EP1153111A1 - Emulsion d'huile dans l'eau comprenant au moins un additif de lubrification - Google Patents

Emulsion d'huile dans l'eau comprenant au moins un additif de lubrification

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EP1153111A1
EP1153111A1 EP00900673A EP00900673A EP1153111A1 EP 1153111 A1 EP1153111 A1 EP 1153111A1 EP 00900673 A EP00900673 A EP 00900673A EP 00900673 A EP00900673 A EP 00900673A EP 1153111 A1 EP1153111 A1 EP 1153111A1
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EP
European Patent Office
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additive
pss
emulsion
lubrication
coo
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Withdrawn
Application number
EP00900673A
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German (de)
English (en)
Inventor
Hervé Derule
Hubert Jacobs
Amadou Dicko
Peggy Guinet
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USINOR SA
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USINOR SA
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Publication date
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    • C10N2050/02—Dispersions of solid lubricants dissolved or suspended in a carrier which subsequently evaporates to leave a lubricant coating

Definitions

  • Oil-in-water emulsion comprising at least one lubrication additive.
  • the invention relates to an additive for soluble oil intended to reinforce the lubricating power of this oil, in particular when it is applied in a thin and "dry" film to a steel surface.
  • This oiling treatment is intended to ensure good lubrication between the sheet surface and that of the tools under the shaping conditions. Applied on bare steel sheets, this oiling treatment often has another temporary protection function against corrosion, as described in patent EP 0 577 486 from the company SOLLAC.
  • soluble that is to say emulsifiable in water, applied as an emulsion, the emulsion having at least two different phases, an aqueous liquid phase and an oily phase dispersed in the aqueous phase.
  • soluble oils make it easier to obtain homogeneous deposits which are very thin or of very low surface density, for example less than or equal to 1 g / m 2 .
  • soluble oils can be easily applied by spraying, which ensures a homogeneous deposit of very small thickness on the surface to be treated.
  • Patent EP 0 577 486 already cited describes a method of surface treatment of a metal part using an oil emulsion; according to the invention object of this patent, this treatment is suitable for forming, on this surface, a homogeneous and protective film, of dry, thin appearance and of surface density less than 1 g / m 2 .
  • the object of the invention is to propose an additive to increase the lubricating power of soluble oils when they are applied to bare steel surfaces, in particular when they are applied in thin and dry film to these surfaces.
  • the subject of the invention is an oil in water emulsion intended for a lubrication treatment of a steel surface comprising at least one lubrication additive chosen from the group comprising the products corresponding to the following formulas : - (R 1 2 -O-) 1 2 -PSS- (CH 2 ) n -COO- (CH 2 ) m -CH 3 with n and m chosen so that n + m> 22,
  • the invention may also have one or more of the following characteristics:
  • the proportion of lubrication additive in the oily phase of the emulsion is between 2% and 6%.
  • a subject of the invention is also a method for treating the lubrication of a steel surface comprising the steps of applying this emulsion to this surface followed by drying suitable for forming a dry film on said surface, the dry film having preferably a surface density less than or equal to 1 g / m 2 .
  • the invention also has the use of this treatment method for lubricating steel sheets before shaping, since the oiled sheets of dry appearance obtained by this treatment process require no re-oiling before shaping, in particular by stamping.
  • the lubrication treatment according to the invention is carried out on a sheet intended for enamelling or for painting, the invention advantageously makes it possible to avoid any degreasing operation after this lubrication and before this enamelling or painting at strictly speaking, in particular if the dry film which results from this treatment has a surface density less than or equal to 1 g / m 2 and even if a shaping operation is interposed between the lubrication and remeshing treatment or the painting.
  • the components necessary to prepare the emulsion are: the oil (s), the emulsifier (s) to form and maintain the emulsion, and, according to the invention, at least one lubrication additive corresponding to the formula:
  • additives can be added to the “oily base” or to the emulsion, such as corrosion inhibitors, film-forming agents, anti-foaming agents, bactericidal agents, or the like; these additives are known in themselves and will not be described here in detail.
  • the proportions of lubrication additive to be added to the oily base are preferably between 2% and 6% approximately; at 2%, a significant effect is observed but most of the tests were carried out at 5%.
  • the various fat-soluble components of the oily base are first mixed, including the lubrication additives according to the invention, and the oily base obtained is then emulsified by adding water under strong agitation; the proportion of water or the proportion (aqueous phase) / (oily phase) is adapted in a conventional manner.
  • the proportion of water or the proportion (aqueous phase) / (oily phase) is adapted in a conventional manner.
  • the steel surface to be treated is a sheet surface intended for shaping, for example by stamping.
  • a uniform emulsion layer is therefore applied in a conventional manner to the sheet, for example by spraying or by dipping, then the applied layer is dried, for example by blowing hot air, so as to obtain a uniform film and dry on the steel surface of the sheet; this application method followed by drying is described in particular in patent EP 0 577 486 already cited.
  • the drying is adapted to remove almost all of the water from the applied emulsion layer; drying is not too thorough to avoid any risk of degradation of the components of the oily base.
  • a steel sheet is thus obtained treated according to the invention, that is to say coated with an oil-based film comprising the lubrication additive according to the invention.
  • the lubrication additive according to the invention is compatible with the components of the oily bases suitable for temporary protection against corrosion, in particular the corrosion inhibiting agents.
  • AQUASAFE 21 an oil of the soluble type, called AQUASAFE 21, from the company CASTROL, generally used for the temporary protection against corrosion of steel parts.
  • V14 one to serve as a reference without any other additive, called V14 from the company FUCHS, generally used to treat steel parts both against corrosion and for lubrication before stamping;
  • the additive according to the invention is mixed with the AQUASAFE 21 oily base, then the oily mixture is emulsified with stirring;
  • the lubricant treatment product is prepared by mixing the additive according to the invention in the oily base, here SHELL 3282.
  • the sheet used for the lubrication treatment tests is a bare steel sheet 0.7 mm thick, taken directly from a continuous production line immediately downstream from a so-called “skinpass” operation. in the English language, carried out dry, without oil; this sheet, the surface of which is moreover not greasy, is not degreased.
