PRODUIT DE RECOUVREMENT FORME D'UNE DISPERSION DE
ZINC METALLIQUE POUR GALVANISATION A FROID
La.-: présente invention est relative à un produit de recouvrement constitué d'une dispersion de zinc métallique de viscosité comprise entre 1.5 et 3.5 St, comprenant comme constituants principaux un solvant organique, de la fine poussière de zinc répartie sous forme de suspension dans ledit solvant et de la résine synthétique au moins partiellement dissoute dans ledit solvant. Elle concerne également un procédé de recouvrement par film galvanisant à l'aide de la dispersion de zinc métallique susdite.
Elle trouve sa principale application comme produit de recouvrement destiné à être appliqué sur des ouvrages exposés aux intempéries et constitués de structures d'acier ou alliages ferreux, avant ou après leur assemblage sur chantier, en vue de les protéger contre la corrosion.
On connaît un procédé de recouvrement métallique par projection de métaux fondus, notamment de zinc fondu projeté sous forme de fines gouttelettes sur une armature métallique afin de protéger celle-ci de la corrosion. La projection est réalisée au moyen d'un pistolet qui comprend un brûleur constitué soit d'un chalumeau acétylénique ou oxhydrique, soit d'un arc électrique engendrant une source de plasma.
Le métal est introduit dans le brûleur sous forme de poudre ou sous forme d'un fil métallique continu, qui traverse le brûleur et est projeté à l'état -de.fines gouttelettes de métal fondu au moyen ; d'air comprimé, sur l'objet à recouvrir.
Ce procédé exige.une main d'oeuvre spécialisée et un nettoyage préalable. assez poussé des surfaces métalliques à traiter.
La présente invention vise à remédier à cet inconvénient. Elle concerne une dispersion de poussière de zinc métallique ayant la consistance d'une peinture et pouvant être appliquée à froid par film, soit en fines couches d'environ 10 à 15 microns faisant fonction de "shop primer" en constructions navales, soit en couches plus épaisses pouvant atteindre 40 microns chacune, en vue de protéger des ouvrages de génie civil tels que conduites forcées pour centrale électrique ou en couches d'environ 100 microns d'épaisseur chacune. Ce produit de revêtement peut être appliqué à l'aide d'un pinceau, d'une brosse, d'un rouleau ou par pulvérisation à l'aide d'un pistolet à peinture électrostatique ou à aérosol.
L'emploi d'une dispersion selon l'invention associe les avantages des méthodes de recouvrement d'une surface d'acier au moyen d'une couche de peinture appliquée à l'aide d'une brosse, pinceau ou pistolet, puisque la couche peut être appliquée après montage et ceux de la galvanisation électrolytique, puisque le produit de recouvrement confère la même protection cathodique qu'une couche de zinc galvanique.
On connaît des dispersions de zinc =métallique . constituées - d'une dispersion de fine poussière métallique en suspension dans un solvant organique.
Cette dispersion se présente sous l'aspect .d'un gel gris, ayant la viscosité d'un produit de ..peinture,
c'est-à-dire 2,2 St à 20[deg.]C. La teneur en.zinc-du film
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poids.
La couche de zinc ainsi formée procure à l'acier une protection dite protection cathodique basée sur des réactions électrochimiques. Cette protection demeure efficace même en cas de légère déterioration du revêtement parce que les réactions électrochimiques permettent la migration, dans une certaine mesure, des ions zinc.
La protection cathodique est une méthode qui consiste à établir des conditions électriques telles que l'objet à protéger devienne cathodique à l'environnement, en appliquant un courant électrique d'intensité déterminée en vue d'annuler le courant anodique local. Le courant électrique peut, dans une mode particulière de réalisation, être généré par l'utilisation d'anodes réactives sacrifiées à la corrosion.
On réalise une anode réactive sacrifiée à la corrosion, lorsqu'on relie l'objet à protéger à un métal plus électronégatif, par exemple du magnésium et ses alliages et.du zinc.
