EP2812462B1 - Procédé de traitement de surface de pièces en alliage d'aluminium ou de magnesium - Google Patents

Procédé de traitement de surface de pièces en alliage d'aluminium ou de magnesium Download PDF

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EP2812462B1
EP2812462B1 EP13703431.0A EP13703431A EP2812462B1 EP 2812462 B1 EP2812462 B1 EP 2812462B1 EP 13703431 A EP13703431 A EP 13703431A EP 2812462 B1 EP2812462 B1 EP 2812462B1
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EP
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bath
salt
immersion
corrosion
parts
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Cédric STEPHAN
Céline GAZEAU
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Mecaprotec Industries SA
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    • C23C2222/10—Use of solutions containing trivalent chromium but free of hexavalent chromium

Definitions

  • the present invention is in the field of surface treatment of light alloy parts made of aluminum, aluminum alloy, magnesium or magnesium alloy, in order to give them protection against corrosion. More particularly, it relates to a method of surface treatment of aluminum or magnesium parts or their respective alloys.
  • parts made from aluminum alloy or magnesium alloy must undergo surface treatment operations, in order to increase their corrosion resistance. This is particularly the case for parts intended for use in the aeronautical industry, for which it is imposed stringent requirements, particularly in terms of performance test salt spray resistance.
  • a first of these techniques is the chemical conversion treatment of the aluminum alloy.
  • the most common of these processes known under the trade name "Alodine® 1200" from Henkel, carries out a chromating treatment. To this end, it uses a substance based on hexavalent chromium. If this process makes it possible to confer on the aluminum alloy a good resistance to corrosion, while ensuring a capacitance of electrical conduction of the part, by the formation on the part of a complex surface layer composed mainly of hydroxides
  • chromium oxyhydroxides and aluminum it raises an environmental problem. Hexavalent chromium substances are toxic to living organisms.
  • Another technique conventionally used to significantly improve the corrosion resistance of aluminum alloy parts involves an anodizing step, followed by one or more clogging steps, that is to say closing or closing existing porosities in the porous anodic layer created on the surface of the room by the anodizing step.
  • clogging steps that is to say closing or closing existing porosities in the porous anodic layer created on the surface of the room by the anodizing step.
  • the most commonly used to obtain a significant increase in corrosion resistance of the parts, in particular to meet the requirements of the aeronautical sector consists of chromic anodic oxidation, followed by hydrothermal clogging based on potassium dichromate. .
  • this process thus uses a substance based on hexavalent chromium, which is dangerous for health.
  • magnesium alloy parts there are also currently several surface treatment techniques to increase their corrosion resistance properties.
  • One of these techniques is the chemical conversion treatment of the magnesium alloy.
  • the most common of these methods known as etching, performs a chromating treatment. To this end, it uses a substance based on hexavalent chromium. If this process makes it possible to confer on the magnesium alloy a good resistance to corrosion, by forming a complex surface layer composed mainly of hydroxides, chromium oxyhydroxides and magnesium on the part, it nevertheless raises also, for the same reasons as expressed above, an environmental problem.
  • the document US 2011/300390 describes a method of coating a metal substrate comprising successively immersing this substrate in an aqueous bath containing cerium ions, then in a bath containing a zirconium compound selected from zirconium nitrate and hexafluorozirconate, and a metal nitrate such as yttrium nitrate.
  • the document US 2006/113007 discloses a method of coating a metal substrate comprising immersing the substrate in an aqueous composition containing two rare earth salts and an oxidizing compound.
  • the present invention aims to remedy the disadvantages of the processes surface treatment of aluminum alloy or magnesium alloy parts in order to increase their resistance to corrosion, as proposed by the prior art, in particular to those described above, by proposing a such a process which does not use any substance that is toxic to living organisms, and in particular no hexavalent chromium, while at the same time having a performance, in terms of protection of the parts against oxidation, that is at least equivalent to the processes of the art prior art using substances based on hexavalent chromium.
  • corrosion inhibitor means an element which, present in a low concentration in a coating formed on a part, slows or stops the corrosion process of the part in contact with a corrosive medium.
  • a transition metal is here defined in a conventional manner in itself, as a metal of the block d of Mendeleyev's painting, with the exception of lutetium and lawrencium.
  • the trivalent chromium salt may especially be a sulphate, a chloride, a nitrate, a fluoride, an acetate, etc.