  • stamping press adapted to produce buckets with an inside diameter of 50 mm from sheet blanks with a diameter of 90 mm; using a 50 mm diameter punch having at the end a radius of curvature of 3 mm, a 52.6 mm diameter die having an inner rim of radius of curvature 3.5 mm.
  • the drawing speed is set at 30 cm / min. ; the maximum force of hold-down is 150 kN.
  • the press is equipped with means for continuously monitoring the drawing parameters, in particular the blank holding pressure, the drawing force and the stroke of the punch.
  • the curve of the drawing force is plotted as a function of the stroke of the punch; this curve passes through a maximum which defines the maximum drawing force during operation.
  • This drawing test protocol therefore makes it possible to assess the level of lubrication of the surface of a sheet for drawing; to assess this level on one side, a film of Teflon ® (punch side) is affixed to the other side so as to obtain on this other side a friction which is always negligible compared to that which is exerted on the surface to be evaluated .
  • this protocol is applied directly to sheets treated according to the invention, without posterior oiling.
  • the additive used here according to the invention is O, O-di-isopropyl-dithiophosphate of 4-hydroxy-benzyl unsubstituted, of general formula (R 1) 2 -O-) 1> 2 -PSS- CH2- ⁇ -OH, where the radicals R j and R 2 are isopropyl.
  • the radical -OH is in the "para" position relative to the radical -CH2-S- on the aromatic ring ⁇ of the benzyl radical.
  • - Document EP 592 956 (LUBRIZOL) describes a lubricating composition (whole or soluble) containing oil, an additive resulting from the reaction between a dimercaptothiadiazole and an aliphatic olefin, and, according to claim 5, 0.1-1 % to 5-7% of a metal dithiophosphate as an extreme pressure agent (page 2, line 23 - pages 12-13);
  • Example 5 specifically describes the use, as an extreme pressure additive, of zinc isopropyl methylamyl dithiophosphate.
  • Tests are carried out both on samples treated with a freshly prepared additive emulsion and on samples treated with an "aged" additive emulsion in the sense that it was prepared three weeks before its application.
  • the following series of samples are thus prepared, under the conditions indicated in the MATERIALS section:
  • the stamping tests are carried out under the conditions indicated in ⁇ METHODS and the results obtained are plotted in a diagram comprising, on the abscissa, the clamping force of the blank holder (“FSF” in kN), and, on the ordinate, the maximum drawing force (“F.max” in kN); the diagram obtained is shown in FIG. 1.
  • the friction behavior of the samples ⁇ (without additive) reflects problems of grazing, which disappear completely on the samples ⁇ treated according to the invention.
  • the addition of soluble oils according to the invention therefore makes it possible to improve the friction behavior of bare steel sheets.
  • the first layer serving as a hanging base for the second layer - which is the one that gives the final appearance, with a single firing.
  • Additive OO-dialkyl-dithiophosphates of hvdroxybenzyle incidence of a polar group on the aromatic nucleus.
  • the purpose of this example is to illustrate the advantage of using O, O-dialkyl-dithiophosphates of hydroxybenzyl which are not unsubstituted by polar groups. Samples are treated with freshly prepared emulsions and tested under the conditions of Example 1.
  • - M denotes the additive O, O-di-isopropyl-dithiophosphate of 3-oxoethane-4-hydroxy-benzyie, denotes the additive O, O-di-isopropyl-dithiophosphate of 4-carboxy-benzyl, the term "Carboxy" designating the radical -COOH.
  • Additive according to the invention O, O-di-isopropyl-dithiophosphate of 4-hydroxy-benzyl, at 6 g / l of oily base.
  • Sheet used steel sheet coated by electrodeposition in a chloride medium with a layer of zinc with a thickness of the order of 10 ⁇ m.
  • the results of the stampability tests, carried out and presented as in Example 1, are reported in Figures 3 and 4:
  • IPr-O- 2 -PSS- (CH 2 ) 12 -COO- (CH 2 ) 10 -CH 3
  • IPr denotes the isopropyl group.
  • METHODS and the results obtained are plotted in a diagram comprising, on the abscissa, the clamping force of the blank holder (kN), and, on the ordinate, the maximum drawing force (kN); the diagram obtained is shown in FIG. 5.
  • the additive 1 deteriorates the lubricating properties of the Aquasafe oil 21, that the additive 2 does not modify them, while the additive 3 appreciably improves them.
  • Example 8 Effect of type of additives (R, -O) n-CH-PSS 9 - ⁇ -O- (CHo) n-COO-.
  • halide of the formula X-PSS- CH 2 - ⁇ -O- (CH 2 ) n -COO- (CH 2 ) m -CH 3 is synthesized, where X denotes bromine, by radical substitution of aromatic methylenes by N-bromosuccinimide in a solution of carbon tetrachloride in the presence of a catalyst of formula AIBN as initiator of free radicals;
  • Additives 1 ', 2' and 3 ' are then obtained by substitution of the para-substituted benzyl bromides on potassium O, O'-diisopropyl dithiphosphate in an ethanolic medium.
  • METHODS and the results obtained are plotted in a diagram comprising, on the abscissa, the clamping force of the blank holder (kN), and, on the ordinate, the maximum drawing force (kN); the diagram obtained is shown in FIG. 6.

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Abstract

Emulsion destinée à un traitement de lubrification d'une surface de tôle d'acier comprenant un additif répondant à l'une des formules suivantes : (R1,2-O-)1,2-PSS-(CH2)n-COO-(CH2)m-CH3, (R1,2-O-)1,2-PSS-CH2-ζ-O-H, (R1,2-O-)1,2-PSS-CH2-ζ-O-(CH2)n,-COO-(CH2)m,-CH3, où PSS désigne la fonction dithiophosphate. Les tôles d'acier nu traitées à l'aide de cette émulsion présentent de très bonnes propriétés tribologiques, même si la densité d'émulsion appliquée est inférieure ou égale à 1 g/m2 à l'état séché. On peut obtenir des tôles huilées d'aspect sec ne nécessitant aucun rehuilage avant mise en forme, même par emboutissage.

Description

Émulsion d'huile dans l'eau comprenant au moins un additif de lubrification.
L'invention concerne un additif pour huile soluble destiné à renforcer le pouvoir lubrifiant de cette huile, notamment lorsqu'elle est appliquée en film mince et « sec » sur une surface d'acier.
