préparation de la composition de revêtement considérée. Dans cette invention, le revêtement peut être utilisé sur des surfaces simples, planes, internes ou externes ou à des surfaces complexes de types convexe ou concaves telles que celles rencontrées dans les pièces d’accroche de pièces à galvaniser.
La composition de revêtement selon l’invention permet également l’obtention d’un revêtement continu et d’épaisseur homogène sur une surface d’une pièce métallique, notamment en acier, et garantie l’adhérence durable de ce revêtement à ladite surface.
Un premier aspect de la présente invention porte sur une composition de revêtement non mouillable par le zinc liquide, caractérisée en ce que ladite composition comprend des éléments métalliques nickel (Ni), chrome (Cr), silicium (Si), phosphore (P) et éventuellement bore (B), dans les proportions suivantes : Ni 50%-60%, Cr 20%-30%, Si 5%-12%, P 4%-8%, et B 0%-1.5%, en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement.
Avantageusement, les éléments Ni, Cr, Si, P et B sont dans les proportions suivantes : Ni 55%-58%, Cr 27%-30%, Si 8%-10%, P 5%-6%, et B 0.4%-0.8%, en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement.
Avantageusement, les éléments métalliques Ni, Cr, Si, P et éventuellement B sont sous la forme de particules, avantageusement de diamètre moyen compris entre 5 µm et 200 µm, plus avantageusement compris entre 10 µm et 106 µm.
Avantageusement, lesdites particules métalliques sont dispersées dans un solvant choisi dans le groupe constitué par les solvants aprotiques tels que l’acétone, les solvants protiques tels que les alcools, les solvants aqueux tels que l’eau et l’eau distillé, et les solvants organiques apolaires tels que le toluène ; avantageusement le solvant est choisi dans le groupe constitué de l’eau distillé, l’acétone, des alcools, et leurs mélanges.
Avantageusement, ladite composition de revêtement comprend en outre au moins un liant, avantageusement choisi dans le groupe constitué des polymères tels que l’alcool polyvinylique (PVA), acides, cellulose, et leurs mélanges.
Un second aspect de la présente invention porte sur un procédé de revêtement d’au moins une surface d’une pièce métallique comprenant au moins les étapes suivantes :
a) Préparation d’une composition de revêtement comprenant les éléments métalliques, nickel (Ni), chrome (Cr), silicium (Si), phosphore (P) et éventuellement bore (B) ; et éventuellement un liant, les éléments métalliques étant avantageusement sous forme de particules dispersées dans un solvant ;
b) Application de la composition de revêtement obtenue à l’étape a) sur au moins une surface de la pièce métallique à revêtir ;
c) Evaporation du solvant ; et
d) Traitement thermique de la pièce revêtue obtenue à l’étape c), avantageusement à une température comprise entre 1000°C et 1150°C,
caractérisé en ce que la composition de revêtement comprend les éléments métalliques dans les proportions suivantes : Ni 50-60 %, Cr 20-30 %, Si 5-12 %, P 4-8 %, et B 0-1.5 %, en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement.
Avantageusement, la composition de revêtement préparée à l’étape a) du procédé selon l’invention est telle que définie ci-dessus.
Avantageusement, l’étape d’application b) du procédé selon l’invention est effectuée par pulvérisation, projection, injection ou immersion, plus avantageusement par immersion.
Avantageusement, l’étape de traitement thermique d) du procédé selon l’invention est effectuée pendant une durée comprise entre 5 et 120 minutes.
Un troisième aspect de la présente invention porte sur un revêtement métallique non mouillable par le zinc liquide, caractérisé en ce que ledit revêtement est obtenu à partir d’une composition de revêtement selon l’invention, ou susceptible d’être obtenu par le procédé de revêtement selon l’invention.
Avantageusement, le revêtement selon l’invention est caractérisé par une épaisseur comprise entre 5 µm à 250 µm, de préférence entre 10 µm et 150 µm, plus préférentiellement entre 50 µm et 100 µm.
Un quatrième aspect de la présente invention porte sur l’utilisation d’une composition de revêtement selon l’invention, pour la préparation d’un revêtement non mouillable par le zinc liquide et/ou pour la préparation d’une pièce métallique, en particulier en acier, comprenant au moins une surface non mouillable par le zinc liquide. Avantageusement, la pièce métallique est une pièce d’accroche pour pièce à galvaniser.
Un cinquième aspect de la présente invention porte sur un procédé de galvanisation par trempage à chaud par immersion, comprenant au moins les étapes suivantes :
a) Accrochage des pièces à galvaniser par des pièces d’accroche ;
b) Immersion des pièces à galvaniser dans un bain de traitement comprenant du zinc liquide ou un alliage de zinc liquide; et
c) Retrait des pièces galvanisées du bain de traitement, puis décrochage des pièces,
caractérisé en ce que les pièces d’accroche sont revêtues d’un revêtement métallique non mouillable par le zinc liquide selon l’invention.
Un sixième aspect de la présente invention porte sur une pièce métallique, caractérisée en ce que ladite pièce métallique comprend au moins une surface revêtue d’un revêtement métallique non mouillable par le zinc liquide selon l’invention, avantageusement ladite pièce métallique étant une pièce d’accroche pour pièce à galvaniser.
DESCRIPTION DES FIGURES
: La représente un exemple de microstructure vue en coupe d’un revêtement observé au microscope électronique à balayage (image BSE) sur section métallographique. Le revêtement est polyphasé. Les compositions de différentes phases sont listées dans le tableau 3.
: La représente la perte de masse des matériaux étudiés en fonction du nombre de cycles pour des cycles de galvanisation de 3 minutes. Les comportements de l’acier, de l’acier inoxydable et de l’acier revêtu selon l’invention sont comparés. Les pentes des courbes indiquent les pertes de masse par minute d’immersion dans un alliage de zinc liquide.
: La représente la masse de zinc déposé à la surface des pièces en fonction du nombre de cycles de galvanisation de 5 minutes. On constate que pour l’acier revêtu selon l’invention, la quantité de zinc déposée est diminuée d’environ 85% par rapport à la quantité de zinc déposée sur l’acier non revêtu.
