Rôle de la préparation de surface

Rôle de la préparation de surface
•  Le but de la préparation de surface de l’acier est de la rendre
compatible avec l’opération d’émaillage
–  Elimination des résidus contaminants présents à la surface de la
pièce à dégraisser (huiles, graisses, émulsions, poussières,
oxydes…)
•  Réalisé au travers du dégraissage
–  Rendre la surface plus réactive vis à vis de l’émail pendant la
cuisson d’émaillage
•  Changement de la rugosité: sablage, grenaillage
•  Activation de la surface: décapage acide
•  Modification de la chimie de la surface: dépôt de nickel
•  Une mauvaise préparation de surface aura diverses conséquences:
–  Défauts d’aspect de surface après émaillage
–  Manque d’adhérence de l’émail
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Les étapes du traitement de surface
•  Différentes étapes constituent le traitement de surface
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– 
Grenaillage
Dégraissage
Rinçage
Décapage
Rinçage acide
Nickelage
Rinçage
Neutralisation
Séchage
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Utilisé pour l’émaillage sur substrat laminé à chaud
Mis en œuvre pour
l’émaillage blanc direct
 En voie de disparition
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Traitements de surface: le grenaillage
•  Le grenaillage est généralement utilisé avant l’émaillage sur substrat
laminé à chaud
–  Le but du grenaillage est d’une part d’éliminer les oxydes présents en
surface de la pièce et d’autre part d’augmenter la rugosité de surface afin
d’obtenir une meilleure adhérence de l’émail
–  Pendant la cuisson d’émaillage, les réactions chimiques entre l’acier et
l’émail sot favorisée par une plus grande surface de contact
•  Généralement, l’acier destiné à âtre grenaillé est livré à l’état décapé
–  Décapage acide chlorhydrique
–  Le substrat est livré à l’état non huilé de façon à éviter le pollution de la
grenaille
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Traitements de surface: dégraissage & rinçage
•  Dégraissage
–  Le but du dégraissage est l’élimination des huiles et diverses particules ou
poussières déposés volontairement ou non à la surface de l’acier pendant
les opérations de stockage et mise en forme
•  Huile de protection de surface
•  Huiles d’emboutissage pouvant être difficiles à éliminer
•  Poussières organiques ou minérales qui se sont déposées lors du stockage et de la
manipulation des pièces et qui adhèrent sur le film gras
–  Le dégraissage est le résultat d’une action chimique et mécanique activée
par la température et le temps
Chimie
Composition du
dégraissant,
concentration, pH,
quantité et nature
des salissures
dans le bain
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Action
mécanique
Action de la
température
Type de
dégraissage:
immersion,
aspersion,
agitation du bain,
ultra sons,
brossage
Augmentation de
la cinétique de
réaction,
diminution de la
viscosité des
graisses / huiles
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Temps
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Traitements de surface: dégraissage & rinçage
•  Dégraissage: comment ça marche ?
–  La surface à nettoyer est recouverte de graisses de différentes origines naturelle
(animale ou végétale) ou synthétique ainsi que de particules diverses
–  Plusieurs phénomènes interviennent lors du dégraissage:
Saponification
Graisse naturelle
Action de la base minérale
alcaline: savons solubles
Emulsification / Défloculation
Action de la base
mouillante
Décollement
Huile synthétique
Métal de base
•  La saponification: c’est la transformation des corps gras d’origine naturelle en savons
solubles dans l’eau grâce à l’action de la soude ou de la potasse
•  L’émulsification: pour les huiles synthétique non saponifiables, il est nécessaire de
créer une émulsion stable: dispersion de gouttelettes d’huiles en suspension dans la
solution dégraissante qui ne peuvent pas s’agglomérer. C’est le rôle des produits
tensio-actifs qui vont abaisser la tension superficielle du dégraissant en dessous de
celle de l’huile permettant un mouillage de la surface à nettoyer et l’élimination du corps
gras
•  La défloculation: élimination des particules solides par l’intermédiaire des tensio-actifs
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Traitements de surface: dégraissage & rinçage
•  Dégraissage
–  Les dégraissants sont constitués de deux parties
• 
• 
Une base minérale alcaline: soude, carbonate de sodium, silicates, phosphates
Une base mouillante comprenant les agents tensio-actifs qui émulsifient les corps gras et les
particules solides
Base aqueuse
Neutre à
faiblement
alcalin
pH: 8 – 11
Eau + tensioactifs
Contaminations
faciles à
supprimer
Surface sensibles