On utilise ce type d'huile soluble dans les opérations de travail des métaux, comme décrit par exemple dans le brevet US 4 027 512.
Pour préparer les opérations de mise en forme de tôle d'acier nu, par exemple par emboutissage, il est connu d'effectuer un traitement de huilage de la surface de cette tôle destinée à venir en contact avec les surfaces des outils de mise en forme.
Ce traitement de huilage est destiné à assurer une bonne lubrification entre la surface de tôle et celle des outils dans les conditions de la mise en forme. Appliqué sur des tôles d'acier nu, ce traitement de huilage a souvent une autre fonction de protection temporaire contre la corrosion, comme décrit dans le brevet EP 0 577486 de la Société SOLLAC.
Pour effectuer des traitements de surface de type « huilage », il est connu d'utiliser : - soit des huiles dites « entières », c'est à dire se présentant sous une phase liquide homogène huileuse,
- soit des huiles dites « solubles », c'est à dire émulsionnables dans l'eau, appliquées en émulsion, l'émulsion présentant au moins deux phases différentes, une phase liquide aqueuse et une phase huileuse dispersée dans la phase aqueuse.
Un avantage des huiles solubles sur les huiles entières est qu'elles permettent d'obtenir plus facilement des dépôts homogènes très minces ou de très faible densité surfacique, par exemple inférieure ou égale à 1 g/m2.
En effet, contrairement aux huiles entières, les huiles solubles peuvent être facilement appliquées par pulvérisation, ce qui permet d'assurer un dépôt homogène de très faible épaisseur sur la surface à traiter.
Le brevet EP 0 577 486 déjà cité, décrit un procédé de traitement de surface d'une pièce métallique à l'aide d'une émulsion d'huile ; selon l'invention objet de ce brevet, ce traitement est adapté pour former, sur cette surface, un film homogène et protecteur, d'aspect sec, mince et de densité surfacique inférieure à 1 g/m2.
Le brevet US 4 027 512 déjà cité, décrit l'utilisation d'acides gras comme additifs renforçant le pouvoir lubrifiant d'huiles solubles pour le travail des métaux et le procédé d'incorporation de ces additifs aux émulsions.
Parmi les avantages liés à l'application de films d'huile très minces sur des surfaces métalliques , on peut citer :
- la facilité de manipulation de ces pièces, du fait qu'elles n'ont pas un aspect « gras » ;
- la suppression, dans certains cas, d'une étape de dégraissage préalable à des opérations ultérieures de transformation, comme par exemple d'émaillage ou de mise en peinture ;
- au contraire, en cas de nécessité de dégraissage ultérieur, la facilitation du dégraissage puisque les quantités d'huile à enlever sont plus faibles.
- la possibilité d'obtenir une protection temporaire efficace contre la corrosion, notamment sur des tôles d'acier nus comme décrit dans le brevet EP 0 577 486 déjà cité.
Malheureusement, les propriétés lubrifiantes des films minces obtenus à partir d'une émulsion d'huile dans l'eau sont généralement moins bonnes que celles de films plus épais obtenus par application d'huiles entières ; en effet, sur film mince :
- on se heurte souvent à des problèmes de broutage ;
- le coefficient de frottement et/ou la force maximale d'emboutissage (telle que définie au paragraphe « MÉTHODES » ci-après) sont trop élevés.
L'invention a pour but de proposer un additif pour augmenter le pouvoir lubrifiant des huiles solubles lorsqu'elles sont appliquées sur des surfaces d'acier nu, notamment lorsqu'elles sont appliquées en film mince et sec sur ces surfaces. A cet effet, l'invention a pour objet une émulsion d'huile dans l'eau destinée à un traitement de lubrification d'une surface d'acier comprenant au moins un additif de lubrification choisi dans le groupe comprenant les produits correspondant aux formules suivantes : - (R1 2-O-)1 2-PSS-(CH2)n-COO-(CH2)m-CH3 avec n et m choisis de manière à ce que n+m > 22,
(R1 2-O-). 2-PSS-CH2-Φ-O-H, ou O,O'-dialkyl-dithiophosphates d'hydroxybenzyle, - (R1)2-O-)I )2-PSS-CH2-Φ-O-(CH2)n-COO-(CH2)m-CH3, avec n' et m' quelconques, où PSS désigne la fonction dithiophosphate, (R 1,2-0-) 1 ,2- désigne des terminaisons O,O'-dialkyl-, -CH2-Φ-O-H désigne la fonction hydroxybenzyle, et - CH2-Φ-O- la fonction benzyloxy. L'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- dans le cas où l'additif répond à la formule (Rι,2-0-)ι,2-PSS-(CH2)n- COO-(CH2)m-CH3, n et m sont chacun supérieurs ou égaux à 3.
- dans le cas où l'additif répond à la formule (Rj 2-O-)ι 2-PSS-CH2-Φ-O- (CH2)n>-COO-(CH2)m>-CH3, n' et m' sont chacun supérieurs ou égaux à 3.
- dans le cas où l'additif répond à la formule (R. 2-O-)ι 2-PSS-CH2-Φ-O-H, aucun autre groupement polaire que la fonction -OH n'est greffée sur le noyau aromatique Φ de la fonction hydroxybenzyle.
De préférence, la proportion d'additif de lubrification dans la phase huileuse de l'émulsion est comprise entre 2% et 6%.
L'invention a également pour objet un procédé de traitement de lubrification de surface d'acier comprenant les étapes d'application de cette émulsion sur cette surface suivie d'un séchage adapté pour former un film sec sur ladite surface, le film sec présentant de préférence une densité surfacique inférieure ou égale à 1 g/m2.
L'invention a également l'utilisation de ce procédé de traitement pour lubrifier des tôles d'acier avant mise en forme, puisque les tôles huilées d'aspect sec obtenues par ce procédé de traitement ne nécessitent aucun rehuilage avant la mise en forme, notamment par emboutissage. Dans le cas où l'on procède au traitement de lubrification selon l'invention sur une tôle destinée à emaillage ou à la mise en peinture, l'invention permet avantageusement d'éviter toute opération de dégraissage postérieurement à cette lubrification et antérieurement à cet émaillage ou mise en peinture à proprement parler, notamment si le film sec qui résulte de ce traitement présente une densité surfacique inférieure ou égale à 1 g/m2 et même si une opération de mise en forme est intercalée entre le traitement de lubrification et remaillage ou la mise en peinture. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux figures annexées 1 à 7 qui illustrent les variations de la force maximale d'emboutissage (F Max. en kN) en fonction de la force de serre-flan (FSF en kN) mesurée sur différents échantillons de tôles d'acier dans les conditions indiquées au paragraphe « MÉTHODES » et à la description détaillée des exemples 1. 5 à 8 et de l'exemple comparatif 1.