 DESCRIPTION DETAILLEE
Définition
Dans le contexte de l’invention, par « composition de revêtement » on entend, une composition, de préférence fluide, destinée à être appliquée sur au moins une surface métallique, puis soumise à un traitement thermique afin de donner un revêtement. La composition de revêtement est de préférence sous la forme d’une suspension comprenant des particules métalliques dispersées dans un solvant ou un mélange de solvant.
Dans le contexte de l’invention, le « revêtement » est donc obtenu par application de la composition de revêtement sur au moins une surface métallique, puis par traitement thermique de la couche de revêtement. Le revêtement correspond donc au film sec de revêtement qui recouvre la surface métallique traitée.
Dans le contexte de l’invention, par « revêtement continu » on entend un revêtement tel que défini ci-dessus qui recouvre l’intégralité de ladite surface métallique. La surface métallique traitée ne comprend donc aucune partie sans revêtement.
Dans le contexte de l’invention, par « surface métallique » on entend, au moins l’une des surfaces de l’objet à traiter présentant au moins une couche de métal. L’objet à traiter étant notamment une pièce d’accroche pour pièce à galvaniser.
Dans le contexte de l’invention, par « revêtement non mouillable par le zinc liquide » on entend, un revêtement qui permet d’éviter l’adhérence de zinc liquide ou d’un alliage de zinc liquide sur la surface revêtue. Ainsi, lorsque la surface revêtue est en contact avec du zinc liquide ou un alliage de zinc liquide, elle ne se charge pas en zinc.
Dans le contexte de l’invention, par « revêtement anticorrosion par le zinc » on entend un revêtement qui protège la pièce métallique revêtue de la corrosion par le zinc liquide ou un alliage de zinc liquide. En d’autres termes, ce type de revêtement permet d’éviter que la surface métallique revêtue se corrode en présence de zinc liquide ou d’un alliage de zinc liquide.
Par « taille de particule », on entend, au sens de la présente invention, la dimension maximale de la particule considérée.
Sauf indication contraire, tous les pourcentages indiqués dans le cadre de la présente description sont des pourcentages exprimés en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans ladite composition de revêtement selon l’invention.
Dans le contexte de l'invention, l'expression "entre x et y" signifie que les valeurs x et y sont incluses.
Composition de revêtement
Selon un premier aspect, la présente invention porte sur une composition de revêtement non mouillable par le zinc liquide, caractérisée en ce que ladite composition comprend des éléments métalliques nickel (Ni), chrome (Cr), silicium (Si), phosphore (P) et éventuellement bore (B), dans les proportions suivantes : Ni 50%-60%, Cr 20%-30%, Si 5%-12%, P 4%-8%, et B 0%-1.5%, en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement.
De manière avantageuse, la composition selon l’invention est une composition de revêtement non mouillable par le zinc liquide et également anticorrosion par le zinc liquide.
Selon l’invention, la composition de revêtement comprend du nickel, dans une teneur comprise entre 50 % et 60 % en masse, par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement. En particulier, la composition de revêtement peut comprendre entre 50 % et 59 % en masse, entre 50 % et 58 % en masse, entre 51 % et 60 % en masse, entre 52 % et 60 % en masse, entre 53 % et 60 % en masse, entre 54% et 60 % en masse, entre 55% et 60 % en masse, entre 55 % et 59 % en masse, ou entre 55 % et 58 % en masse, de Ni par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement. Dans le cadre de l’invention, une teneur minimale en Ni de 50 % en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement, est nécessaire pour conférer au revêtement selon l’invention des propriétés de résistance à la corrosion par le zinc liquide..
Selon l’invention, la composition de revêtement comprend du chrome, dans une teneur comprise entre 20 % et 30 % en masse, par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement. En particulier, la composition de revêtement peut comprendre entre 21 % et 30 % en masse, entre 22 % et 30 % en masse, entre 23 % et 30 % en masse, entre 24 % et 30 % en masse, entre 25 % et 30 % en masse, entre 26 % et 30 % en masse, entre 27 % et 30 % en masse, entre 20 % et 29 % en masse, ou entre 20 % et 28 % en masse, de Cr par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement. Dans le cadre de l’invention, une teneur minimale en Cr de 20 % en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement, est nécessaire pour conférer au revêtement selon l’invention des propriétés de résistance à la corrosion par le zinc liquide.
Dans le cadre de la présente invention, les gammes de teneurs en nickel et en chrome sont choisies de manière à obtenir une composition de revêtement optimisée. Des teneurs inférieures ou supérieures en Ni et Cr conduiraient à modifier les équilibres et à déstabiliser les propriétés du revêtement obtenu à partir de la composition de revêtement.
Selon l’invention, la composition de revêtement comprend du silicium, dans une teneur comprise entre 5 % et 12 % en masse, par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement. En particulier, la composition de revêtement peut comprendre entre 5 % et 11 % en masse, entre 5 % et 10 % en masse, entre 6 % et 12 % en masse, entre 7 % et 12 % en masse, entre 8 % et 12 % en masse, entre 8 % et 11 % en masse, ou entre 8 % et 10 % en masse, de Si par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement. Dans le cadre de l’invention, la présence de silicium a pour effet de produire, après le traitement thermique de la composition de revêtement, un film d’oxyde de surface riche en SiO2qui donne les propriétés de non mouillage par le zinc liquide. Ainsi, une teneur minimale en Si de 5 % en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement, est nécessaire pour conférer au revêtement selon l’invention des propriétés de résistance à la corrosion par le zinc liquide ainsi que de faible mouillage par le zinc liquide. En-dessous de 5% en Si en masse, le revêtement selon l’invention serait mouillable par le zinc liquide et ne résisterait pas à la corrosion par le zinc liquide. En revanche, une teneur en Si strictement supérieure à 12 % en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement, entrainerait la formation d’un une forte quantité de siliciures fragiles provoquant la diminution de la résistance au choc de la pièce revêtue.
