la galvanisation à chaud
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la galvanisation à chaud
08800 THILAY - Tél. 03.24.33.70.70 - Fax 03.24.32.84.93 ÉTUDE TECHNIQUE/QUALITÉ LA GALVANISATION À CHAUD 1. Introduction La galvanisation à chaud des alliages ferreux est une opération de revêtement par trempé dans un bain de zinc ou d'alliage de zinc en fusion à une température voisine de 460° C. Elle concerne les pièces finies (par exemple : tirefonds), pour la « galvanisation à chaud au trempé », les tôles (cavaliers, plaquettes) et les fils revêtus (tiges et crochets), pour la « galvanisation à chaud en continu ». Le mot « galvanisation » est souvent employé à tort, l'effet galvanique pouvant s'appliquer aux autres applications du zinc, (shérardisation, zingage électrolytique...). L'ambiguïté sur le mot « galvanisation » a conduit à de nombreux problèmes d'interprétation, et la norme française NFA 91-010 interdit l'emploi du mot « galvanisé » lorsqu'il s'agit de pièces électrozinguées (le terme « galvanisation à chaud » est réservé exclusivement au recouvrement par « immersion dans un bain de zinc fondu »). Pièce en acier galvanisée à chaud Couche η (êta) Zinc pur 10 µ env. Couche ζ (dzéta) 94 % de zinc pur 15 µ env. Couche δ (delta) 90 % de zinc pur 30 µ env. Couche γ (gamma) 70 % de zinc pur 2 µ env. Pièce en acier électrozinguée Coupe du Métal très grossie Zinc pur 10 µ env. Fer pur Fer pur La galvanisation à chaud est un procédé de revêtement (traitement de surface) anticorrosion traditionnel. Ce traitement n'en est pas moins efficace ! ! En effet, un des principaux avantages du zinc est sa grande électronégativité par rapport à celle de l'acier : il sert ainsi à la protection électrochimique de l'acier contre la corrosion. 2. Protection électrochimique par galvanisation La corrosion est la résultante de réactions électrochimiques dues à la formation de piles locales. Il faut 4 éléments pour les former : – un électrolyte (eau, sol...), – deux électrodes à potentiels différents, – une connexion électrique. L'électrode ayant le potentiel le plus électronégatif est appelée anode. C'est elle qui subit les phénomènes d'oxydation (perte d'électrons) donc de corrosion. L'électrode ayant le potentiel le moins électronégatif est la cathode, où se passe des phénomènes de réduction (gain d'électrons) donc de protection. 08800 THILAY - Tél. 03.24.33.70.70 - Fax 03.24.32.84.93 ÉTUDE TECHNIQUE/QUALITÉ LA GALVANISATION À CHAUD Dans le cas d'une pièce en acier galvanisée, les matériaux acier – zinc forment une pile électrochimique où l'acier est la cathode et le zinc l'anode. (Potentiel du fer = – 0,44V et potentiel du zinc = – 0,76V). foncé) est approximativement proportionnelle à l'épaisseur du revêtement. L'acier sera protégé par le zinc qui se dissoudra dans une réaction cathodique lente. L'attaque du zinc (perte d'électrons, ou oxydation Zn → Zn2+ + 2e–) se fera avec la formation d'oxydes, d'hydroxydes, d'hydrocarbonate, etc., sels à caractère protecteur conduisant à une cicatrisation locale de la détérioration de l'acier qui n’est pas recouvert (figure 1). 4. Différentes galvanisations à chaud : A cette protection électrochimique s'ajoute bien évidemment la protection physico-chimique (ou protection barrière) que confère une couche sur une surface (comme une peinture, métal...). Une seule couche de peinture ne permet pas une protection électrochimique : il y aura, si la surface de revêtement n'est pas continue (ou si elle est blessée), une formation de rouille, donc soulèvement – dégradation du revêtement par la rouille (Fe O3) (figure 2) 3. Influence de l'épaisseur du traitement : Généralement, on parle pour déterminer l'épaisseur en terme de gramme/m2 (masse déposée). Il y a essentiellement : – La galvanisation à chaud au trempé. Chaque fois que l'on recherche une bonne protection contre la corrosion et que le fini des surfaces (aspect esthétique) ne requiert pas de conditions spécifiques, on peut appliquer la galvanisation à chaud au trempé. Les qualités et les caractéristiques