  • conventional trivalent chromium is understood to mean chromium in the +3 oxidation state.
  • Hexavalent chromium means chromium in the +6 oxidation state.
  • the second bath comprises, in addition to an oxidizing compound, a rare earth salt corrosion inhibitor.
  • Rare earths are here defined conventionally in themselves, and include the fifteen lanthanides, scandium and yttrium.
  • the rare earth salt corrosion inhibitor can be for example a salt of lanthanides such as cerium, lanthanum, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, d holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium; a scandium salt; or yttrium salt.
  • This salt may especially be a sulphate, a chloride, a nitrate, a fluoride, an acetate, etc.
  • the cerium salts which may be in the +4 oxidation state, and preferably in the +3 oxidation state, in particular in the nitrate form, are particularly preferred in the context of the invention, as are lanthanum salts.
  • the chromium-based substances in a +3 oxidation state, as well as the cerium salts and the lanthanum salts, are in particular advantageously not harmful to the environment or health.
  • Such a process advantageously makes it possible to form on the surface of the part a layer of oxides / hydroxides containing metal derived from the metal salt present in the first bath, trivalent chromium, and the rare earth from the rare earth salt present in the second bath, for example cerium or lanthanum.
  • This layer has excellent corrosion resistance properties and thus effectively protects the part against corrosion.
  • the succession of the immersion steps in each of the first bath and the second bath, each inducing a chemical conversion of the material on the surface of the part makes it possible to obtain a synergistic effect, which leads, unexpectedly, to properties of resistance to corrosion of the room much greater than those obtained by immersion in one of these baths, or in two successive baths, the second containing only an oxidizing compound, or only a rare earth salt corrosion inhibitor.
  • the conversion layer obtained on the surface of the part also advantageously makes it possible to provide electrical conduction, and it also constitutes a good hanging base for paint systems used in particular in the aeronautical sector.
  • the adhesion of conventional paint systems to the surface layer formed on the part by the process according to the invention is in particular as good as that obtained for the parts treated by the processes of the prior art using hexavalent chromium .
  • one or more rinsing steps of the workpiece are carried out between immersion in the first bath and immersion in the second bath.
  • the oxidizing compound in the one and the other of the first bath and the second bath, can be of any type known in itself for the chemical conversion baths of aluminum or magnesium or their respective alloys. Compounds having no adverse effect on the environment are particularly preferred in the context of the invention.
  • the first bath it is within the scope of the present invention any compound capable of activating the surface of the part by dissolving the natural passivation layer and the substrate, causing a local increase in the pH and consequently the precipitation in the form of oxides / hydroxides of the active compounds, i.e., trivalent chromium, and the metal constituting the part.
  • the oxidizing compounds are fluoride-based substances, such as ammonium fluoride or potassium fluoride zirconate K 2 ZrF 6 , permanganate, such as potassium permanganate, dihydrogen peroxide H 2 O 2 .
  • the concentration of oxidizing compound in the first bath may especially be between 0.1 and 50 g / l.
  • the trivalent chromium salt and the oxidizing compound present in the first bath may be constituted by two different compounds, or by a single compound capable of ensuring by itself the two functions of inhibition of corrosion and oxidation, by for example, trivalent chromium fluoride CrF 3 .
  • the oxidizing compound is chosen to be able to oxidize the surface of the part, thus causing its own simultaneous reduction, with, again, local increase in pH and precipitation of rare earth oxides / hydroxides / trivalent chromium / metal constituting the piece.
  • the oxidizing compounds are fluoride-based substances, such as ammonium fluoride or potassium fluoride zirconate K 2 ZrF 6 , permanganate, such as potassium permanganate, dihydrogen peroxide H 2 O 2 .
  • the invention also satisfies the following characteristics, implemented separately or in each of their technically operating combinations.
  • the trivalent chromium salt can be brought in any conventional form in itself for chemical conversion treatments of metal substrate, especially in the form of fluoride, chloride, nitrate, acetate, acetate hydroxide, sulfate, potassium sulfate, etc., trivalent chromium, for example CrF 3 , xH 2 O, CrCl 3 , xH 2 O, Cr (NO 3 ) 3 , xH 2 O, (CH 3 CO 2 ) 2 Cr, xH 2 O, (CH 3 CO 2 ) 7 Cr 3 (OH) 2 , xH 2 O, Cr 2 (SO 4 ) 3 , xH 2 O, CrK (SO 4 ) 2 , xH 2 O, etc.
