FR3130854A1 - Revêtement anticorrosion - Google Patents

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Michael FAYOLLE
Benoît Millet
David Morel
Morgane NEUVY
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Abstract

L’invention concerne une utilisation d’une poudre d’un mélange de zinc lamellaire et d’oxyde de zinc, Zn/ZnO, pour augmenter la valeur du coefficient d’adhérence d’un revêtement anticorrosion, caractérisée en ce que le zinc lamellaire représente entre 60 et 99% du mélange de zinc lamellaire et d’oxyde de zinc, plus particulièrement entre 70 et 95% du mélange de zinc lamellaire et d’oxyde de zinc. L’invention concerne en outre les procédés d’obtention et d’application dudit revêtement anticorrosion, ainsi que le revêtement anticorrosion en tant que tel et les substrats recouverts du revêtement.

Description

REVÊTEMENT ANTICORROSION
L’invention concerne un revêtement anticorrosion pour pièces métalliques doté de propriétés améliorées, en particulier de propriétés améliorées d’adhérence du substrat une fois revêtu.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Il est connu de l’état de la technique divers revêtements anticorrosion utilisant des principes actifs à base par exemple de chrome, d’aluminium, de zinc, de silane ou même à base de molybdène.
De tels revêtements sont illustrés par exemple dans les documents brevets CN111893468, CN112280040, WO0238686A2, EP3040445, CN105524505.
Toutefois ces différents revêtements présentent des propriétés très différentes de surface les uns par rapport aux autres.
Dans le domaine de l’automobile, le développement des véhicules électriques est en plein essor. Une difficulté rencontrée par les constructeurs automobiles est l’augmentation du poids des véhicules : un moteur diesel pèse environ 100 kg, alors qu’une batterie standard pour un véhicule électrique pèse entre 250 et 500 kg, certains modèles pouvant dépasser la tonne. La consommation énergétique d’un véhicule est en lien avec son poids : pour parcourir une distance équivalente, un véhicule lourd sera plus énergivore qu’un véhicule léger. Il y a donc un besoin dans ce domaine pour des solutions permettant de diminuer le poids global d’un véhicule.
Une solution possible est de diminuer la taille et le poids des vis et des écrous employés dans les véhicules. On peut estimer que sur un véhicule, le remplacement de toutes les vis de tailles standards M12 et de tous les écrous de tailles standard M12 par des références M8 pourrait faire diminuer le poids global d’un véhicule d’au moins 1 kg. Cependant, l’emploi de vis et/ou d’écrous de tailles inférieures à des tailles standards conduit à une fragilisation de la structure, en lien avec une perte d’adhérence dans l’assemblage, et c’est pourquoi cette solution n’est pas retenue dans l’art.
Il existe donc un besoin d’un revêtement applicable sur des substrats métalliques afin d’améliorer l’adhérence entre lesdits substrats métalliques.
Il existe aussi un besoin que ce revêtement confère des propriétés anticorrosion au substrat métallique.
Il existe aussi un besoin que ce revêtement confère un aspect noir aux substrats métalliques revêtus.
L’objet de la présente invention propose une solution présentant de nombreux avantages et caractéristiques techniques améliorées par rapport à cet état de la technique connu.
L’objet de la présente invention concerne ainsi l’utilisation d’une poudre d’un mélange de zinc lamellaire et d’oxyde de zinc, aussi appelé « poudre Zn/ZnO », pour augmenter la valeur du coefficient d’adhérence d’un revêtement anticorrosion, caractérisée en ce que le zinc lamellaire représente entre 60 et 99% du mélange de zinc lamellaire et d’oxyde de zinc, plus particulièrement entre 70 et 95% du mélange de zinc lamellaire et d’oxyde de zinc.