du développement sont essentiellement fonction de la composition de l'acier, de la composition et la température du bain de zinc, de la durée d'immersion... Notons qu'une bonne galvanisation ne peut s'obtenir qu'avec une préparation de surface de l'acier adaptée. Les épaisseurs de zinc par galvanisation à chaud au trempé sont plus importantes que les autres procédés de galvanisation. – La galvanisation en continu des tôles. La durée de protection contre la corrosion assurée par galvanisation (soit gris clair, soit gris Les principales caractéristiques des revêtements de tôles galvanisées sont regroupées dans le tableau ci-après (d'après les normes NF EN 10142 et NFA 36-322). sels de zinc temps (réaction) Acier a) blessure de la couche Fig. 1 : Protection par galvanisation Phénomène de cicatrisation Acier b) cicatrisation rouille FeO3 blessure Acier temps Acier Fig. 2 : Protection barrière simple sans galvanisation (exemple peinture) (Soulèvement – dégradation du revêtement par les produits de corrosion de l’acier) 08800 THILAY - Tél. 03.24.33.70.70 - Fax 03.24.32.84.93 ÉTUDE TECHNIQUE/QUALITÉ LA GALVANISATION À CHAUD 5. Caractéristiques et Normes : Désignation du revêtement g/m2 double face essai en 3 points g/m2 double face essai en 1 points Z 100 Z 200 Z 225 100 ( 7 µm) 200 (14 µm) 225 (16 µm) 85 170 (12 µm) 200 (14 µm) 5.1. Normes, masse et épaisseur : Z 275 275 (19 µm) 235 (16,3 µm) Z 350 Z 450 Z 600 350 (25 µm) 450 (31 µm) 600 (42 µm) 300 (21 µm) 385 (27 µm) 510 (35 µm) Les masses et épaisseurs sur divers produits galvanisés sont données par le tableau ci-après : 100 180 85 150 Alliage Fer-Zinc ZF 100 ZF 180 Il existe également des lignes de prélaquage en continu couplées à la ligne de galvanisation, ce qui permet une protection supplémentaire (protection barrière supplémentaire), et un aspect esthétique varié (différentes couleurs). – La galvanisation des fils. La galvanisation des fils est un procédé de fabrication intermédiaire entre la galvanisation au trempé et celles des tôles. Les fils sont dits clairs (galvanisés en l'état écroui de tréfilage) ou recuits (galvanisés après recuit en ligne). Pour certains usages les fils sont retréfilés après galvanisation. D'une façon générale, la fabrication des pièces réalisées à base de fils se fait par pliage, torsion, enroulement, ce qui impose une bonne adhérence et aptitude à la déformation du revêtement sans écaillage. La norme NFA 91-181 donne trois classes de qualité pour les fils galvanisés : – CLASSE A : Galvanisation ordinaire (pas d'exigence particulière en charge de zinc ou en continuité de revêtement). – CLASSE B : Galvanisation soignée (charge minimale, continuité, adhérence). – CLASSE C : Galvanisation épaisse (charge de zinc nettement plus forte, 2 à 3 fois par rapport à la classe B). Produits Masse de Zinc (g/m2) Épaisseur de couche de Zinc (µ m) Normes AFNOR 50 à 70 NFA 91-121 Produits manufacturés 350 à 500 (galvanisation à chaud au trempé) Tôles Double face 100 à 600 7 à 42 NFA 36-321 NFA 36-322 Fils 30 à 290 4 à 40 NFA 91-131 5.2. Découpage des tôles : Pour les tôles galvanisées dont I'épaisseur totale ne dépasse pas 3 mm, les tranches mises à nu par le découpage restent insensibles à la corrosion grâce à l'effet de protection cathodique de l'acier par le zinc. 5.3. Contact avec d'autres matériaux : – Il faut éviter un contact direct avec d'autres métaux en milieu humide plus électropositifs que le zinc (par exemple le cuivre ou l'inox), car une rapide consommation du zinc par couplage galvanique aura lieu ; (Voir tableau page suivante.) – des incompatibilités ont été signalées entre le zinc et les éléments de type acides, alcools, lubrifiants... 