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Procédé de galvanisation de tôles d'acier
La présente invention concerne un procédé de galvanisation de tôles d'acier, notamment de tôles assemblées telles que des pièces de structure de véhicules automobiles se distinguant par une teneur particulière en silicium et en phosphore.
Il est bien connu que, dans tous les domaines de l'industrie tels qu'à titre d'exemple l'automobile, l'électroménager, la conserverie..., il est nécessaire de protéger les pièces en fer, en fonte ou en acier contre la corrosion.
Parmi les procédés les plus couramment utilisés pour effectuer cette protection on peut mentionner la galvanisation qui est connue depuis déjà de nombreuses dizaines d'années.
Cette opération, qui consiste à recouvrir les pièces à protéger d'une couche de protection à base de zinc, peut s'effectuer soit par trempage dans un bain de zinc fondu (ou enduction au rouleau), soit par électrozingage. Le dépôt, qui doit être d'épaisseur contrôlée, peut ou non être réalisé sur toutes les faces de la pièce. Il est constitué de zinc pur ou additionné d'éléments tels qu'à titre d'exemple le nickel, l'étain, le cuivre, le plomb, le fer, le cobalt ou encore l'aluminium.
Il est en particulier à noter que l'ajout d'aluminium améliore la brillance des revêtements de galvanisation, réduit l'oxydation superficielle du zinc, améliore la fluidité du bain, et permet de contrôler la réaction zinc/fer qui contribue à l'obtention de l'épaisseur.
En effet, pour donner satisfaction, les revêtements de galvanisation doivent avoir un aspect uniforme non marbré et brillant et, en outre, avoir une épaisseur homogène en règle générale de l'ordre de 10 à 40 m.
Parmi les bains de galvanisation renfermant de l'aluminium, les spécialistes ont pris l'habitude de distinguer : - les bains à basse teneur en aluminium renfermant environ
0,005 % d'aluminium,
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- les bains à teneur moyenne renfermant environ 0, 2 % d'aluminium, - les bains dits de poligalva renfermant de 0,04 % à
0,05 % d'aluminium.
Or, si tous les aciers non alliés et les fontes maléables peuvent subir de manière satisfaisante un traitement dans un bain de galvanisation renfermant de l'aluminium, il n'en est pas de même de certains aciers alliés, notamment des aciers présentant de fortes teneurs en silicium ou en phosphore : dans le cas de tels aciers, l'opération de galvanisation aboutit en effet à l'obtention de revêtements ayant un aspect gris marbré et mat non satisfaisant du point de vue de l'esthétique ; de plus, la présence dans l'acier à traiter de teneurs particulières en silicium et en phosphore tend à accélérer la croissance des couches d'alliage zinc-fer, d'où il résulte que les revêtements obtenus sont plus épais et moins résistants aux chocs (risque d'écaillage sous chocs ponctuels).
Il est en particulier à noter que, dans le cas des aciers au silicium, l'épaisseur du revêtement de galvanisation n'est pas une fonction linéaire de la teneur en silicium, comme le prouve la courbe de Sandelin représentée sur la figure 1 qui indique les variations de l'épaisseur d'une couche de galvanisation déposée sur une pièce en acier en fonction de la teneur en silicium de cet acier.
Selon cette figure, on peut distinguer deux domaines séparés par une teneur en silicium de 0,1 % ; les aciers ayant une teneur en silicium inférieure à cette limite sont dits hyposandelin tandis que les aciers ayant une teneur en silicium supérieure à cette limite sont dits hypersandelin .
Cette figure montre clairement que la croissance de la couche de galvanisation est très rapide à l'approche d'une teneur en silicium égale à 0,1 % ; dans ce domaine, les couches formées sont épaisses, fragiles et grises.
Pour éviter ces phénomènes, on a défini des normes auxquelles doivent satisfaire les aciers destinés à être galvanisés, telle la norme NF A 35-503. Cette norme définit
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deux classes d'aciers en fonction de leur teneur en silicium et en phosphore.
Classe 1 : Si 0,03 % et Si + 2,5 P 0, 09 %
EMI3.1
Classe 2 : Si < 0, 04 % et Si + 2, 5 P < 0, 11 %.
Ces classes ont été définies en fonction d'éléments statistiques de répartition des teneurs en silicium et en phosphore.
Il est généralement admis que les aciers ayant des teneurs en silicium et en phosphore supérieures à celles mentionnées ne peuvent pas être galvanisés de manière satisfaisante, et même que dans le cas des aciers de classe 2, lorsque les teneurs sont proches des limites maximales, il peut subsister quelques risques d'obtenir un revêtement mat et marbré plus épais.