Selon l’invention, la composition de revêtement comprend du phosphore, dans une teneur comprise entre 5 % et 8 % en masse, par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement. En particulier, la composition de revêtement peut comprendre entre 5 % et 7 % en masse, ou entre 5 % et 6 % en masse, de P par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement. Dans le cadre de l’invention, une teneur minimale en P de 5 % en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement, est nécessaire pour abaisser la température de fusion de la composition de revêtement et faciliter l’interdiffusion entre les particules de poudre déposées et la pièce métallique à revêtir. En-dessous de 5% en P en masse, le revêtement selon l’invention présenterait une réfractivité trop élevée pouvant entrainer une dégradation sévère de la pièce métallique à revêtir. En revanche, une teneur en P strictement supérieure à 8 % en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement, entrainerait une fragilisation du revêtement obtenu associée à la formation de phosphures.
Selon l’invention, la composition de revêtement peut comprendre en outre du bore, dans une teneur comprise entre 0 % et 1.5 % en masse, par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement. En particulier, la composition de revêtement peut comprendre entre 0.1 % et 1.5 % en masse, entre 0.2 % et 1.5 % en masse, entre 0.3 % et 1.5 % en masse, entre 0.4 % et 1.5 % en masse, entre 0.1 % et 1.4 % en masse, entre 0.1 % et 1.3 % en masse, entre 0.1 % et 1.2 % en masse, entre 0.1 % et 1.1 % en masse, entre 0.1 % et 1 % en masse, entre 0.1 % et 0.9 % en masse, entre 0.1 % et 0.8 % en masse, ou entre 0.4 % et 0.8 % en masse, de B par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement. Dans le cadre de l’invention, la présence de bore permet notamment d’abaisser la température de fusion de la composition de revêtement et faciliter l’interdiffusion entre les particules de poudre déposées et la pièce métallique à revêtir. En revanche, une teneur en B strictement supérieure à 1.5 % en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement, entrainerait une fragilisation du revêtement obtenu associée à la formation de borures.
De manière avantageuse, la composition de revêtement selon l’invention comprend notamment les éléments Ni, Cr et Si dans les proportions suivantes : Ni 55%-58%, Cr 27%-30%, et Si 8%-10%, en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement.
De manière avantageuse, la composition de revêtement selon l’invention comprend les éléments Ni, Cr, Si, P et B dans les proportions suivantes : Ni 55%-58%, Cr 27%-30%, Si 8%-10%, P 5%-6%, et B 0.4%-0.8%, en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement.
Selon l’invention, les éléments métalliques Ni, Cr, Si, P et éventuellement B sont de préférence sous la forme de particules. En particulier, les particules d’éléments métalliques peuvent être des particules de chacun des éléments métalliques purs, ou peuvent être des alliages impliquant au moins deux des éléments métalliques Ni, Cr, Si, P et B. Lorsque des alliages sont utilisés, ils sont, de préférence, constitués d’au moins deux des éléments métalliques choisi parmi Ni, Cr, Si, P et B, c’est-à-dire qu’ils ne comprennent pas d’autres éléments métalliques.
Avantageusement les particules d’éléments métalliques sont de diamètre moyen compris entre 5 µm et 200 µm, plus avantageusement compris entre 10 µm et 106 µm. La taille des particules est en particulier mesurée selon la méthode de granulométrie laser en voie humide ou sèche En particulier, la taille des particules de chacun des éléments métalliques Ni, Cr, Si, P et éventuellement B peut être comprise entre 5 µm et 180 µm, entre 5 µm et 160 µm, entre 5 µm et 140 µm, entre 5 µm et 120 µm, entre 5 µm et 110 µm, entre 5 µm et 108 µm, entre 5 µm et 106 µm, entre 6 µm et 200 µm, entre 7 µm et 200 µm, entre 8 µm et 200 µm, entre 9 µm et 200 µm, entre 10 µm et 200 µm, entre 10 µm et 180 µm, entre 10 µm et 160 µm, entre 10 µm et 140 µm, entre 10 µm et 120 µm, entre 10 µm et 110 µm, entre 10 µm et 108 µm, ou entre 10 µm et 106 µm.
Selon l’invention, la composition de revêtement comprend les particules métalliques telles que définies ci-dessus, dispersées dans un solvant. Le solvant peut en particulier être choisi dans le groupe constitué par les solvants aprotiques tels que l’acétone, les solvants protiques tels que les alcools, les solvants aqueux tels que l’eau et l’eau distillé, les solvants organiques apolaires tels que le toluène, et leurs mélanges. Avantageusement le solvant est choisi dans le groupe constitué de l’eau distillé, l’acétone, des alcools, et leurs mélanges. La composition de revêtement selon l’invention pourra alors avoir la forme d’une suspension. Dans le cadre de l’invention la nature du solvent est notamment choisi de façon à permettre son séchage dans la ou les conditions déterminées par le revêtement final, tenant compte des limites pratiques du support. Plus spécifiquement, le solvant peut être choisi de façon à pouvoir être éliminé facilement et éviter des phénomènes de ruissellement. Ainsi, le solvant ou mélange de solvants est préférentiellement choisi parmi l’acétone, les alcools et leurs mélanges, afin de limiter les phénomènes de ruissellement. Plus spécifiquement, le solvant peut être anhydre ou hydraté.
Pour assurer la cohésion et la tenue des particules métalliques post évaporation du solvant, un liant peut être ajouté avant ou après le mélange des particules métalliques Ni, Cr, Si, P et éventuellement B dans le solvant. Ce liant est choisi de façon à ce qu’il n'entrave pas la réactivité de surface de la pièce à revêtir durant le traitement thermique. Ainsi, avantageusement, la composition de revêtement selon l’invention comprend en outre au moins un liant, en particulier choisi dans le groupe constitué de polymères tels que l’alcool polyvinylique (PVA), acides carboxylique, cellulose, et leurs mélanges.
De manière avantageuse, le ratio volumique entre le mélange liant/solvant et la composition de revêtement est préférentiellement compris entre 10 % et 80 % en volume. En particulier, le ratio volumique entre le mélange liant/solvant et la composition de revêtement peut être compris entre 10 % et 70 % en volume, entre 10 % et 60 % en volume, entre 10 % et 55 % en volume, entre 10 % et 50 % en volume, entre 10 % et 45 % en volume, entre 10 % et 40 % en volume, entre 10 % et 35 % en volume, entre 10 % et 30 % en volume, entre 15 % et 45 % en volume, entre 20 % et 45 % en volume, ou entre 25 % et 45 % en volume. Typiquement, le ratio volumique entre le mélange liant/solvant et la composition de revêtement peut être de 30 % en volume.