Les processus de corrosion sont complexes. On
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surface métallique suffit pour entraîner , un processus de corrosion. Ainsi des traitements mécaniques ou
thermiques inégaux peuvent causer des différences de potentiels créant des courants anodiques locaux. Une aération différentielle peut aussi provoquer la corrosion. Les domaines où l'oxygène s'introduit le plus difficilement sont anodiques par rapport aux autres domaines. Cela est dû au fait que le potentiel d'une électrode à oxygène est fonction de la pression partielle de l'oxygène (NERNST). Cette aération différentielle est responsable du fait que le fer est principalement attaqué aux endroits recouverts d'une rouille humide, ou enfoncées partiellement dans le sol.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients susdits et propose, dans ce but, un produit de recouvrement tel que décrit dans le premier paragraphe du présent mémoire.
Ce produit de recouvrement est caractérisé en ce que la poussière de zinc est du zinc métallique ayant une teneur en zinc, au moins supérieure à 99,9 % et une granulométrie pour 50 % inférieure à 8 microns.
L'invention consiste à avoir remarqué que la couche protective zinc métallique s'altère plus rapidement sous les effets des intempéries, lorsque le zinc n'est pas d'une qualité extrêmement fine. On en a déduit que cette usure provient d'actions locales, causées par des impuretés plus électropositives que le zinc qui forment des piles locales, le :.. zinc faisant office d'anode et l'impureté de cathode.
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de la dispersion selon l'invention est.comparable à
celle .obtenue : par la galvanisation à chaud. Elle dépend'de l'épaisseur de la couche et de l'ardeur des intempéries auxquelles elle est exposée.
Le .produit de revêtement riche en zinc selon l'invention peut être appliqué sur une surface préalablement galvanisée à chaud même si celle-ci à déjà soumise aux intempéries. Dans ce cas, le produit de revêtement procure une protection supplémentaire particulièrement efficace par son action sacrificiel'le.
Par l'apport du produit de revêtement riche en zinc, la base zinguée initialement par galvanisation, est préservée d'une usure électrochimique prématurée.
Lorsqu'à un endroit donné de la surface, la totalité du zinc contenu dans la couche de revêtement est consommé par son action sacrificielle, un changement de polarité s'effectue et c'est le zinc actif présent dans la couche de galvanisation à chaud qui prend la relève dans la fonction cathodique.
Ce produit de revêtement selon l'invention permet de recharger une surface dont la couche de galvanisation à chaud est usée. On parvient ainsi à rétablir la protection cathodique affaiblie.
La pureté et la finesse de la poudre '..de zinc assurent une parfaite conductibilité électrique des particules de zinc entre elles et avec la surface métallique qu'elles recouvrent.
Une poudre de zinc utilisée avec succès est la poudre du type VM-4P/32 ayant la granulométrie
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Cette poudre est produite par la S.A. SOCIETE DES MINES ET FONDERIES DE ZINC DE LA VIEILLE MONTAGNE
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La composition chimique de la poudre est':
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Elle est préparée à partir de zinc électrolytique d'une pureté de 99,995 %.
La finesse des particules de zinc permet aussi la diffusion de celle-ci au cours du temps, vers la surface métallique à protéger.
La diffusion microscopique de particules de zinc
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consiste à revêtir une plaquette d'acier, d'une première . couche de dispersion, sur laquelle on applique, par . le procédé CVD (Chemical Vapor Déposition) .une seconde de produit de revêtement selon l'invention.
Un examen au microscopique d'une coupe révèle que la fine péllicule d'or, initialement ménagée entre les deux couches de zinc, est diffusée et réparties dans chacunes des couches riches en zinc. Cette répartition de la fine péllicule d'or prouve que la deuxième couche de dispersion selon l'invention n'est pas apposée sur la première mais s'est complètement mélangée à elle. Les solvants contenus dans la couche fraîche redissolvent la première couche et permettent ainsi la- formation d'une couche unique. On parle de "recharge" lorsque la première .couche est partiellement ou complètement corrodée, elle peut être rechargée de zinc sans qu'il faille avoir recours aux préparatifs, tel le sablage intégral jusqu'à l'acier, requis pour l'application de la peinture.
D'autres expériences montrent que le produit de revêtement selon l'invention adhère convenablement sur l'acier galvanisé et qu'il y exerce aussi sa protection active.
La diffusion des particules du zinc entre deux couches de zinc successives assure donc une fixation optimale et une étanchéité complète des couches protectives.
Le produit de revêtement selon l'invention permet donc de restaurer la protection cathodique de pièces ; abîmées lors d'un transport ; ou un revêtement détérioré par une soudure.