Il est à noter que l'industrialisation du procédé dit de poligalva a permis, dans une certaine mesure, d'atténuer ces inconvénients, sans toutefois donner toute satisfaction ; de plus, il n'a pas jusqu'à présent été possible d'augmenter la teneur en aluminium des bains de galvanisation à des pourcentages compris entre 0,05 % et 0,20 %, en particulier à cause de problèmes d'adhérence des revêtements rencontrés pour de telles teneurs en aluminium.
La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient en proposant un procédé de galvanisation de tôles d'acier, notamment de tôles assemblées telles que des pièces de structure de véhicules automobiles se distinguant par une teneur particulière en silicium et en phosphore permettant d'obtenir un revêtement ayant une épaisseur homogène ainsi qu'un aspect uniforme non marbré et brillant, largement satisfaisant du point de vue de l'esthétique.
Conformément à l'invention, ce procédé est caractérisé en ce que dans une étape de prétraitement on plonge la pièce à traiter dans un bain de prétraitement dit bain de fluxage renfermant entre 300 et 350 g/l de chlorure de zinc et entre 100 et 150 g/l de chlorure d'ammonium à une température de l'ordre de 380C de façon à revêtir cette pièce d'une couche d'interface, puis, on plonge la pièce ainsi revêtue dans un bain de galvanisation renfermant entre 0,05 % et
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0,20 % en poids d'aluminium à une température de l'ordre de 440 à 4500C.
Le dépôt, conforme à l'invention, d'une couche d'interface, entre la surface de la pièce à traiter et la couche de galvanisation, permet, de manière surprenante, de remédier aux problèmes liés à l'utilisation de bains de poligalva à teneur en aluminium comprise entre 0,05 % et 0,2 %, et conduit à l'obtention de revêtements de galvanisation ayant une épaisseur homogène environ comprise entre 10 et 40 lim donnant toute satisfaction du point de vue de l'adhérence et de l'esthétique.
L'expérience à permis de constater que la pièce à traiter doit en règle générale être plongée pendant environ 30 secondes dans le bain de fluxage puis pendant environ 2 à 6 minutes dans le bain de galvanisation.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le pH du bain de fluxage est compris entre 2 et 3 et est de préférence de l'ordre 2,5.
Conformément à une caractéristique préférentielle de l'invention, on a pu galvaniser de manière satisfaisante des pièces en tout type d'acier et en particulier en acier au silicium et au phosphore en mettant en oeuvre un bain de fluxage renfermant environ 323 g/l de chlorure de zinc et environ 122 g/l de chlorure d'ammonium.
On a pu constater qu'un tel traitement préalable conduit à appliquer sur la pièce à traiter une couche d'interface ayant la composition suivante : 40 < Zn < 46 % 54 < NH4Cl < 60 %.
L'expérience a également permis de constater que le bain de galvanisation doit, préférentiellement, renfermer entre 0,090 % et 0,110 % en poids d'aluminium et, en outre, et le cas échéant entre 1,0 et 1,5 % en poids de plomb.
Pour vérifier le caractère particulièrement avantageux du procédé conforme à l'invention, on a appliqué celui-ci à la galvanisation de pièces en acier présentant de fortes teneurs en silicium et en phosphore.
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La figure 2 représente les variations de l'épaisseur du revêtement de galvanisation ainsi obtenu (en m) en fonction de la teneur Si+2, 5P (en %) de ces aciers.
Cette figure prouve clairement que le procédé conforme à l'invention permet d'obtenir, quel que soit le type d'acier, des revêtements d'épaisseur homogène environ comprise entre 10 et 40 m.
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Process for galvanizing steel sheets
The present invention relates to a process for galvanizing steel sheets, in particular assembled sheets such as structural parts of motor vehicles, distinguished by a particular content of silicon and phosphorus.
It is well known that, in all areas of industry such as, for example, the automobile, household appliances, canning, etc., it is necessary to protect the iron, cast iron or steel against corrosion.
Among the processes most commonly used to carry out this protection, mention may be made of galvanization which has been known for many decades already.
This operation, which consists of covering the parts to be protected with a protective layer based on zinc, can be carried out either by dipping in a bath of molten zinc (or coating with a roller), or by electrozincing. The deposit, which must be of controlled thickness, may or may not be carried out on all the faces of the part. It consists of pure zinc or with the addition of elements such as, for example, nickel, tin, copper, lead, iron, cobalt or even aluminum.
It should be noted in particular that the addition of aluminum improves the gloss of the galvanizing coatings, reduces the surface oxidation of zinc, improves the fluidity of the bath, and makes it possible to control the zinc / iron reaction which contributes to obtaining of thickness.
In fact, to give satisfaction, the galvanizing coatings must have a uniform, unblasted and shiny appearance and, in addition, have a uniform thickness as a rule of the order of 10 to 40 m.
Among the galvanizing baths containing aluminum, specialists have become accustomed to distinguishing: - baths with low aluminum content containing approximately
0.005% aluminum,
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- baths with an average content containing approximately 0.2% of aluminum, - so-called poligalva baths containing from 0.04% to
0.05% aluminum.