Selon un aspect particulier de l’invention, la composition de revêtement peut en outre comprendre un adjuvant permettant d’assurer une distribution homogène de composition de revêtement, notamment stabiliser le mélange des particules en suspension dans le solvant, et/ou permettant le maintien et la cohésion globale du dépôt de la composition de revêtement sur le substrat à revêtir. L’adjuvant peut en particulier être choisi parmi les agents lubrifiant, les stabilisants, les agents anti-mousse, les agents mouillants, les agents rhéologiques, les surfactants et leurs combinaisons. A titre d'exemple d'agent lubrifiant, on mentionnera en particulier des polymères organiques synthétiques tels que le polytétrafluoroéthylène, le polyéthylène, le polyéthylène glycol ou des polymères organiques naturels tels que la cire de Carnauba ou les paraffines, ainsi que leurs mélanges. A titre d'exemple de stabilisant, on mentionnera en particulier, les argiles organophiles (naturelles ou synthétiques), les dérivés de silice, les dérivés cellulosiques, la gomme de xanthane ou les épaississants associatifs de type polyuréthane ou acrylique, ainsi que leurs mélanges. A titre d’exemple d’agent rhéologique, on mentionnera en particulier les argiles organophiles (naturelles ou synthétiques), les dérivés de silice, les dérivés cellulosiques tels que l’hydroxyméthylcellulose, l'hydroxyéthylcellulose, l’hydroxypropylcellulose, l’acétobutyrate de cellulose, les micro- ou nano- fibrilles de cellulose, la gomme de xanthane ou les épaississants associatifs de type polyuréthane ou acrylique, les urées modifiées, ainsi que leurs mélanges. A titre d’exemple d’agent antimousse, on mentionnera en particulier des huiles minérales, des tensio-actifs non ioniques, des polysiloxanes, des résines siliconées, ainsi que leurs mélanges. A titre d’exemple d’agent mouillant, on mentionnera en particulier des polysiloxanes, des dérivés d’oxiranes, des fluorosurfactants, ainsi que leurs mélanges.
L’adjuvant est avantageusement ajouté à la composition de revêtement dans une teneur comprise entre 0,05 % et 80 % en volume, par rapport au volume totale de la composition de revêtement.
Dans le cadre de l’invention, la composition de revêtement peut, par exemple, être préparée par la mise en œuvre des étapes suivantes :
- mise en agitation du solvant choisi, en particulier pour créer un vortex ;
- éventuellement, dissolution du liant dans le solvant, en maintenant l’agitation ;
- éventuellement, dissolution d’un ou plusieurs adjuvants, en maintenant l’agitation ;
- ajout des particules métalliques Ni, Cr, Si, P et éventuellement B dans les proportions choisies, en maintenant l’agitation ;
- maintien de l’agitation jusqu’à obtention d’une suspension.
Avantageusement, la composition de revêtement selon l’invention ne comprend pas de fer (Fe) et/ou de cuivre (Cu).
Avantageusement, les particules métalliques présentes dans la composition de revêtement selon l’invention consistent en des particules métalliques de Ni, Cr, Si, P et éventuellement B pur.
Revêtement et procédé de revêtement
Selon un autre aspect, l’invention porte sur un procédé de revêtement d’au moins une surface d’une pièce métallique comprenant au moins les étapes suivantes :
a) Préparation d’une composition de revêtement comprenant les éléments métalliques, nickel (Ni), chrome (Cr), silicium (Si), phosphore (P) et éventuellement bore (B) ; et éventuellement un liant, les éléments métalliques étant avantageusement sous forme de particules dispersées dans un solvant ;
b) Application de la composition de revêtement obtenue à l’étape a) sur au moins une surface de la pièce métallique à revêtir ;
c) Evaporation du solvant ; et
d) Traitement thermique de la pièce revêtue obtenue à l’étape c), avantageusement à une température comprise entre 1000°C et 1150°C,
caractérisé en ce que la composition de revêtement comprend les éléments métalliques dans les proportions suivantes : Ni 50-60 %, Cr 20-30 %, Si 5-12 %, P 4-8 %, et B 0-1.5 %, en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement.
Avantageusement, la composition de revêtement préparée à l’étape a) est telle que définie dans la présente description. L’étape a) peut donc, par exemple, comprendre les sous-étapes suivantes :
- mise en agitation du solvant choisi, en particulier pour créer un vortex ;
- éventuellement, dissolution du liant dans le solvant, en maintenant l’agitation ;
- éventuellement, dissolution d’un ou plusieurs adjuvants, en maintenant l’agitation ;
- ajout des particules métalliques Ni, Cr, Si, P et éventuellement B dans les proportions choisies, en maintenant l’agitation ;
- maintien de l’agitation jusqu’à obtention d’une suspension.
Pendant l’étape a), le maintien de l’agitation peut être effectuée par tout moyen connus de l’homme du métier, par exemple par agitation magnétique, par agitation mécanique, par agitation tridimensionnelle, ou par utilisation d’ondes ultrasonores.
Pendant l’étape a), des ultrasons peuvent être appliqués afin de faciliter l’obtention d’un mélange homogène.
A l’issue de l’étape a), un contrôle rhéologique de la composition de revêtement obtenue peut être mené via un rhéomètre de façon à s’assurer des bonnes propriétés d’écoulement de la composition. De plus, une opération de contrôle de la bonne dispersion peut être effectuée en prélevant une partie de la composition et en la déposant sur un support transparent. Si l’absence d’agglomérat est constatée, l’étape a) peut être considérée comme finie.
Avantageusement, l’étape d’application b) est effectuée par tout moyen connus de l’homme du métier, par exemple par pulvérisation, projection, injection ou immersion, avantageusement par immersion. En particulier, l’étape d’application b) permet de déposer la composition de revêtement selon l’invention sur la surface à revêtir de manière homogène et continue. La composition de revêtement selon l’invention forme ainsi un film, de préférence un film continu, sur ladite surface. L’épaisseur du film de composition de revêtement peut notamment être compris entre 5 µm et 250 µm.