350 220 100 350 320 100 430 300 180 Mercure Nickel Argent, Ag 0 1090 960 840 740 740 660 540 520 490 440 320 290 250 160 150 140 1095 965 845 745 745 665 645 525 495 445 325 295 255 165 155 145 1100 970 850 750 750 670 650 530 500 450 330 300 260 170 160 150 100 100 1100 970 850 750 750 670 650 530 500 450 330 300 260 170 160 150 100 100 Aluminium Acier au carbone pour tr. therm. Alliage Al-Mg Cadmium 95 90 65 0 1950 1820 1700 1600 1600 1520 1500 1380 1350 1300 1180 1150 1110 1020 1010 1000 950 950 885 860 855 850 850 845 845 750 725 590 550 480 0 Magnésium 0 70 0 Magnésium, Mg (1) En milieu comme l’eau de mer ou les solutions salines, le chrome se dépassive plus ou moins dans le temps et son potentiel de dissolution diminue (pour atteindre 250 mV seulement par rapport au platine) ce qui tend à réduire l’effet de corrosion sur les métaux qui lui sont couplés. 40 0 1470 1340 1220 1120 1120 1040 1020 900 870 820 700 670 630 540 530 520 470 470 405 380 375 370 370 365 365 270 245 110 0 1400 1270 1150 1050 1050 970 950 830 800 750 630 600 560 470 460 450 400 400 335 310 305 300 300 295 295 200 175 0 25 Maganèse 95 0 Zinc 95 0 1360 1230 1110 1010 1010 930 910 790 760 710 590 560 520 430 420 410 360 360 295 270 265 260 260 255 255 160 135 5 5 0 Métal blanc, 75 % Sn, 25 % Zn 5 5 0 0 Métal blanc Sn Zn25 1200 1070 950 850 850 770 750 630 600 550 430 400 360 270 260 250 200 200 135 110 105 100 100 10 10 5 5 0 Zinc, Zn 1225 1095 975 875 875 795 775 655 625 575 455 425 385 295 285 275 225 225 160 135 130 125 125 120 120 15 15 10 10 5 Manganèse, Mn Alliage Al-Zn-Mg 40 40 35 35 30 0 Notes : Alliage Al-Zn-Mg 7040 A (Al Zn8 Mg Cu) – Le métal couplé ne subit pas de corrosion galvanique et bénéficie, au contraire, d’un effet de protection galvanique Chrome, Cr (faible si la différence de potentiel est petite, importante si Alliage Al-Mg-Si la différence de potentiel est grande). Al Mg Si – L’effet galvanique est influencé par le rapport de Fer pur, Fe surface des deux métaux : • si la surface du métal considéré est la plus Cadmium, Cd petite, sa corrosion augmente, Alliage Al-Mg • si la surface du métal considéré est la plus 5754 (Al Mg3), 5056A (Al Mg5) grande, sa corrosion diminue. Acier au carbone pour tr. therm. XC 80, XC 90 Cet effet est d’autant plus accentué que Aluminium la différence entre les deux surfaces 1050A (A5) est plus importante. Alliage léger de fonderie (D’après E 250-32) Al Si10 Mg 25 0 Les différences de potentiel sont établies dans une solution aqueuse à 2 % de chlorure de sodium (NaCl), et exprimées en millivolts. En dessous de la ligne en trait fort ( ), le métal en ordonnée est attaqué. Chrome (l) 1105 975 855 755 755 675 655 535 505 455 335 305 265 175 165 155 105 105 95 90 65 1105 975 855 755 755 675 655 535 505 455 335 305 265 175 165 155 105 105 50 Alliage Al-Mg-Si 80 50 Fer pur 70 60 10 0 1065 935 815 715 715 635 615 495 465 415 295 265 225 135 125 115 Alliage léger de fonderie 70 20 0 1000 870 750 650 650 570 550 430 400 350 230 200 160 Alliage léger de décolletage 0 1000 870 750 650 650 570 550 430 400 350 230 200 160 90 0 Acier au carbone 40 0 950 820 700 600 600 520 500 380 350 300 180 150 110 Fonte 70 10 940 810 690 590 590 510 490 370 340 290 170 140 100 Aluminium-cuivre 0 930 800 680 580 580 500 480 360 330 280 160 130 0 840 710 590 490 490 410 390 270 240 190 All. Fe-Ni à 25 % de Ni 0 Plomb Étain, Sn 30 0 Plomb, Pb 770 640 520 420 420 340 320 200 170 120 0 Alliage Cu-Sn (bronze) Cu Sn12 Alliage Cu-Zn (laiton) Cu Zn39 Pb Cupro-aluminium Cu Al10 50 Aluminium-cuivre 2017A (Al Cu4 Mg) Alliage Fe-Ni à 25 % de Ni (bilames, résistances électriques) 800 670 550 450 450 370 350 230 200 150 80 30 Fonte Étain 650 520 400 300 300 220 200 Cuivre, CU 0 Alliage léger de décolletage 2011 (Al Cu5 Pb Bi) Acier au carbone XC 10 Alliage Cu-Sn (bronze) 600 470 350 250 250 170 150 Alliage Cu-Zn (laiton) 0 Cupro-aluminium 20 450 320 200 100 100 570 440 320 220 220 140 120 0 Cuivre 80 Nickel, Ni 80 0 Mercure, Hg 0 0 Maillechort Cu Zn23 Ni22 Alliage Cu-Zn-Ni (maillechort) 0 Argent 0 130 250 120 Or, Au Acier inoxydable 18-9 Acier inoxydable 18-9 X10 Cr Ni 18-9 Or 0 Platine, Pt Platine Métal considéré Métal couplé 08800 THILAY - Tél. 03.24.33.70.70 - Fax 03.24.32.84.93 ÉTUDE TECHNIQUE/QUALITÉ ANNEXE 1 – Corrosion dues aux couples électrochimiques entre les matériaux et/ou revêtements d’un assemblage
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