However, if all non-alloy steels and malleable cast irons can undergo treatment in a satisfactory manner in a galvanizing bath containing aluminum, it is not the same for certain alloy steels, in particular steels having high contents in silicon or phosphorus: in the case of such steels, the galvanizing operation results in fact in obtaining coatings having a gray mottled and matt appearance which are not satisfactory from the point of view of aesthetics; in addition, the presence in the steel to be treated of particular contents of silicon and phosphorus tends to accelerate the growth of the layers of zinc-iron alloy, from which it results that the coatings obtained are thicker and less resistant to shocks (risk of chipping under occasional shocks).
It should in particular be noted that, in the case of silicon steels, the thickness of the galvanizing coating is not a linear function of the silicon content, as evidenced by the Sandelin curve shown in FIG. 1 which indicates variations in the thickness of a galvanizing layer deposited on a steel part as a function of the silicon content of this steel.
According to this figure, one can distinguish two domains separated by a silicon content of 0.1%; steels with a silicon content below this limit are said to be hyposandelin while steels having a silicon content above this limit are said to be hypersandelin.
This figure clearly shows that the growth of the galvanizing layer is very rapid when approaching a silicon content equal to 0.1%; in this area, the layers formed are thick, fragile and gray.
To avoid these phenomena, standards have been defined which steels intended to be galvanized must meet, such as standard NF A 35-503. This standard defines
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two classes of steels according to their silicon and phosphorus content.
Class 1: If 0.03% and If + 2.5 P 0.09%
EMI3.1
Class 2: If <0.04% and If + 2.5 P <0.11%.
These classes have been defined according to statistical elements for the distribution of silicon and phosphorus contents.
It is generally accepted that steels with silicon and phosphorus contents higher than those mentioned cannot be galvanized in a satisfactory manner, and even that in the case of class 2 steels, when the contents are close to the maximum limits, it there may still be a few risks of obtaining a thicker matt and marbled coating.
It should be noted that the industrialization of the so-called poligalva process has made it possible, to a certain extent, to mitigate these drawbacks, without however giving any satisfaction; moreover, it has so far not been possible to increase the aluminum content of the galvanizing baths to percentages between 0.05% and 0.20%, in particular because of adhesion problems of the coatings encountered for such aluminum contents.
The object of the present invention is to remedy this drawback by proposing a method of galvanizing steel sheets, in particular assembled sheets such as structural parts of motor vehicles, distinguished by a particular content of silicon and phosphorus making it possible to to obtain a coating having a homogeneous thickness as well as a uniform non-marbled and shiny appearance, largely satisfactory from the point of view of aesthetics.
According to the invention, this process is characterized in that in a pretreatment step, the part to be treated is immersed in a pretreatment bath known as a fluxing bath containing between 300 and 350 g / l of zinc chloride and between 100 and 150 g / l of ammonium chloride at a temperature of the order of 380C so as to coat this part with an interface layer, then, the part thus coated is immersed in a galvanizing bath containing between 0.05% and
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0.20% by weight of aluminum at a temperature of the order of 440 to 4500C.
The deposition, in accordance with the invention, of an interface layer, between the surface of the part to be treated and the galvanizing layer, makes it possible, surprisingly, to remedy the problems associated with the use of poligalva baths with an aluminum content of between 0.05% and 0.2%, and leads to the production of galvanizing coatings having a homogeneous thickness of between 10 and 40 μm giving satisfactory satisfaction from the point of view of adhesion and aesthetics.
Experience has shown that the part to be treated must generally be immersed for approximately 30 seconds in the fluxing bath and then for approximately 2 to 6 minutes in the galvanizing bath.
According to another characteristic of the invention, the pH of the fluxing bath is between 2 and 3 and is preferably around 2.5.
In accordance with a preferred characteristic of the invention, parts of all types of steel, and in particular silicon and phosphorus steel, have been able to be satisfactorily galvanized by using a fluxing bath containing approximately 323 g / l of zinc chloride and approximately 122 g / l of ammonium chloride.
It has been observed that such a preliminary treatment results in applying to the part to be treated an interface layer having the following composition: 40 <Zn <46% 54 <NH4Cl <60%.
Experience has also shown that the galvanizing bath should preferably contain between 0.090% and 0.110% by weight of aluminum and, moreover, and if necessary between 1.0 and 1.5% by weight of lead.
To verify the particularly advantageous nature of the process according to the invention, it was applied to the galvanization of steel parts having high contents of silicon and phosphorus.
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FIG. 2 represents the variations in the thickness of the galvanizing coating thus obtained (in m) as a function of the Si + 2.5 P content (in%) of these steels.
This figure clearly proves that the process according to the invention makes it possible to obtain, whatever the type of steel, coatings of uniform thickness approximately between 10 and 40 m.