Dans un mode de réalisation préféré, l’étape d’application b) est effectuée par immersion. Selon ce mode de réalisation, la pièce métallique à revêtir est immergée dans la composition de revêtement selon l’invention puis retirée à vitesse constante. La vitesse de retrait de la pièce métallique peut en particulier être comprise entre 1 mm/s et 100 mm/s, par exemple 10 mm/s. Durant l’immersion, la composition de revêtement selon l’invention peut être maintenu sous agitation afin de conserver une suspension homogène.
L’étape d’évaporation du solvant c) peut être effectuée par tout moyen connu de l’homme du métier, notamment sous atmosphère contrôlée ou non. Par exemple, l’étape d’évaporation du solvant c) peut être effectuée par séchage à l’air chaud pulsé, dans une étuve à température comprise entre 20°C et 150 °C, par échauffement sous infrarouge, ou sous vide primaire. Avantageusement, l’étape d’évaporation du solvant c) est effectuée par étuvage.
L’étape de traitement thermique d) est avantageusement effectuée à une température comprise entre 1000°C et 1150°C, plus avantageusement entre 1020 °C et 1055 °C. En particulier, l’étape de traitement thermique d) peut être effectuée entre 1000 °C et 1140 °C, entre 1000 °C et 1130 °C, entre 1000 °C et 1120 °C, entre 1000 °C et 1110 °C, entre 1000 °C et 1100 °C, entre 1000 °C et 1090 °C, entre 1000 °C et 1080 °C, entre 1000 °C et 1070 °C, entre 1000 °C et 1060 °C, entre 1000 °C et 1055 °C, entre 1000 °C et 1050 °C, entre 1000 °C et 1040 °C, entre 1010 °C et 1140 °C, entre 1020 °C et 1140 °C, ou entre 1020 °C et 1055 °C.
Lors de l’étape de traitement thermique d), les vitesses de montée et descente en température sont avantageusement contrôlées. En particulier, les vitesses de montée et descente en température peuvent respectivement être supérieure à 1 °C / minute. Plus particulièrement, les vitesses de montée et descente en température peuvent respectivement être comprises entre 1 °C / minute et 20 °C / minute. A l’échelle industrielle, les vitesses de montée et descente en température peuvent être supérieure. Par exemple, à l’échelle industrielle, les vitesses de montée et descente en température peuvent respectivement être comprises entre 1 °C / minute et 500°C / minute.
L’étape de traitement thermique d) peut, en outre, être effectuée sous atmosphère contrôlée. Par exemple, l’étape de traitement thermique d) peut être effectuée sous pression atmosphérique ou sous vide, soit à une pression comprise entre 1000 mbar et 1.10-6mbar. Toujours à titre d’exemple, l’étape de traitement thermique d) peut être effectuée sous pression contrôlée comprise entre 50 et 1000 mbar, ou sous vide à des pression comprise entre 8.10-4mbar et 1.10-6mbar. A l’échelle industrielle, l’étape d) pourra notamment être effectuée sous pression atmosphérique contrôlée.
Avantageusement, l’étape de traitement thermique d) est effectuée pendant une durée comprise entre 5 et 120 minutes. En particulier, l’étape d) peut être effectuée pendant une durée comprise entre 5 et 100 minutes, entre 5 et 80 minutes, entre 5 et 60 minutes, entre 5 et 40 minutes, entre 5 et 30 minutes, entre 5 et 25 minutes, entre 5 et 20 minutes, ou entre 5 et 15 minutes. Par exemple, l’étape d) peut être effectuée pendant une durée de 15 minutes.
A l’issue de l’étape d), un film sec de revêtement recouvre la surface ainsi revêtue. Ce revêtement correspond notamment au revêtement selon l’invention. Le revêtement ainsi obtenu confère à la surface revêtue des propriétés de non mouillage par le zinc liquide et éventuellement anticorrosion par le zinc liquide.
Dans le cadre de la présente invention, le procédé de revêtement d’au moins une surface d’une pièce métallique peut en outre comprendre une étape préalable de préparation de la surface à revêtir, c’est-à-dire de la surface sur laquelle le revêtement sera fixé. Lorsqu’elle est effectuée, cette étape se fait avant l’étape d’application a). Par exemple, cette étape peut être choisie parmi au moins l’une sélectionnée dans le groupe constitué du décapage mécanique de la surface à revêtir, projection de médias, décapage chimique, et nettoyage par ultrason.
Cette étape préalable à l’avantage de permettre une meilleure adhésion de la composition de revêtement et du revêtement selon l’invention sur la surface à revêtir.
Selon un autre aspect, la présente invention porte sur un revêtement métallique non mouillable par le zinc liquide susceptible d’être obtenu, ou tel qu’obtenu, par le procédé de revêtement d’au moins une surface d’une pièce métallique tel que décrit dans la présente description.
Selon un autre aspect, la présente invention porte sur revêtement métallique non mouillable par le zinc liquide, caractérisé en ce que ledit revêtement est obtenu à partir d’une composition de revêtement selon l’invention et telle que définie dans la présente description.
De manière avantageuse, le revêtement selon l’invention est un revêtement non mouillable par le zinc liquide et également anticorrosion par le zinc liquide.
Avantageusement, le revêtement selon l’invention est caractérisé par une épaisseur comprise entre 5 µm à 250 µm, de préférence entre 10 µm et 150 µm, plus préférentiellement entre 50 µm et 100 µm. Une épaisseur minimale de 5 µm permet notamment d’assurer la longévité de la pièce métallique revêtue.
Le revêtement selon l’invention présente avantageusement une microstructure composée de plusieurs phases. Chacune des phases peut comprendre des éléments métalliques différents, en des teneurs différentes.