L’objet de la présente invention concerne également une composition liquide pour revêtement anticorrosion, préférentiellement une suspension, caractérisée en ce qu’elle comprend :
- entre 15 et 30% en masse, préférentiellement entre 22 et 28% en masse, de Zn ;
- entre 5 et 15% en masse, préférentiellement entre 8 et 10% en masse, de ZnO ;
- entre 5 et 15% en masse, préférentiellement entre 10 et 11% en masse, d’un liant silane ;
- entre 25 et 50% en masse, préférentiellement entre 30 et 40% en masse, d’eau ;
- entre 10 et 30% en masse, préférentiellement 20% en masse, d’au moins un solvant organique ; et
- optionnellement des additifs,
les pourcentages étant exprimés par rapport à la masse totale de la composition liquide.
L’objet de la présente invention concerne aussi un procédé de fabrication d’une composition selon l’invention comprenant les étapes successives suivantes :
(a) la formation d’un liant silane dans de l’eau, et
(b) l’ajout et la solubilisation de la solution aqueuse obtenue à l’étape (a) dans une solution solvantée contenant la poudre Zn/ZnO.
L’objet de la présente invention concerne en outre une composition liquide pour revêtement anticorrosion susceptible d’être obtenue par le procédé de fabrication comprenant les étapes successives suivantes :
(a) la formation d’un liant silane dans de l’eau et
(b) l’ajout et la solubilisation de la solution aqueuse obtenue à l’étape (a) dans une solution solvantée contenant la poudre Zn/ZnO.
L’objet de la présente invention concerne également un procédé de protection contre la corrosion d’un substrat métallique par un revêtement anticorrosion comprenant les étapes successives suivantes :
(a1) une étape d’application dudit substrat par une composition liquide selon l’invention ;
(b1) une étape de séchage du substrat recouvert obtenu à l’étape (a1) ; et
(c1) une étape de cuisson du substrat recouvert obtenu à l’étape (b1).
L’objet de la présente invention concerne ainsi un substrat revêtu d’au moins une couche de composition susceptible d’être obtenu par le procédé de protection contre la corrosion d’un substrat métallique par un revêtement anticorrosion comprenant les étapes successives suivantes :
(a1) une étape d’application dudit substrat par une composition liquide selon l’invention ;
(b1) une étape de séchage du substrat recouvert obtenu à l’étape (a1) ; et
(c1) une étape de cuisson du substrat recouvert obtenu à l’étape (b1).
L’objet de la présente invention concerne donc un revêtement anticorrosion susceptible d’être obtenu par séchage puis cuisson d’une composition liquide selon l’invention caractérisé en ce que l’épaisseur du revêtement est comprise entre 5μm et 15μm, préférentiellement de 8μm plus ou moins 3μm.
L’objet de la présente invention peut plus spécifiquement concerner un véhicule comprenant un revêtement anticorrosion selon l’invention, en particulier au niveau des moyens de fixation, tels que les boulons, les vis, les clips, les sertissages, les pinces, les rivets, etc., ainsi que les éléments nécessitant des moyens de fixation, telles que des plaques d’assemblage dudit véhicule. En effet et de manière préférée, l’application sur une plaque d’assemblage d’un revêtement permettant d’augmenter l’adhérence de ladite plaque en contact avec une autre plaque, revêtue ou non d’un revêtement similaire, permet de diminuer le risque d’observer un déplacement de ladite plaque revêtue vis-à-vis de l’autre plaque.
DEFINITIONS
Par « revêtement anticorrosion », il est compris dans le contexte de la présente invention ou bien un procédé de revêtement anticorrosion ou un produit de revêtement anticorrosion, le produit étant issu du procédé dans ce contexte. Le revêtement a pour but d’améliorer les propriétés anticorrosives de surface d’un objet traité. Ainsi le revêtement obtenu diminue l’altération de l’objet traité par réaction chimique avec un oxydant.