La dispersion de zinc peut être utilisée comme produit de revêtement de fond en "couche primer" destinée à recevoir d'autres produits de revêtement.
A cet effet on a mesuré la résistance d'un film à l'état sec d'un produit de revêtement selon l'invention.
Une série de plaques recouvertes d'une couche de dispersion selon l'invention (2 couches ; 50 microns au total) sont immergées sur la moitié de leur hauteur dans différentes solutions.
Ceci permet de constater après l'essai les différences entre les plaques immergées et la partie non-immergée de celles-ci. Les mesures sont faites sur une durée de 24 h. et à température ambiante.
Les résultats sont constatés à partir de griffes réalisées au moyen d'un canif et autres données visuelles.
L'appréciation visuelle consiste à détecter la formation de cloques ou bulles dans la couche de revêtement.
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Le pouvoir adhérant a été testé à l'aide d'un brouillard salin et le degré de protection cathodique à l'aide d'un test électrochimique permettant d'établir une comparaison entre la protection cathodique .de la couche de dispersion selon l'invention et la galvanisation à chaud traditionelle.
Le test du brouillard salin est effectué sur une plaquette couverte de gel de zinc - en plaçant celleci dans une chambre de brouillard salin après. au'une croix de Saint-André ait été tracée dans la couche de zinc. La plaquette est exposée durant 1000 heures dans un milieu dont l'humidité relative est de 100% et dans lequel est dissous un sel aérosol de NaCl. Ce test a pour but de vérifier si l'adhésion est suffisante. Si elle ne l'est pas, il y a formation de
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prouvé l'efficacité du gel et de la 'protection cathodique puisque ni le revêtement, ni le tracé de la croix n'ont été atteints par la rouille. La dispersion connue peut être appliquée. ;'sur une plaquettes humide, puisque le test d'ahésion'donne des résultats convenables, à condition que les préparations de la surface également requise pour la peinture, ait été exécutée.
Le test électrochimique consiste à plonger dans une solution, acide deux plaquettes d'acier, dont l'une est recouverte d'une couche de produit de revêtement et l'autre traitée par galavanisation à chaud, et qui sont munies de deux électrodes. Une cathode de fer blanc est ensuite branchée à ce dispositif par l'intermédiaire d'un ampèremètre à résistance interne nulle. On mesure en permanence le courant qui s'établit entre les deux électrodes, ce qui permet de déterminer à la fois le degré de protection cathodique du revêtement et le moment où le zinc est épuisé. Les deux expériences ont donné des résultats dont les valeurs étaient comparables, ce qui prouve que la galvanisation par film procure une protection cathodique comparable à celle de la galvanisation à chaud.
L'adhésion du produit de revêtement selon l'invention sur des plaquettes métalliques avec différentes préparations de surface a été mesuré par l'essai de quadrillage (cross-cut) selon la norme DIN 53151 suivant une grille illustré à la figure 1.
Selon cette norme, on distingue six classes
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s'est détaché.
GT 1 Aux croisements de l'incision
de petits morceaux de peinture se sont détachés. La surface où la couche de peinture s'est défaite est moins de
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GT 2 Aux croisements et au long
des bords de l'incision de petits morceaux de peinture
se sont cassés et détachés.
La surface sur laquelle la couche de 'peinture s'est
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GT 3 De quelques carreaux, il y a
de plus grandes parties qui se sont détachées. Cette superficie détachée est de 15 à
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GT 4 Quelques petits carreaux de
couche de peinture se sont détachés complètement. La .superficie de la couche qui <EMI ID=14.1> carreaux se sont complètement détachés. La superficie de la .
couche qui s'est décrochée
est de 65 à 100%.
Voici les résultats obtenus pour le produit de revêtement selon l'invention :
- 50 microns sur surface sablée (SA 3) : GT 0
- 50 microns sur surface sablée et ensuite laissé rouiller (11%) sur surface sèche : GT 1
- 50 microns sablée et laissé roiller (100%) sur surface humide : GT 1
Ces essais ont été répétés plusieurs fois sur différentes plaquettes d'essais avec le même résultat.