On va maintenant décrire la préparation d'une émulsion selon l'invention. Les composants nécessaires pour préparer l'émuision sont : la ou les huiles, le ou les émulgateurs pour former et maintenir l'émuision, et, selon l'invention, au moins un additif de lubrification répondant à la formule :
- (R1 2-O-)1 2-PSS-(CH2)n-COO-(CH2)m-CH3 avec n et m choisis de manière à ce que n+m > 22,
(Ri 2-O-)! 2-PSS-CH2-Φ-O-H, ou O,O'-dialkyl-dithiophosphates d'hydroxybenzyle, - (R1 2-O-)1 2-PSS-CH2-Φ-O-(CH2)n.-COO-(CH2)m.-CH3, avec n' et m' quelconques, où PSS désigne la fonction dithiophosphate.
Ces composants forment la « base huileuse » à laquelle il suffit de
I rajouter de l'eau pour obtenir l'émuision selon l'invention. La nature et les proportions des huiles et émulgateurs utilisés sont connus en eux-mêmes et ne seront pas décrits ici en détail.
D'autres additifs peuvent être rajoutés à la « base huileuse » ou à l'émuision, comme des inhibiteurs de corrosion , des agents filmogènes, des agents anti-mousse, des agents bactéricides, ou autres ; ces additifs sont connus en eux-mêmes et ne seront pas décrits ici en détail.
Pour la préparation de l'additif de lubrification selon l'invention, on se référera aux indications données dans les exemples ci-après. Les proportions d'additif de lubrification à rajouter à la base huileuse sont de préférence comprises entre 2% et 6% environ ; à 2%, on observe un effet significatif mais la plupart des essais ont été réalisés à 5%.
Pour la préparation de l'émuision de traitement, on mélange d'abord les différents composants liposolubles de la base huileuse y compris les additifs de lubrification selon l'invention et on met ensuite en émulsion la base huileuse obtenue en ajoutant de l'eau sous forte agitation ; la proportion d'eau ou la proportion (phase aqueuse) / (phase huileuse) est adaptée d'une manière classique. On va maintenant décrire le procédé de traitement de surface d'acier utilisant cette émulsion selon l'invention.
La surface d'acier à traiter est une surface de tôle destinée à la mise en forme, par exemple par emboutissage.
Pour une opération d'emboutissage de tôle, il est souvent nécessaire de procéder au huilage préalable des outils d'emboutissage et de la tôle.
Pour le huilage de la tôle, on va donc utiliser l'émuision selon l'invention ; on applique donc d'une manière classique une couche d'émulsion uniforme sur la tôle, par exemple par pulvérisation ou par trempé, puis on sèche la couche appliquée, par exemple par soufflage d'air chaud, de manière à obtenir un film uniforme et sec sur la surface d'acier de la tôle ; cette méthode d'application suivie d'un séchage est notamment décrite dans le brevet EP 0 577 486 déjà cité.
Le séchage est adapté pour éliminer la quasi-totalité de l'eau de la couche d'émulsion appliquée ; le séchage n'est pas trop poussé pour éviter tout risque de dégradation des composants de la base huileuse.
On obtient ainsi une tôle d'acier traitée selon l'invention, c'est à dire revêtue d'un film à base d'huile comprenant l'additif de lubrification selon l'invention.
En effectuant des tests d'emboutissage comparatifs de cette tôle d'acier traitée selon l'invention et de la même tôle d'acier traitée de la même façon à l'aide d'une émulsion identique à la différence près qu'elle ne comporte pas d'additif de lubrification selon l'invention, on constate que la tôle d'acier traitée selon l'invention présente de bien meilleures propriétés tribologiques que la tôle d'acier traitée à l'aide de l'émuision ne comportant pas d'additif ; cette constatation met en évidence l'effet renforçateur de lubrification apporté par cet additif, du moins lorsqu'il est appliqué sur une surface d'acier nu.
On a constaté que l'effet renforçateur de lubrification apporté par cet additif ajouté à des huiles n'était pas observable sur n'importe quelle surface métallique : on assiste au contraire à une diminution de la lubrification lorsqu'on applique l'émuision selon l'invention sur des tôles zinguées ; ainsi, l'invention concerne plus particulièrement la lubrification de tôles d'acier nu.
L'amélioration des propriétés tribologiques se traduit également par la disparition complète des problèmes de broutage.
Enfin, on a constaté que les propriétés lubrifiantes apportées par le film sec appliqué sur la tôle restaient excellentes même si ce film était très mince au point de présenter une densité surfacique inférieure ou égale à 1 g/m2.
Cet avantage de l'invention présente un grand intérêt, puisqu'en découlent ainsi tous les avantages déjà cités liés à l'application de films d'huile très minces sur des surfaces métalliques, concernant notamment le dégraissage ou l'inutilité d'un dégraissage postérieur.
En outre, en utilisant des bases huileuses adaptées pour la protection temporaire contre la corrosion et additivées selon l'invention, on obtient ainsi des tôles d'acier revêtues d'un film mince d'aspect sec qui confère à la fois :
- une résistance à la corrosion suffisamment élevée pour protéger la tôle pendant le transport et le stockage, et,
- des propriétés tribologiques suffisamment élevées pour permettre d'emboutir directement sans autre opération de re-huilage préalable. Ainsi, l'additif de lubrification selon l'invention est compatible avec les composants des bases huileuses adaptées pour la protection temporaire contre la corrosion, notamment les agents inhibiteurs de la corrosion.
D'autres avantages du procédé de l'invention apparaîtront à la lecture des exemples présentés ci-après à titre non limitatif de la présente invention.