A titre d’exemple, le revêtement selon l’invention appliqué sur une pièce en acier peut comprendre les éléments métalliques Ni, Cr, Si, P, Fe et éventuellement B, en particulier dans les proportions suivantes : Ni[35-43%], Cr[15-22 %], Si[6-8 %], P[2-6 %], B[0-1.5 %] et Fe[complément], en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans le revêtement. Le fer présent dans le revêtement selon l’invention provient de la diffusion entre les particules métalliques de la composition de revêtement et du fer présent dans la pièce en acier revêtue, notamment lors de l’étape de traitement thermique.
Selon l’invention, le revêtement peut être utilisé sur des surfaces simples, planes, internes ou externes ou à des surfaces complexes de types convexe ou concaves telles que celles rencontrées dans les pièces d’accroche de pièces à galvaniser.
Selon un autre aspect, l’invention porte sur l’utilisation d’une composition de revêtement selon l’invention, notamment une composition de revêtement telle que définie dans la présente description, pour la préparation d’un revêtement non mouillable par le zinc liquide, notamment un revêtement selon l’invention. Le revêtement obtenu est en particulier tel que défini dans la présente description. De manière particulier, le revêtement obtenu est un revêtement pour pièce métallique, notamment pour pièce en acier.
Avantageusement, l’invention porte sur l’utilisation d’une composition de revêtement selon l’invention, notamment une composition de revêtement telle que définie dans la présente description, pour revêtir au moins une surface d’une pièce métallique, en particulier une pièce en acier, et obtenir, après traitement thermique, un revêtement non mouillable au zinc liquide selon l’invention.
Selon un autre aspect, l’invention porte sur l’utilisation d’une composition de revêtement selon l’invention, notamment une composition de revêtement telle que définie ci-dessus, pour la préparation d’une pièce métallique, notamment en acier, comprenant au moins une surface non mouillable par le zinc liquide. En particulier, la composition de revêtement selon l’invention est appliquée sur au moins une surface de la pièce métallique, puis un traitement thermique est effectué afin d’obtenir un revêtement non mouillable par le zinc liquide, tel que celui défini dans la présente description.
Selon un autre aspect, l’invention porte sur un procédé de galvanisation par trempage à chaud par immersion, comprenant au moins les étapes suivantes :
a) Accrochage des pièces à galvaniser par des pièces d’accroche ;
b) Immersion des pièces à galvaniser dans un bain de traitement à base de zinc liquide ; et
c) Retrait du bain de traitement à base de zinc liquide, puis décrochage des pièces,
caractérisé en ce que les pièces d’accroche sont revêtues d’un revêtement métallique non mouillable par le zinc liquide selon l’invention.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, le procédé de galvanisation peut en outre comprendre des étapes de préparation à la galvanisation, telles qu’une étape de dégraissage, décapage et/ou fluxage.
Selon un autre aspect, l’invention porte sur une pièce métallique, caractérisé en ce que ladite pièce métallique comprend au moins une surface revêtue d’un revêtement métallique non mouillable par le zinc liquide selon l’invention. En particulier, le revêtement métallique est tel que défini dans la présente description. Avantageusement ladite pièce métallique est une pièce en acier, plus avantageusement une pièce d’accroche pour pièce à galvaniser.
Avantageusement, l’invention porte sur une pièce d’accroche pour pièce à galvaniser, caractérisée en ce que ladite pièce d’accroche est revêtue d’un revêtement métallique non mouillable par le zinc liquide selon l’invention.
Dans le contexte de l’invention, la pièce métallique comprend avantageusement du fer ou un alliage de fer. La pièce métallique peut en outre comprendre du carbone, du soufre, de l’azote et/ou tout élément métallique ou alliage métallique classique des aciers de structure peu alliés, tel que du cuivre (Cu), silicium (Si), chrome (Cr), nickel (Ni), manganèse (Mn), titane (Ti), tungstène (W), vanadium (V), aluminium (Al), et/ou phosphore (P). De manière avantageuse, la pièce métallique comprend majoritairement du fer et peut comprendre entre 0% et 3 % de carbone. Avantageusement, la pièce métallique est une pièce en acier, telle qu’une pièce d’accroche pour pièce à galvaniser. La pièce métallique selon l’invention peut présenter des surfaces simples, planes, internes ou externes ou des surfaces complexes de types convexe ou concaves, telles que celles rencontrées dans les pièces d’accroche de pièces à galvaniser. Selon l’invention, la pièce métallique est de préférence une pièce d’accroche pour pièce à galvaniser.
EXEMPLES
Exemple 1 : Revêtement d’une pièce en acier par la composition de revêtement selon l’invention
Matériels
Les particules métalliques de Ni, Cr, Si, et P suivantes ont été obtenues dans le commerce :
Poudre Ni, pureté 99,8 %, 325 mesh
Poudre Cr, pureté 99,0 %, 325 mesh
Poude Si, pureté 99,0 %, 325 mesh
Poudre CrP, pureté 99,0 %, 1 à 5 µm
Poudre Ni2Si, pureté 99,9 %, 325 mesh
Toutes les tailles de particules étaient inférieures à 50 µm.
L'alcool polyvinylique (PVA) a été fourni par Sigma Aldrich : n° CAS 9002-89-5 (99 % + hydrolysé)
Echantillon d’acier : Les échantillons d'acier sont des tiges de 12 mm de diamètre et de 70 mm de longueur. Les compositions chimiques de l'acier au carbone C22 et de l'acier inoxydable 316L utilisés dans cette étude sont indiquées dans le tableau 1. L'acier inoxydable 316L a été fourni par Aperam et sa composition a été obtenue par fluorescence X séquentielle.
C22 (wt.%) C Si Mn P S Cr Mo Ni Cr+Mo+Ni
0.17-0.24 <0.40 0.40-0.70 <0.045 <0.045 <0.40 <0.10 <0.40 <0.63
316L (wt.%) C Co Cr Cu Mn Mo Nb Ni
<0.02 0.14 18.08 0.34 1.52 0.24 0.017 8.13
P Si Sn Ta Ti V W Zr
0.029 0.33 0.009 0.005 0.001 0.11 0.098 0.003
Tableau 1 : Composition (% massique - balance: fer) : C22 et 316L
Préparation de la composition de revêtement
Les particules métalliques Ni, Cr, Si, et P sous forme de poudre ont été mélangées ensemble dans les teneurs indiquées dans le Tableau 2, dans un agitateur-mélangeur Turbula T2-F. L’agitation a été maintenue pendant 2 heures afin d'obtenir un mélange homogène.