  • trivalent chromium for example CrF 3 , xH 2 O, CrCl 3 , xH 2 O, Cr (NO 3 ) 3 , xH 2 O, (CH 3 CO 2 ) 2 Cr, xH 2 O, (CH
  • the trivalent chromium salt present in the first bath is selected from fluorides and sulphates. These are, for example, chromium trifluoride CrF 3 , potassium chromium sulphate CrK (SO 4 ) 2 , or chromium sulphate Cr 2 (SO 4 ) 3 .
  • the concentration of trivalent chromium salt in the first bath is preferably between 0.5 and 50 g / l, preferably between 1 and 20 g / l.
  • the cerium or lanthanum that may be present in the second bath preferably have a +3 oxidation state.
  • the cerium or lanthanum salt can be brought in any form, in particular chloride, fluoride, nitrate, sulfate, acetate, etc., of cerium, for example CeCl 3 , xH 2 O, CeF 3 , xH 2 O, Ce ( NO 3 ) 3 , xH 2 O, Ce 2 (SO 4 ) 3 , xH 2 O, Ce (CH 3 CO 2 ) 3 , xH 2 O, etc.
  • lanthanum for example LaCl 3 , xH 2 O, LaF 3 , xH 2 O, La (NO 3 ) 3 , xH 2 O, La 2 (SO 4 ) 3 , xH 2 O, La (CH 3 CO 2 ) 3 , xH 2 O, etc.
  • the rare earth salt present in the second bath is cerium nitrate Ce (NO 3 ) 3 or lanthanum nitrate La (NO 3 ) 3 .
  • the concentration of rare earth salt, in particular of cerium or lanthanum salt, in the second bath is between 0 and 50 g / l, preferably between 1 and 10 g / l, for example equal to 5 g / l.
  • a particularly preferred composition for the second bath uses dihydrogen peroxide H 2 O 2 as an oxidizing compound, and corresponds to one of the following compositions: Ce (NO 3 ) 3 , 6H 2 O or (NO 3 ) 3 , 6H 2 O, at a concentration of between 0.1 and 50 g / l, preferably between 1 and 10 g / l, preferably equal to 5 g / l, and H 2 O 2 , solution at 35% v / v, at a concentration of between 5 and 500 ml / l, preferably between 5 and 200 ml / l, more preferably between 10 and 100 ml / l, preferably equal to 50 ml / l.
  • the oxidizing compound chosen for the second bath is hydrogen peroxide H 2 O 2
  • the latter is incorporated in the form of an aqueous solution, for example at 35% v / v or 30% v / v. v, to obtain a concentration in the bath of between 5 and 500 ml / l, preferably between 5 and 200 ml / l, more preferably between 10 and 100 ml / l, and preferably equal to 50 ml / l.
  • the part is subjected to an anodization treatment step prior to immersion in the first bath and the second bath.
  • the invention is then also expressed in terms of post-anodization clogging process.
  • the prior stage of anodization treatment can be carried out according to any known method in itself. Preferably, it does not use any substance based on hexavalent chromium.
  • anodizations of the sulfuric anodization type diluted or not, such as standard Anodic Sulfuric Oxidation (so-called standard OAS), dilute Anodic Sulfuric Oxidation (so-called dilute OAS), oxidation Anodic Sulfo-Tartric (OAST), Sulfo-Boric Anodic Oxidation (OASB), etc.
  • standard OAS Anodic Sulfuric Oxidation
  • dilute OAS dilute Anodic Sulfuric Oxidation
  • OFAST oxidation Anodic Sulfo-Tartric
  • the part is subjected to a degreasing and / or stripping step prior to immersion of the first bath and the second bath, so as to eliminate grease, dirt and oxides present on its surface.
  • this surface preparation step part degreasing and / or pickling is advantageously carried out before the anodization.
  • Interleaved rinses are preferably carried out between the successive steps above, and before immersion of the piece in the first bath.
  • the invention is expressed in terms of the chemical conversion process of aluminum or one of its alloys, or magnesium or one of its alloys.
  • Parts made of 2024 T3 aluminum alloy laminated, dimensions 120x80x2 mm, are treated as follows.