MATÉRIELS :
1/ Nature des additifs de lubrification selon l'invention : voir dans les exemples. 2/ Nature des huiles utilisées : On a utilisé deux types d'huile :
- une huile de type soluble, dénommée AQUASAFE 21 , de la Société CASTROL, généralement utilisée pour la protection temporaire contre la corrosion de pièces d'acier.
- deux huiles entières :
- l'une pour servir de référence sans autre additif, dénommée V14 de la Société FUCHS, généralement utilisée pour traiter des pièces d'acier à la fois contre la corrosion et pour la lubrification avant emboutissage ;
- l'autre, référencée S3282 de la Société SHELL.
3/ Préparation des solutions ou émulsions de traitement additivées : Les proportions d'additif de lubrification sont, en cas d'additivation, de 5% en poids par rapport à la base huileuse.
- pour l'émuision, on mélange l'additif selon l'invention à la base huileuse AQUASAFE 21 , puis on met en émulsion le mélange huileux sous agitation ;
- dans les cas d'utilisation d'huile entière additivée (tests comparatifs), on prépare le produit de traitement lubrifiant par mélange de l'additif selon l'invention dans la base huileuse, ici SHELL 3282.
4/ La tôle utilisée pour les essais de traitement de lubrification est une tôle d'acier nu d'épaisseur 0,7 mm, prélevée directement sur une ligne de production en continu immédiatement en aval d'une opération dite de « skin- pass » en langue anglaise, réalisée à sec, sans huile ; cette tôle, dont la surface n'est d'ailleurs pas grasse, n'est pas dégraissée.
5/ Application des solutions ou émulsion de traitement sur la tôle :
- pour les émulsions : pulvérisation puis séchage dans des conditions adaptées pour obtenir un film sec de densité surfacique de 0,5 g/m2 environ.
- pour les huiles entières : pulvérisation dans des conditions adaptées pour obtenir un film de densité surfacique de 1 ,5 g/m2 environ. MÉTHODES :
DTests d'emboutissabilité :
On dispose d'une presse d'emboutissage adaptée pour réaliser des godets de 50 mm de diamètre intérieur à partir de flans de tôles de diamètre 90 mm ; on utilise un poinçon de diamètre 50 mm présentant à l'extrémité un rayon de courbure de 3 mm, une matrice de diamètre 52,6 mm présentant un rebord intérieur de rayon de courbure 3,5 mm.
La vitesse d'emboutissage est réglée à 30 cm/min. ; la force maximale de serre-flan est de 150 kN. La presse est équipée de moyens de contrôle en continu des paramètres d'emboutissage, notamment la pression de serre-flan , la force d'emboutissage et la course du poinçon.
Lors d'une opération d'emboutissage d'un flan de tôle donné sous une pression de flan de tôle prédéterminée, on trace la courbe d'évolution de la force d'emboutissage en fonction de la course du poinçon ; cette courbe passe par un maximum qui définit la force maximale d'emboutissage en cours d'opération.
Pour une série d'opérations d'emboutissage sous différentes pressions de serre-flan, on obtient ainsi une série de valeurs de forces maximales d'emboutissage ; on peut alors tracer la courbe d'évolution de la force maximale d'emboutissage (« Fmax » en kN) en fonction de la pression ou force de serre-flan (« FSF » en kN) ; ces courbes correspondent souvent à des droites, dont la pente caractérise les frottements du poinçon et de la matrice sur les deux faces de la tôle. Une pente faible correspond à de faibles frottements, c'est à dire à des tôles bien lubrifiées sur les deux faces.
Ce protocole d'essais d'emboutissage permet donc d'évaluer le niveau de lubrification de la surface d'une tôle en vue de son emboutissage ; pour évaluer ce niveau sur une seule face, on appose sur l'autre face un film de Teflon ® (côté poinçon) de manière à obtenir sur cette autre face un frottement toujours négligeable au regard de celui qui s'exerce sur la surface à évaluer. Pour évaluer l'effet lubrifiant d'un traitement de surface du type de celui de l'invention, on applique ce protocole directement sur des tôles traitées selon l'invention, sans huilage postérieur.
2)Tests de résistance à la corrosion :
On place les échantillons dont la surface est traitée contre la corrosion dans une enceinte climatique programmée selon une succession du cycle « humidotherme » suivant de 24 heures :
- 8 heures à 40°C sous 100% d'humidité relative, - 16 heures à 20°C sous 60% d'humidité relative.
Pour évaluer la résistance à la corrosion d'un échantillon, on comptabilise le nombre de cycles avant apparition de la rouille.
Exemple 1 :
Incidence d'un additif (Ri -O-) 1 2-PSS-CH -Φ-O-H selon l'invention sur l'emboutissabilité.
Incidence du vieillissement de l'émuision additivée. L'additif utilisé ici selon l'invention est le O,O-di-isopropyl-dithiophosphate de 4-hydroxy-benzyle non substitué, de formule générale (R1 )2-O-)1 >2-PSS- CH2-Φ-O-H, où les radicaux Rj et R2 sont des isopropyl.
Dans cet additif, le radical -OH est en position « para » par rapport au radical -CH2-S- sur le noyau aromatique Φ du radical benzyle.
Pour la préparation de cet additif, on se référera aux documents suivants : - les documents GB 1 506 917 (SHELL), US 3 745 148 et US 3 865 906
(ETHYL Corp.) décrivent divers produits de la même famille que celle des additifs selon l'invention qui correspondent à la famille des O,O-dialkyl- dithiophosphates d'hydroxy-benzyle non substitué ou substitué alkyle ; ces documents décrivent également des procédés de préparation de ces produits et leur utilisation comme agent anti-oxydant dans des compositions lubrifiantes de haute viscosité (GB 1 506 917) ou des caoutchoucs synthétiques (US 3 745 148 et US 3 865 906). - le document EP 592 956 (LUBRIZOL) décrit une composition lubrifiante (entière ou soluble) contenant de l'huile, un additif résultant de la réaction entre un dimercaptothiadiazole et une oléfine aliphatique, et, selon la revendication 5, 0,1-1 % à 5-7% d'un dithiophosphate de métal comme agent extrême pression (page 2, ligne 23 - pages 12-13) ; l'exemple 5 décrit spécifiquement l'utilisation, comme additif extrême pression, de l'isopropyl méthylamyl dithiophosphate de zinc.