La résistance thermique est remarquable. Elle a été mise en évidence par le test suivant :
Deux plaquettes recouvertes du produit de revêtement selon l'invention appliqué à l'aérosol ont été chauffées pendant 24 heures dans un four respectivement à 150[deg.]C et à 175[deg.]C. L'adhésion a été mesurée avant et après le traitement thermique selon les normes DIN 53151. , <EMI ID=15.1>
Dans le dernier cas, le produit se- détache légèrement sous l'influence de traitement thermique GT = 1 à 2.
Le temps de séchage au touché du produit de revêtement est d'environ 5 min. Le film sec est solidifié après 48 heures. La capacité de recouvrement de la dispersion de zinc est d'environ 4 m<2>/kg.
L'humidité de la surface à recouvrir n'a aucun influence néfaste sur l'dhérence du produit. Il suffit d'essuyer les gouttes d'eau à l'aide d'un chiffon sec pour assurer un contact suffisant de la couche de zinc avec la surface métallique sousjacente. Le produit continue à se cémenter et durcir sous l'action de l'humidité et de l'air.
Il semble même que le pouvoir protecteur du produit de revêtement selon l'invention est meilleur, lorsque celui-ci est appliqué sur une surface métallique préalablement humidifiée plutôt que sur une surface identique parfaitement sèche.
Dans l'essai comparatif suivant, une électrode d'acier fut, après sablage, immergée dans de l'eau distillée et immédiatement.recouverte du produit de revêtement.
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première couche de produit de revêtement fut mouillée à son tour et recouverte d'une seconde couche.
L'épaisseur totale du film était de 50 microns.
L'essai de corrosion est réalisé dans une solution aqueuse d'acide chlorhydrique ayant une molarité de 0.02 mole/litre.
Revêtement Revêtement
sec mouillé
courant d'électrolyse 2.5 m A 2.75 m A temps de protection 260 min. 416 min.
Un revêtement réalisé par galvanisation à chaud, d'épaisseur identique de 50 microns de zinc, assure une protection bien inférieure n'atteignant que 248 min.
Le film sec de produit de revêtement supporte sans dommage des dilatations et contractions mécaniques et thermiques du métal support. En outre, les risques de déformations, au niveau du métal support, rencontrées lors de la galvanisation à chaud, sont totalement exclues avec le produit de revêtement selon l'invention.
Le produit de revêtement riche en zinc est préparé de la manière suivante :
<EMI ID=17.1> progressivement 1000 à 1200 kg de poudre de zinc électrolytique de très grande- pureté .99,995 % finement.divisé, de granulométrie extrêmement serrée à l'aide d'une vis dosimétriaue d'Archimède au travers d'un treillis dont les mailles présentent 1 cm de côté..L'ajout de la poudre de zinc dure environ
40 à 60 minutes.
Par des trémies débouchant dans la cuve du réacteur par des embouchures 3,7 à 4,0 cm, on ajoute ensuite sous agitation constante de la résine synthétique par exemple du polystyrène du type 143 E,
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On laisse ensuite le mélange décanter pendant au moins six heures, de manière à dissoudre les granulés.
Pendant une deuxième phase du procédé, on assure une mélangeage énergique sous l'action à la fois d'un agitateur et d'une pompe de recirculation.
Une nouvelle charge de 800 à 1000 kg de poudre de zinc est ajoutée dans la cuve de réaction, de la même manière que lors de la première phase.
Après l'addition de la charge de zinc, on assure encore pendant au moins 20 minutes une agitation énergique pour obtenir un produit de revêtement ayant un poids spécifique compris entre 2.55 et 2.72 kg/dm et une viscosité à 20[deg.]C de 2,2 Stokes.,.---
Le déposant croit que l'addition de la seconde charge de zinc entraîne la formation d'une enveloppe de zinc sur un noyau de zinc et de résine, ce qui permet d'augmenter la teneur en zinc métallique du produit de revêtement sans risque de formation de grumeaux.
REVENDICATIONS
<EMI ID=19.1> . rentre 1, 5 et 3,5 St., comprenant comme constituants principaux un solvant -organique, de la fine.:poussière de zinc répartie sous forme de suspension dans ledit .: solvant, et de la-, résine synthétique, au moins partiellement dissoute dans ledit solvant caractérisé en . ce que la poussière de zinc est du zinc électrolytique ayant une teneur en zinc au moins <EMI ID=20.1>
inférieure à 8 microns.