Une solution aqueuse a été préparée en dissolvant 12 % en masse de liant alcool polyvinylique (PVA) dans de l’eau distillée.
Le mélange de poudre métallique obtenu ci-dessus a ensuite été dispersé dans 200 mL de la solution aqueuse, toujours dans un agitateur-mélangeur Turbula T2-F. L’agitation a été maintenue pendant 1 heure.
Particules métalliques Concentration (% massique)
Ni 57.0
Cr 28.5
Si 8.8
P 5.7
Fe 0
Tableau 2 : Concentration (% m.) dans éléments dans le revêtement
Procédé de revêtement d’une pièce d’acier
Les surfaces des tiges d'acier C22 ont été poncées à l'aide de papiers P240 and P600 SiC et nettoyées par ultrasons dans de l'acétone à température ambiante.
Les tiges d'acier C22 ont ensuite été immergées dans la composition de revêtement obtenue ci-dessus, puis retirées à vitesse constante d’environ 1 mm/s. Une opération d’évaporation du solvant a ensuite été effectuée sous air.
Les pièces revêtues de la composition de revêtement ont ensuite été traitées thermiquement dans un four industriel sous vide TAV THF 80/80/250. Le traitement thermique a consisté en une étape de déliantage à 350°C et une étape à haute température de 10 minutes à 1040°C. La vitesse de chauffage est de 10°C / minute. Le contrôle du vide est proche de 10-5mbar et le refroidissement est lent (la vitesse moyenne entre 1040°C et 100°C est de 1°C.min-1), grâce à l'inertie du four.
Caractérisation du revêtement obtenu
La caractérisation du revêtement de l'acier C22 obtenu ci-dessus a été réalisée par microscopie électronique et plateforme XRD, sur les installations de la Plateforme de Caractérisation Avancée de l'Institut Chevreul.
La microstructure de l'acier revêtu a été observée avec un microscope électronique à balayage (MEB, JEOL JSM-7800F LV) et analysée avec un spectromètre à rayons X à dispersion d'énergie (EDX, Bruker - Quantax). Les résultats EDX présentés sont les valeurs moyennes de près de 5 analyses ponctuelles avec une déviation standard de l'ordre de grandeur de 5 at.%.
Par la suite, la composition chimique a été analysée avec un microanalyseur à sonde électronique (EPMA, Cameca SX100) pour plus de précision. Tous les éléments ont été calibrés avec des métaux purs, à l'exception du B pour lequel l'étalon NB a été utilisé. Les résultats de l'EPMA sont les valeurs moyennes de 2 analyses ponctuelles. Les structures cristallines des deux échantillons ont également été caractérisées par diffractométrie des rayons X (XRD, Rigaku Smartlab) dans la géométrie Bragg-Brentano, avec le rayonnement Cu Kα (λ=1.54 Å). L'attribution de phase a été confirmée par la diffraction par rétrodiffusion d'électrons (EBSD, SEM Hitachi SU5000 avec caméra EBSD Oxford Symmetry).
Après traitement thermique, la microstructure du revêtement obtenu est constituée de plusieurs phases comme l’illustre la .
La composition moyenne de chacune des phases présentées dans la est indiquée dans le Tableau 3 ci-dessous. En outre, la composition globale moyenne du revêtement testé est présentée dans le Tableau 4 suivant.
Phase Si P Cr Mn Fe Ni
B1 2.6 19.1 34.9 0.1 17.4 25.9
B2 8.4 1.2 48.4 0.1 3.6 38.4
B3 6.3 0.2 12.7 0.1 34.4 46.4
B4 10.9 4.2 12.2 0.3 11.4 60.9
Tableau 3 :Composition moyenne de chacune des phases présentées dans la
Elément Min
(% masse)		 Max
(% masse)
Ni 36,4 42,1
Cr 15,5 21,4
Si 6,0 7,6
P 2,1 5,9
Fe Complément Complément
Tableau 4 : Composition globale moyenne du revêtement testé
Exemple 2 : Test en laboratoire de résistance à la corrosion et de mouillabilité par le zinc liquide
Le test de résistance à la corrosion a été réalisé afin de reproduire ce que les structures suspendues subissent pendant la galvanisation à chaud à façon. Dans ce test cyclique, les échantillons ont subi à chaque cycle les étapes choisies en fonction du processus de galvanisation. Tout d'abord, les échantillons ont été décapés dans un bain de HCl (15%) avec 2% d'inhibiteur de corrosion hexaméthylènetétramine jusqu'à l'élimination totale de la couche de zinc. Après rinçage à l'eau et séchage en étuve à 110°C, une mesure de poids a été effectuée (la valeur considérée est la valeur moyenne de 20 mesures par échantillon). Ensuite, les échantillons ont été fondus dans un flux de sels aqueux ZnCl2(280 g.l-1) + NH4Cl (220 g.l-1), puis séchés à l'étuve à 110°C pendant au moins 10 minutes. La galvanisation a été effectuée pendant 3 minutes dans un bain de 10 litres d'alliage liquide à base de zinc (EN 1461) à 450°C +/-2°C. Enfin, les échantillons ont été refroidis à température ambiante dans l'air ambiant.
2 échantillons d'acier au carbone, 2 échantillons d'acier inoxydable, 1 échantillon d'acier avec revêtement tel qu’obtenu dans l’exemple 1 ont été soumis à un essai de galvanisation cyclique pour un temps de séjour cumulé de 60 min (20 cycles de 3 min).
Résistance à la corrosion
Les résultats de la perte de poids par unité de surface en contact avec l'alliage de zinc liquide sont présentés sur la . La vitesse de corrosion est décrite par la pente de la courbe de tendance. On observe que l'acier au carbone C22 se corrode le plus rapidement avec 0,44 mg.cm².min-1dans la première partie de la courbe et 0,66 mg.cm².min-1dans la dernière partie. L'acier inoxydable 316L présente une meilleure résistance avec un taux de perte de poids moyen de 0,17 mg.cm².min-1. L’échantillon d'acier revêtu avec le revêtement testé avec seulement 6 mg.cm-2de perte de poids après 20 cycles présentent une meilleure résistance que l'acier inoxydable (10 mg.cm-2de perte de poids)..