- le document EP 719 315 (EXXON) décrit l'utilisation d'un O.O-dialkyl- dithiophosphates de métaux comme agents anti-usure dans les huiles de moteur de combustion interne.
Ainsi, pour la synthèse des additifs de type O,O-dialkyl-dithiophosphate d'hydroxybenzyle, on se référera notamment au document US 3 745 148, qui décrit à cette fin l'utilisation des chlorures cités à la colonne 4, lignes 52 à 54 (pour les hydroxybenzyle non substitués) et de la colonne 4, ligne 70 à la colonne 5, ligne 35 (pour les hydroxybenzyle substitués).
On effectue des tests à la fois sur des échantillons traités avec une émulsion additivée fraîchement préparée et sur des échantillons traités avec une émulsion additivée « vieillie » au sens qu'elle a été préparée trois semaines avant son application. On prépare ainsi les séries d'échantillons suivants, dans les conditions indiquées au § MATÉRIELS :
- symbole ^ = « Aqua 21 » : tôle traitée par l'émuision AQUASAFE 21 non additivée,
- symbole Δ = « A.21 Dopé » : tôle traitée par l'émuision AQUASAFE 21 fraîchement additivée selon l'invention de 5% en poids de O,O-di-isopropyl- dithiophosphate de 4-hydroxy-benzyle non substitué par rapport au poids de la base huileuse.
- symbole A = « A.21 Dopé V»: même échantillons que ceux du symbole Δ ci-dessus, mais traités avec une émulsion additivée « vieillie ». - symbole • = « V 14 » : tôle traitée par l'huile entière V14, non additivée.
On effectue les tests d'emboutissabilité dans les conditions indiquées au § MÉTHODES et on reporte les résultats obtenus dans un diagramme comportant, en abscisse, la force de serrage du serre-flan (« FSF » en kN), et, en ordonnée, la force maximaie d'emboutissage (« F.max » en kN) ; le diagramme obtenu est reporté à la figure 1.
Ces résultats illustrent clairement l'amélioration de la lubrification apportée sur l'acier nu par l'additif selon l'invention dans le cas de l'huile soluble AQUASAFE 21 ; on déduit également de ces résultats que le vieillissement de l'émuision n'affecte pas significativement les propriétés tribologiques.
Les résultats obtenus avec l'émuision selon l'invention sont quasiment comparables avec ceux qu'on obtient avec l'huile entière de référence, V14, appliquée selon une densité surfacique trois fois plus importante. L'invention permet donc aussi de diminuer de façon très importante la consommation d'huile.
On a également obtenu des améliorations de la lubrification avec d'autres additifs très proches, pour lesquels la position du radical -OH est différente, comme le O,O-di-isopropyl- dithiophosphate de 2-hydroxy-benzyle et le O,O-di- isopropyl- dithiophosphate de 3-hydroxy-benzyle.
Exemple 2 :
Incidence de l'additif sur le comportement au frottement A l'aide d'un tribomètre classique de test de frottement plan-plan, on compare le comportement des échantillons de symbole ^ (sans additif) et celui des échantillons de symbole Δ (additif selon l'invention).
Le comportement au frottement des échantillons ^ (sans additif) traduit des problèmes de broutage, qui disparaissent complètement sur les échantillons Δ traités selon l'invention. L'additivation d'huiles solubles selon l'invention permet donc d'améliorer le comportement au frottement de tôles d'acier nu.
Exemple 3 :
Incidence de l'additif sur la résistance à la corrosion On effectue les tests de résistance à la corrosion dans les conditions indiquées au § MÉTHODES sur quatre séries d'échantillons : les séries d'échantillons symbolisés *• (sans additif) et Δ (invention) de l'exemple 1 , et les mêmes séries d'échantillons après une opération d'emboutissage. Pour ces quatre séries d'échantillons, on ne constate aucune apparition de rouille après 20 cycles humidothermes.
Il apparaît donc que l'additivation d'huile soluble selon l'invention ne détériore pas la protection contre la corrosion apportée par la base huileuse AQUASAFE 21 sur une tôle d'acier nu, même après emboutissage de cette tôle traitée.
Exemple 4 :
Aptitude à emaillage des échantillons traités à l'aide d'huile additivée, sans dégraissage préalable.
Pour émailler des tôles huilées, il importe en général de les dégraisser au préalable ; si le film d'huile appliqué en surface est suffisamment mince et dégraissable, cette opération de dégraissage n'est plus nécessaire ; cet exemple a pour but de vérifier que l'additivation selon l'invention n'altère pas cet avantage et que la dégraissabilité n'est pas affectée.
On effectue sur les échantillons plusieurs tests d'émaillage classiques :
- émaillage en masse d'aspect : une couche/une cuisson sans traitement de surface préalable,
- émaillage en deux couches/deux cuissons: la première couche servant de base d'accrochage pour la seconde couche-qui est celle qui donne l'aspect final, avec une seule cuisson.
Les résultats obtenus montrent que l'introduction de l'additif dans la base huileuse AQUASAFE 21 ne modifie pas le comportement à remaillage sans dégraissage préalable quelque soit le type d'émaillage mis en oeuvre ; dans chaque cas on retrouve un bon aspect et une bonne adhérence.
Exemple 5 :
Additif O.O-dialkyl-dithiophosphates d'hvdroxybenzyle : incidence d'un groupement polaire sur le noyau aromatigue. Cet exemple a pour but d'illustrer l'avantage de l'utilisation des O,O- dialkyl- dithiophosphates d'hydroxybenzyle qui ne sont pas non substitués par des groupement polaires. On traite des échantillons à l'aide d'émulsions fraîchement préparées et on les teste dans les conditions de l'exemple 1.
Les résultats obtenus sont reportés à la figure 2, où, outre les symboles ^ et • déjà explicités à l'exemple 1 : - X désigne l'additif O,O-di-isopropyl- dithiophosphate de hydroxy-benzyle non substitué,
- M désigne l'additif O,O-di-isopropyl- dithiophosphate de 3-oxoéthane-4- hydroxy-benzyie, désigne l'additif O,O-di-isopropyl- dithiophosphate de 4-carboxy- benzyle non substitué, le terme « carboxy » désignant le radical -COOH.