(n’est pas
attaquées
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Alcalin + tensioactifs
pH ≥ 11
-Contaminations
difficiles à
supprimer
Augmente la
réactivité de
surface
- pH adapté en
fonction du Formation APEV
substrat
Autres méthodes de nettoyage de surface:
-  Dégraissant base solvant (hydrocarbure
chlorés ou non): non utilisé pour raison
environnementale et sécurité
-  Ultra sons
-  Plasma
-  …
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Traitements de surface: dégraissage & rinçage
•  Paramètres de dégraissage
–  Type de dégraissant
–  Température du produit de dégraissage: comprise entre 60 et 90°C selon le
process mis en œuvre
–  Concentration du produit dégraissant
–  Temps de traitement
–  Action mécanique: agitation ou pression d’aspersion
•  2 modes de dégraissage possibles:
–  Immersion combinée à une action mécanique
–  Aspersion
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Traitements de surface: dégraissage & rinçage
•  Rinçage
Peut être réalisé
en 1 ou plusieurs
étapes
Vers décapage
1 étape:
Rinçage chaud à l’eau
de ville (60/70°C)
Vers émaillage
2 ou 3 étapes:
Rinçage chaud à l’eau de ville (60/70°C)
Rinçage froid eau de ville
Rinçage froid eau déminéralisée
Obtention d’une surface
totalement exempte de
produits organiques et
minéraux
•  Séchage
–  Après le traitement de surface, les pièces doivent être séchées pour éviter
l’oxydation de surface avant émaillage
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Traitements de surface: dégraissage & rinçage
Dégraissage par aspersion
Detail des buses d’aspersion
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Traitements de surface: dégraissage & rinçage
Dégraissage par
immersion
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Traitements de surface: dégraissage & rinçage
•  Les opérations de dégraissage et rinçage:
–  Son couteuses: main d’œuvre, produits, énergie
–  Ont également un coût environnemental
•  Leur suppression permettrait chez l’émailleur des gains substantiels
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Traitements de surface: décapage
•  L’objectif du décapage est d’augmenter la micro rugosité de surface de l’acier
et ainsi sa réactivité pour permettre une meilleure adhérence de l’émail
•  Le décapage est en général fait en utilisant de l’acide sulfurique concentré
(H2SO4) qui attaque la surface et en particulier les joints de grains de l’acier
•  L’intensité du décapage est mesurée par la perte en fer
•  Selon le procédé d’émaillage mis en œuvre, le décapage peut être léger (perte
en fer = 5 g/m²/face) ou fort (perte en fer = 25 à 30 g/m²/face)
•  Réaction chimique
–  Fer + Acide sulfurique
Fer en solution + Hydrogène gazeux
–  Fe(0) + (2H+ + SO42-)
(Fe2+ + SO42-) + H2
•  Paramètres important gouvernant le décapage
– 
– 
– 
– 
– 
Température du bain d’acide (65 à 75°C)
Temps de décapage
Concentration de fer dans le bain
Le pH qui doit être inférieur à 1
L’analyse de l’acier de base
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Traitements de surface: rinçage acide
•  Après l’opération de décapage, le pH de la surface est inférieur à 1
•  De façon à optimiser le dépôt de nickel, le pH doit être entre 2 et 3
•  Le rôle du rinçage acide est donc d’augmenter le pH de la surface
Dépôt de Ni
T, t , %Ni dans le bain
Pas de
rinçage
Rinçage à l’eau
2.8
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pH
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Traitements de surface: nickelage
•  L’objectif du nickelage est de déposer un couche de Ni à la
surface de la pièce
•  Ni a une fonction importante vis-à-vis de l’adhérence de l’émail
•  La quantité de Ni déposée dépend du procédé d’émaillage
–  Quantité importante pour l’émaillage blanc direct (1 à 2 g/m²/face)
–  Flash de Ni pour les procédés conventionnels (0.2 g/m²/face)
•  Deux façons de déposer le Ni
–  Transfert (méthode la plus employée)
–  Réduction
•  Paramètres important
– 
– 
– 
– 
pH (2.8 pour le nickelage par transfert)
Durée du traitement
Quantité de Ni dans le bain
Température
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Traitements de surface: rinçage,
neutralisation et séchage
•  Rinçage
–  Le but du rinçage est l’élimination de toutes les traces d’acide pouvant être
présentes à la surface de la pièce
–  Généralement, deux bains sont utilisés:
•  Premier bain: 2.5 < pH < 3.2 et T= 30 to 35 °C pendant 7 min
•  Second bain: 3.5 < pH < 4 et T= 25 °C pendant 7 min
•  Neutralisation
–  Elimination des restes d’acide: 10.5
< pH < 11.5 et T = 70 °C
•  Séchage
–  Après le traitement de surface, les pièces doivent être séchées pour éviter
l’oxydation de surface avant émaillage
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