  • the parts are then subjected to successive immersions in the next aqueous bath, and in respectively one of the following second aqueous baths.
  • the first bath based on trivalent chromium, named Bath 1, corresponds to the composition: CrK (SO 4 ) 2 , 6H 2 O at 2 g / L + K 2 ZrF 6 at 5 g / L, in water.
  • the immersion time in this first bath is equal to 10 min.
  • the second aqueous bath corresponds to one of the compositions indicated in Table 1 below.
  • Three of these baths comprising an oxidizing compound and a rare earth salt, respectively of cerium (baths D1 and D2) or of lanthanum (bath D3) are in accordance with the present invention, and two of them, Comp.1 and Comp.2, are comparative examples.
  • the temperature of each of these baths is the ambient temperature, ie a temperature of between 18 and 25 ° C.
  • the immersion time in each of these second baths is equal to 5 min.
  • Parts are also treated, after surface preparation, by immersion only in the bath 1 described above.
  • identical pieces, having undergone identical surface preparation are processed by the following prior art chemical conversion processes: Alodine® 1200 (Henkel) (using chromium) hexavalent), SurTec® 650 (SurTec) (using trivalent chromium), and Lanthan® VS 613.3 (Coventya) (using trivalent chromium).
  • An adhesion test of conventional paint systems on the conversion layer formed on the part, on the one hand by a process according to the invention above, comprising immersing the piece in the bath 1 and then in the Bath 2 designated D1 (cerium salt), and secondly by the method of the prior art Alodine® 1200, is carried out as follows.
  • Two paint systems are tested: a water-based epoxy system (P60 + F70) and a solvent-based polyurethane system (PAC33 + PU66).
  • the tests are carried out according to the ISO 2409 standard, for dry adhesion, after drying of the paint system, and for wet adhesion: after drying of the paint system, the samples are immersed in demineralized water for 14 hours. days and then dried before undergoing the adhesion test according to the standard.
  • adhesion of the paint systems is comparable to that obtained for the parts treated by the Alodine® 1200 prior art process.
  • the parts treated by the process according to the invention comprising immersing the part in the bath 1 and then in the bath 2 designated D1 (cerium salt), are subjected to an electrical conductivity test in accordance with the standard MIL- DTL-81760B, which measures the resistivity of the layer / substrate / layer system.
  • Alodine® 1200 layer As comparative examples, are also subjected to the same test parts treated by the commercial chemical conversion method proposed by the prior art Alodine® 1200, as described in Table 2 above ("Alodine® 1200 layer”). thick), as well as parts treated by the same Alodine® 1200 chemical conversion process, but including immersion in the treatment bath for only 30 seconds (“Alodine® 1200 thin layer”).
  • the thick layer of Alodine® 1200 is recommended when good properties of corrosion resistance are sought, to the detriment of electrical conduction properties.
  • the thin layer of Alodine® 1200 is recommended when good electrical conduction properties are sought, with, however, a reduction in the anti-corrosion performance of the treatment by half.
  • the method according to the invention thus makes it possible to form on the part a layer advantageously combining corrosion protection performance superior to those obtained by the method of the prior art Alodine® 1200 thick layer, and good electrical conductivity.
  • Example 1 Aluminum parts similar to those used for Example 1 are subjected to the prior surface preparation steps described in Example 1.
  • the temperature is the temperature ambient, and the immersion time in Bath 2 is 5 min.
  • Example 1 Aluminum parts similar to those used for Example 1 are subjected to the prior surface preparation steps described in Example 1.
  • Each piece is then subjected to immersion in the bath 2 according to the invention D1 described above, at room temperature, for 5 min.
  • the part is then subjected to successive immersions in the first and second aqueous baths.
  • the first bath based on trivalent chromium, named Bain 1, corresponds to the composition: CrK (SO 4 ) 2 , 6H 2 O at 2 g / L + K 2 ZrF 6 at 5 g / L, in water.
  • the immersion time in this first bath is equal to 10 min.
  • the second bath based on cerium, named Bath 2
  • Bath 2 has the following composition: Ce (NO 3 ) 3 , 6H 2 O at 5 g / L; H 2 O 2 , 35% v / v solution, 50 mL / L, in water.
  • Its pH is set at 3, and its temperature is the ambient temperature, ie a temperature between 18 and 25 ° C approximately.