Ces additifs ont été synthétisés par des méthodes connues en elles- mêmes, telles que décrites dans les documents GB 1 506 917, US 3 745 148 et US 3 865 906 déjà cités.
Selon ces résultats, on constate que l'additif O,O-di-isopropyl- dithiophosphate de hydroxy-benzyle non substitué (symbole X ) apporte la meilleure emboutissabilité au niveau de la force maximale d'emboutissage, les autres additifs testés n'améliorant l'emboutissabilité que sur le plan du broutage
(cf. exemple 2).
En ce qui concerne la ou les fonctions greffées sur le noyau aromatique Φ de la fonction hydroxybenzyle, on en déduit que :
- la fonction « carboxy » n'apporte pas de résultat comparable à celui de la fonction « hydroxy »,
- il est préférable qu'aucun autre groupement polaire que la fonction -OH ne soit greffé sur le noyau aromatique Φ.
Exemple 6 :
Tests d'emboutissabilité sur surface zinquée : incidence défavorable de l'additif selon l'invention.
Cet exemple a pour but de montrer que l'amélioration des propriétés tribologiques relatif à l'additivation d'huiles solubles selon l'invention est spécifique des aciers nus et que, sur acier revêtu, par exemple sur acier zingué, cette additivation provoque au contraire une détérioration de ces propriétés. 1. Nature des huiles solubles utilisées :
- AQUASAFE 21 , déjà citée, mais qui n'est pas adaptée aux tôles zinguées ;
- Huile soluble référencés 6130 de la Société QUAKER, adaptée au traitement de tôles zinguées.
2. Additif selon l'invention : O,O-di-isopropyl-dithiophosphate de 4- hydroxy-benzyle, à 6 g/l de base huileuse.
3. Tôle utilisée : tôle d'acier revêtue par électrodéposition en milieu chlorure d'une couche de zinc d'épaisseur de l'ordre de 10 μm. Les résultats des tests d'emboutissabilité, réalisés et présentés comme dans l'exemple 1 , sont reportés aux figures 3 et 4 :
- la figure 3 concerne la base huileuse AQUASAFE 21 : le symbole > concerne les résultats obtenus avec huile sans additivation, le symbole ^ concerne les résultats obtenus avec huile additivée ; - la figure 4 concerne la base huileuse 6130 : le symbole ^ concerne les résultats obtenus avec huile sans additivation, le symbole > concerne les résultats obtenus avec huile additivée.
On constate donc, notamment dans le cas de la base huileuse 6130, que l'additivation entraîne une augmentation de la force maximale d'emboutissage et donc détériore les propriétés tribologiques des tôles zinguées.
Exemple 7 :
Incidence des additifs de type (R, 2-O-) _ 2-PSS-(CH2)n-COO-(CH2)m-CH3 sur l'emboutissabilité ; importance de la longueur de la chaîne carbonée (n+m). Les additifs utilisés ici les suivants :
- additif 1 : (IPr-O-)2-PSS-(CH2)3-COO-(CH2)2-CH3
- additif 2 : (IPr-O-)2-PSS-(CH2)6-COO-(CH2)4-CH3
- additif 3 : (IPr-O-)2-PSS-(CH2)12-COO-(CH2)10-CH3 où IPr désigne le groupement isopropyl. On synthétise par exemple ces composés comme suit :
- on procède d'abord à la synthèse d'un halogénure de formule X-(CH2)n- COO-(CH2)m-CH3, où X désigne l'halogène, par réaction d'un halogénure d'alcool X-(CH2)n-OH sur un chlorure d'acide Cl- COO-(CH2)m-CH3 ; - on fait ensuite réagir l'halogénure obtenu sur du O,O'-diisopropyl dithiophosphate de potassium, par une réaction de substitution nucleophile, par exemple dans un milieu eau 80% - éthanol 20% au reflux pendant 72 heures.
On prépare ensuite des séries d'échantillons dans les conditions indiquées au § MATÉRIELS :
- échantillons de référence traités à l'aide d'huile non additivée : d'une part « Aquasafe 21 » (symbole ), d'autre part « V14 » (symbole • ).
- échantillons traités à l'aide d'huile Aquasafe 21 additivée : « Aquasafe 21 + Add.1 », « Aquasafe 21 + Add.2 », « Aquasafe 21 + Add.3 » pour respectivement les additifs 1 , 2 et 3.
On effectue les tests d'emboutissabilité dans les conditions indiquées au §
MÉTHODES et on reporte les résultats obtenus dans un diagramme comportant, en abscisse, la force de serrage du serre-flan (kN), et, en ordonnée, la force maximale d'emboutissage (kN) ; le diagramme obtenu est reporté à la figure 5.
On constate donc que l'additif 1 détériore les propriétés lubrifiantes de l'huile Aquasafe 21 , que l'additif 2 ne les modifie pas, alors que l'additif 3 les améliore sensiblement.
On en déduit donc que la longueur (n+m) de la chaîne carbonée de la terminaison -(CH2)n-COO-(CH2)m-CH3 a une incidence importante sur les propriétés lubrifiantes et que, pour qu'un additif de formule générale (R1 2-O- ), 2-PSS-(CH2)n-COO-(CH2)m-CH3 soit efficace, il convient que n+m > 22.
Exemple 8 : Incidence des additifs de type (R, -O-)n-PSS-CH9-Φ-O-(CHo)n.-COO-
(CH2)m-CH3 sur l'emboutissabilité.
Les additifs utilisés ici les suivants :
- additif l' : (IPr-O-)2-PSS-CH2-Φ-O-(CH2)3-COO-(CH2)2-CH3 - additif 2' : (IPr-O-)2-PSS-CH2-Φ-O-(CH2)6-COO-(CH2)4-CH3 - additif 3' : (IPr-O-)2-PSS-CH2-Φ-O-(CH2)12-COO-(CH2)10-CH3 où IPr désigne le groupement isopropyl. On synthétise par exemple ces composés comme suit : - on procède d'abord à la synthèse d'un halogénure de formule X-PSS- CH2-Φ-O-(CH2)n-COO-(CH2)m-CH3, où X désigne le brome, par substitution radicaiaire des méthylènes aromatiques par la N-bromosuccinimide dans une solution de tétrachlorure de carbone en présence d'un catalyseur de formule AIBN comme initiateur de radicaux libres ;
- on obtient ensuite les additifs 1 ', 2' et 3' par substitution des bromures de benzyle para substitués sur le O,O'-diisopropyl dithiphosphate de potassium en milieu éthanolique.