Mouillabilité par le zinc liquide
Le gain au niveau du zinc entrainé a été évalué par pesés avant et après l’opération de dézincage. La présente les résultats pour un acier au carbone C22 non revêtu et pour un échantillon d’acier revêtu par la composition de revêtement obtenu à l’exemple 1. La quantité de zinc extraite du bain de zinc augmente et se stabilise ensuite pour les échantillons d'acier non revêtus. En revanche, pour les échantillons revêtus du revêtement B, c'est au cours du premier cycle que le zinc est le plus extrait (environ 6 g.cm-2), et à partir du deuxième cycle, la quantité est plus faible et avoisine les 3 g.cm-2. Après extrapolation pour les échantillons d'acier non revêtues, jusqu'à 85 % du zinc peut être économisé après 20 cycles si le revêtement testé est utilisé.
Exemple 3 : Test sur site industriel de mouillage par le zinc liquide
Des crochets en acier fournis par la société Aximum ont été revêtu par le revêtement tel qu’obtenu à l’exemple 1 et ont été utilisés sur site industriel pendant 18 cycles. Ces essais ont montré que les crochets revêtus n’entrainaient que très peu de zinc ce qui permet d’éviter l’opération de dézincage avant de les réutiliser pour le cycle suivant. Cela permet donc de supprimer un bain d’acide chargé en sels métallique qui entraine le classement Seveso de l’installation.

Claims (15)

  1. Composition de revêtement non mouillable par le zinc liquide, caractérisée en ce que ladite composition comprend des éléments métalliques nickel (Ni), chrome (Cr), silicium (Si), phosphore (P) et éventuellement bore (B), dans les proportions suivantes : Ni 50%-60%, Cr 20%-30%, Si 5%-12%, P 4%-8%, et B 0%-1.5%, en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement.
  2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments Ni, Cr, Si, P et B sont dans les proportions suivantes : Ni 55%-58%, Cr 27%-30%, Si 8%-10%, P 5%-6%, et B 0.4%-0.8%, en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement.
  3. Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les éléments métalliques Ni, Cr, Si, P et B sont sous la forme de particules, avantageusement de diamètre moyen compris entre 5 µm et 200 µm, plus avantageusement compris entre 10 µm et 106 µm.
  4. Composition selon la revendication 3, caractérisée en ce que les particules métalliques sont dispersées dans un solvant choisi dans le groupe constitué par les solvants aprotiques tels que l’acétone, les solvants protiques tels que les alcools, les solvants aqueux tels que l’eau et l’eau distillé, et les solvants organiques apolaires tels que le toluène ; avantageusement le solvant est choisi dans le groupe constitué de l’eau distillé, l’acétone, des alcools, et leurs mélanges.
  5. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ladite composition comprend en outre au moins un liant, avantageusement choisi dans le groupe constitué de polymères tels que l’alcool polyvinylique (PVA), acides carboxylique, cellulose, et leurs mélanges.
  6. Procédé de revêtement d’au moins une surface d’une pièce métallique comprenant au moins les étapes suivantes :
    a) Préparation d’une composition de revêtement comprenant les éléments métalliques, nickel (Ni), chrome (Cr), silicium (Si), phosphore (P) et éventuellement bore (B) ; et éventuellement un liant, les éléments métalliques étant avantageusement sous forme particulaire dispersés dans un solvant ;
    b) Application de la composition de revêtement obtenue à l’étape a) sur au moins une surface de la pièce métallique à revêtir ;
    c) Evaporation du solvant ; et
    d) Traitement thermique de la pièce revêtue obtenue à l’étape c), avantageusement à une température comprise entre 1000°C et 1150°C,
    caractérisé en ce que la composition de revêtement comprend les éléments métalliques dans les proportions suivantes : Ni 50-60 %, Cr 20-30 %, Si 5-12 %, P 4-8 %, et B 0-1.5 %, en masse par rapport à la masse totale des éléments métalliques présents dans la composition de revêtement.
  7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la composition de revêtement préparée à l’étape a) est telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 5.
  8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l’étape d’application b) est effectuée par pulvérisation, projection, injection ou immersion, avantageusement par immersion.
  9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l’étape de traitement thermique d) est effectuée pendant une durée comprise entre 5 et 120 minutes.
  10. Revêtement métallique non mouillable par le zinc liquide, caractérisé en ce que ledit revêtement est obtenu à partir d’une composition de revêtement telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 5, ou susceptible d’être obtenu par le procédé de revêtement tel que défini dans l’une quelconque des revendications 6 à 9.
  11. Revêtement selon la revendication 10, caractérisé par une épaisseur comprise entre 5 µm à 250 µm, de préférence entre 10 µm et 150 µm, plus préférentiellement entre 50 µm et 100 µm.
  12. Utilisation d’une composition de revêtement telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 5, pour la préparation d’un revêtement non mouillable par le zinc liquide et/ou pour la préparation d’une pièce métallique comprenant au moins une surface non mouillable par le zinc liquide.
  13. Utilisation selon la revendication 12, caractérisée en ce que la pièce métallique est une pièce d’accroche pour pièce à galvaniser.
  14. Procédé de galvanisation par trempage à chaud par immersion, comprenant au moins les étapes suivantes :
    a) Accrochage des pièces à galvaniser par des pièces d’accroche ;
    b) Immersion des pièces à galvaniser dans un bain de traitement à base de zinc liquide ; et
    c) Retrait du bain de traitement à base de zinc liquide, puis décrochage des pièces,
    caractérisé en ce que les pièces d’accroche sont revêtues d’un revêtement métallique non mouillable par le zinc liquide tel que défini dans l’une quelconque des revendications 10 et 11.
  15. Pièce métallique, caractérisée en ce que ladite pièce métallique comprend au moins une surface revêtue d’un revêtement métallique non mouillable par le zinc liquide tel que défini dans l’une quelconque des revendications 10 et 11, avantageusement ladite pièce métallique étant une pièce d’accroche pour pièce à galvaniser.
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