  • the immersion time in this second bath is equal to 5 min.
  • Parts 2024T3 laminated aluminum alloy 120x80x2 mm dimensions are treated by anodizing, then clogging, according to the methods below.
  • anodizing step three different anodizing methods, namely the diluted OAS, the OAST and the OASB, are used, to obtain on the surface of the pieces an anodic layer with a thickness of 2 to 5 ⁇ m.
  • the operating parameters for dilute OAS, OAST and OASB are shown in Table 12 below. ⁇ u> Table 12 ⁇ / u> - Operating Parameters Used for the Different Anodizing Steps Diluted OAS OAST OASB Composition of the bath H 2 SO 4 : 62 g / L H 2 SO 4 : 40 g / L H 2 SO 4 : 45 g / L C 4 H 6 O 6 : 80 g / L H 3 BO 3 : 8 g / L Bath temperature (° C) 22 37 27 Tension cycle 14 V - 24 min 14 V - 25 min 15 V - 23 min
  • the parts obtained are subjected to a sealing step, either of the hydrothermal type, or of the hydrothermal type with nickel salts, or according to the process according to the invention used in the conditions indicated in Example 1 above, concerning the immersion in Bath 1 and Bath 2.
  • the present invention achieves the objectives it has set for itself.
  • it provides a method of surface treatment of aluminum or aluminum alloy parts, or magnesium or magnesium alloy, which, without using hexavalent chromium, provides performance in terms of protection of the piece against corrosion which are superior to those obtained by the processes of the prior art.

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 K2ZrF6, de permanganate, telles que le permanganate de potassium, de peroxyde de dihydrogène H2O2. La concentration en composé oxydant dans le premier bain peut notamment être comprise entre 0,1 et 50 g/L.
  • 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 CrF3.
  • 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 K2ZrF6, de permanganate, telles que le permanganate de potassium, de peroxyde de dihydrogène H2O2.
  • 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.
  • 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 CrF3,xH2O, CrCl3,xH2O, Cr(NO3)3,xH2O, (CH3CO2)2Cr,xH2O, (CH3CO2)7Cr3(OH)2,xH2O, Cr2(SO4)3,xH2O, CrK(SO4)2,xH2O, etc.
  • 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 CrF3, de sulfate de chrome de potassium CrK(SO4)2, ou de sulfate de chrome Cr2(SO4)3.
  • 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 ;
  • 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.
  • Des compositions particulièrement préférées du premier bain mettent en oeuvre le fluoro-zirconate de potassium K2ZrF6 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.
  • 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 CeCl3,xH2O, CeF3,xH2O, Ce(NO3)3,xH2O, Ce2(SO4)3,xH2O, Ce(CH3CO2)3,xH2O, etc. ; ou de lanthane, par exemple LaCl3,xH2O, LaF3,xH2O, La(NO3)3,xH2O, La2(SO4)3,xH2O, La(CH3CO2)3,xH2O, etc.
  • 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(NO3)3 ou le nitrate de lanthane La(NO3)3.
  • 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 ;
  • 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.
  • Une composition particulièrement préférée pour le deuxième bain met en oeuvre le peroxyde de dihydrogène H2O2 en tant que composé oxydant, et répond à l'une des compositions suivantes : Ce(NO3)3,6H2O ou La(NO3)3,6H2O, 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 H2O2, 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.
  • De manière plus générale, lorsque le composé oxydant choisi pour le deuxième bain est le peroxyde d'hydrogène H2O2, 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • Des pièces en alliage d'aluminium 2024 T3 laminé, de dimensions 120x80x2 mm, sont traitées comme suit.
  • 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.
  • Les pièces sont ensuite soumises à immersions successives dans le premier bain aqueux suivant, et dans respectivement un des deuxièmes bains aqueux suivants.
  • Le premier bain, à base de chrome trivalent, nommé Bain 1, répond à la composition : CrK(SO4)2,6H2O à 2 g/L + K2ZrF6 à 5 g/L, dans l'eau.
  • Son pH est fixé à 3,5, et sa température est portée à 40 °C.
  • La durée d'immersion dans ce premier bain est égale à 10 min.
  • 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
  • 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.
  • Des pièces sont également traitées, après préparation de surface, par immersion uniquement dans le Bain 1 décrit ci-avant.
  • 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).