On prépare ensuite des séries d'échantillons dans les conditions indiquées au § MATÉRIELS :
- échantillons de référence traités à l'aide d'huile non additivée : d'une part « Aquasafe 21 » (symbole ^ ), d'autre part « V14 » (symbole •).
- échantillons traités à l'aide d'huile Aquasafe 21 additivée : « Aquasafe 21 + Add.1' », « Aquasafe 21 + Add.2' », « Aquasafe 21 + Add.3' » pour respectivement les additifs 1 ', 2' et 3'.
On effectue les tests d'emboutissabilité dans les conditions indiquées au §
MÉTHODES et on reporte les résultats obtenus dans un diagramme comportant, en abscisse, la force de serrage du serre-flan (kN), et, en ordonnée, la force maximale d'emboutissage (kN) ; le diagramme obtenu est reporté à la figure 6.
On constate donc que les additifs 1 ' et 2' améliorent sensiblement les propriétés lubrifiantes de l'huile Aquasafe 21 , que l'additif 3' donne les meilleurs résultats.
On en déduit donc que la longueur (n+m) de la chaîne carbonée de la terminaison -(CH2)n-COO-(CH2)m-CH3 n'a pas d'incidence très importante sur les propriétés lubrifiantes ; cependant, pour un additif de formule générale
(R, 2-O-)1 2-PSS-(CH2)n-COO-(CH2)m-CH3, les meilleurs résultats sont obtenus si n+m > 22.
Exemple comparatif 1 :
Cet exemple a pour but d'illustrer l'importance de la fonction phosphosoufrée des additifs selon l'invention. A cet effet, on prépare un additif de formule CH3--Φ-O-(CH2)6-COO- (CH2)4-CH3 qui se rapproche de l'additif 2' de l'exemple 8 mais ne comporte pas de fonction phosphosoufrée.
On prépare ensuite des séries d'échantillons dans les conditions indiquées au § MATÉRIELS :
- échantillons de référence traités à l'aide d'huile non additivée : d'une part « Aquasafe 21 » (symbole ), d'autre part « V14 » (symbole •).
- échantillons traités à l'aide d'huile Aquasafe 21 additivée « CH3-Ph-O- Cire » pour représenter l'additif non phosphosoufré ci-dessus. On effectue les tests d'emboutissabilité dans les conditions indiquées au §
MÉTHODES et on reporte les résultats obtenus dans un diagramme comportant, en abscisse, la force de serrage du serre-flan (kN), et, en ordonnée, la force maximale d'emboutissage (kN) ; le diagramme obtenu est reporté à la figure 7. On constate donc que l'additif non phosphosoufré détériore les propriétés lubrifiantes de l'huile Aquasafe 21 ; en comparant aux résultats de l'exemple 8, on déduit que la fonction phosphosoufrée des additifs selon l'invention est essentielle pour parvenir au but d'amélioration des propriétés lubrifiantes que poursuit l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1.- Émulsion d'huile dans l'eau destinée à un traitement de iubrification d'une surface d'acier comprenant au moins un additif de lubrification choisi dans le groupe comprenant les produits correspondant aux formules suivantes :
- (R1 2-O-)1 2-PSS-(CH2)n-COO-(CH2)m-CH3 avec n et m choisis de manière à ce que n+m > 22,
(R1 2-O-)1 2-PSS-CH2-Φ-O-H, ou O,O'-dialkyl-dithiophosphates d'hydroxybenzyle, - (Rlj2-O-)1 2-PSS-CH2-Φ-O-(CH2)n>-COO-(CH2)m-CH3, avec n' et m' quelconques, où PSS désigne la fonction dithiophosphate, (Rι,2-0-)ι,2- désigne des terminaisons O,O'-dialkyl-, -CH2-Φ-O-H désigne la fonction hydroxybenzyle, et - CH2-Φ-O- la fonction benzyloxy.
2.- Émulsion selon la revendication 1 où l'au moins un additif répond à ladite formule (R1 2-O-)1 2-PSS-(CH2)n-COO-(CH2)m-CH3 caractérisée en ce que n et m sont chacun supérieurs ou égaux à 3.
3.- Émulsion selon la revendication 1 où l'au moins un additif répond à ladite formule (R1)2-O-)1)2-PSS-CH2-Φ-O-(CH2)n-COO-(CH2)m>-CH3 caractérisée en ce que n' et m' sont chacun supérieurs ou égaux à 3.
4.- Émulsion selon la revendication 1 où l'au moins un additif répond à ladite formule (R] 2-O-)t 2-PSS-CH2-Φ-O-H caractérisée en ce qu'aucun autre groupement polaire que la fonction -OH n'est greffée sur le noyau aromatique Φ de la fonction hydroxybenzyle.
5.- Émulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les radicaux Rj et R2 des terminaisons O,O'-dialkyl- représentés par (RrO-)- et (R2-O-)- désignent chacun des radicaux isopropyl.
6.- Émulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la proportion de l'au moins un additif de lubrification dans la phase huileuse de l'émuision est comprise entre 2% et 6%.
7.- Procédé de traitement de lubrification de surface d'acier comprenant les étapes d'application sur cette surface d'une émulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes suivie d'un séchage adapté pour former un film sec sur ladite surface.
8.- Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que ledit film sec présente une densité surfacique inférieure ou égale à 1 g/m2.
9.- Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 8 pour lubrifier une surface d'acier avant mise en forme.
10.- Procédé d'émaillage d'une tôle d'acier nu comprenant un traitement de lubrification selon la revendication 8, suivie d'une opération d'émaillage à proprement parler, caractérisé en ce qu'il ne comprend pas d'opération de dégraissage entre ledit traitement de lubrification et ladite opération d'émaillage.
11.- Procédé de mise en peinture d'une tôle d'acier nu comprenant un traitement de lubrification selon la revendication 8, suivie d'une opération de mise en peinture à proprement parler, caractérisé en ce qu'il ne comprend pas d'opération de dégraissage entre ledit traitement de lubrification et ladite opération de mise en peinture.
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