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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
  • 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.
  • 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 »).
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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
  • 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
  • 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.
  • Ces pièces sont ensuite soumises à une première immersion dans le Bain 1 suivant : CrK(SO4)2,6H2O à 2 g/L + K2ZrF6 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.
  • 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(NO3)3,6H2O à 5 g/L ; KMnO4 à 10 ml/l ans l'eau ; pH = 3.
  • Pour chacun de ces procédés, la température est la température ambiante, et la durée d'immersion dans le Bain 2 est de 5 min.
  • 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
  • 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 2ème 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
  • 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.
  • 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
  • Chaque pièce est ensuite soumise à immersion dans le Bain 2 conforme à l'invention D1 décrit précédemment, à température ambiante, pendant 5 min.
  • 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
  • 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 1er bain.
    • EXEMPLE 3 - Traitement de conversion chimique de pièces en alliage de magnésium
  • Une pièce en alliage de magnésium Elektron 21 extrudé, de dimensions 120x80x6 mm, est traitée comme suit.
  • 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.
  • La pièce est ensuite soumise à immersions successives dans le premier et le deuxième bains aqueux suivants.
  • Le premier bain, à base de chrome trivalent, nommé Bain 1, répond à la composition :

            CrK(SO4)2,6H2O à 2 g/L + K2ZrF6 à 5 g/L,

    dans l'eau.
  • Son pH est fixé à 3,5, et sa température est portée à 40 °C.
  • La durée d'immersion dans ce premier bain est égale à 10 min.
  • Le deuxième bain, à base de cérium, nommé Bain 2, répond à la composition : Ce(NO3)3,6H2O à 5 g/L ; H2O2, solution à 35 % v/v, 50 mL/L, dans l'eau.
  • Son pH est fixé à 3, et sa température est la température ambiante, soit une température comprise entre 18 et 25 °C environ.
  • La durée d'immersion dans ce deuxième bain est égale à 5 min.
  • 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.
  • 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
  • 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
  • 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
  • Des pièces en alliage d'aluminium 2024T3 laminé de dimensions 120x80x2 mm sont traitées par anodisation, puis colmatage, suivant les méthodes ci-après.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • On obtient, sur chaque pièce traitée, une couche anodique colmatée d'épaisseur comprise entre 2 et 5 µm.
  • 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
  • Des résultats moyens plus précis, en termes d'apparition de la première piqure de corrosion (« 1ère») et la généralisation («Gon») 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 («1ère») et de la généralisation de la corrosion (« Gon »), 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
  • 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.
  • 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.

Claims (13)

  1. Procédé de traitement de surface d'une pièce en aluminium, en magnésium ou en un de leurs alliages respectifs, comprenant l'immersion de ladite pièce successivement dans :
    - un premier bain aqueux contenant :
    • un sel de chrome trivalent, à l'exclusion d'un sel de chrome hexavalent,
    • et un composé oxydant choisi parmi les substances à base de fluorure, de permanganate ou de peroxyde de dihydrogène H2O2,
    - et un deuxième bain aqueux contenant un composé oxydant choisi parmi les substances à base de fluorure, de permanganate ou de peroxyde de dihydrogène H2O2,
    caractérisé en ce que le deuxième bain contient en outre un sel de terre rare inhibiteur de corrosion.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sel de chrome trivalent est choisi parmi les fluorures et les sulfates.
  3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la température du premier bain est comprise entre 10 et 80 °C.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le pH du premier bain est compris entre 1 et 7.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la durée d'immersion dans le premier bain est comprise entre 1 et 60 minutes.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la concentration en sel de chrome trivalent dans le premier bain est comprise entre 0,5 et 50 g/L.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le sel de terre rare inhibiteur de corrosion présent dans le deuxième bain est un sel de lanthane.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le sel de terre rare présent dans le deuxième bain est un sel de cérium.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la concentration en sel de terre rare dans le deuxième bain est comprise entre 0 et 50 g/L.
  10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la température du deuxième bain est comprise entre 10 et 80 °C.
  11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le pH du deuxième bain est compris entre 1 et 7.
  12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la durée d'immersion dans le deuxième bain est comprise entre 1 et 60 minutes.
  13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ladite pièce est soumise à une étape de traitement par anodisation préalablement à son immersion dans ledit premier bain et ledit deuxième bain.
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