Par « poudre d’un mélange de zinc lamellaire et d’oxyde de zinc, aussi appelée poudre Zn/ZnO », il est compris dans le contexte de la présente invention des particules de zinc lamellaire renforcée par des oxides de zinc, afin d’apporter une teinte sombre à la poudre de zinc ainsi qu’à la composition liquide.
Dans le contexte de la présente invention, le « coefficient d’adhérence », aussi appelé « coefficient de frottement à l’interface » fait référence à une méthode de mesure d’un coefficient de frottement entre deux plaques métalliques revêtues. Le coefficient de frottement μ caractérise les conditions de frottement selon T = μ F, avec T l’effort de translation nécessaire pour faire glisser une pièce sur une autre en Newton, et F la pression entre les pièces en Newton (cf. pour illustration). Ainsi, pour une pression donnée F entre deux pièces, plus l’effort T à appliquer pour observer une translation sera important, plus le coefficient de frottement sera élevé.
Dans le domaine de l’automobile et de la construction mécanique, le coefficient de frottement est un paramètre clé utilisé dans les assemblages vissés, car il permet de faire le lien entre le couple de serrage appliqué et la tension qui en résulte dans la vis. Dans un système vissé, un coefficient de frottement trop élevé entrainera un phénomène de sous-serrage entre la vis et l’écrou. Ce phénomène peut être contrebalancé par une variation du coefficient de frottement adapté à l’aide de lubrifiant sur l’un ou les deux éléments de fixation. Cependant, une lubrification trop importante conduira à un sur-serrage, qui pourra conduire à une rupture du couple lors de l’usage.
Dans le cadre de cette invention, la mesure du coefficient de frottement est déterminée à l’interface entre deux plaques métalliques revêtues, selon la norme EN1090-2 « Exécutions des structures en acier et des structures en aluminium – Partie 2 : Exigences techniques pour les structures en acier ; Annexe G ». Les deux plaques revêtues sont fixées l’une contre l’autre au moyen de plusieurs éléments de fixation et sont soumises à une pression F. L’une des plaques est désignée « plaque fixe » et l’autre plaque est désignée « plaque mobile ». Un effort de translation T est appliqué sur la plaque mobile afin d’observer un déplacement défini par rapport à la plaque fixe, et ainsi déterminer le coefficient d’adhérence μ entre les deux plaques (cf. ). Une classe est ensuite attribuée au traitement de surface selon la valeur de coefficient de frottement mesurée : Classe A pour μ ≥ 0,50 ; Classe B pour 0,40 ≤ μ <0,50 ; Classe C pour 0,30 ≤ μ <0,40 et Classe D pour 0,20 ≤ μ < 0,30. A titre de comparaison, le coefficient de frottement d’une surface d’acier avec une autre surface d’acier est d’environ 0,20, et le coefficient de frottement d’une surface d’acier graissée avec une autre surface d’acier graissée est d’environ 0,10. Par ailleurs, des standards similaires sont en cours de rédaction dans le domaine de l’automobile et l’objet de la présente invention permet donc d’anticiper ces standards.
Par « silane », il est compris dans le contexte de la présente invention des composés organiques comprenant au moins un atome de silicium avec au moins une liaison Si-C. Dans un silane, les liaisons avec l’atome de silicium, outre la liaison Si-C, sont généralement des liaisons Si-O, Si-Si ou Si-H, plus avantageusement Si-O. De manière avantageuse, le silane contient au moins une fonction Si-O, de préférence au moins deux fonctions Si-O, plus préférentiellement au moins trois fonctions Si-O.
Par « additifs », il est compris dans le contexte de la présente invention des composés permettant des effets techniques complémentaires selon l’application ou l’objectif visé. De tels additifs peuvent être typiquement des agents de rhéologie, plus particulièrement des agents mouillants, des tensioactifs, des modificateurs de pH, des sels, des fluidifiants, des épaississants, des pigments, des colorants, ou même des antioxydants complémentaires.
Par « solution solvantée », il est compris dans le contexte de la présente invention un produit dont la formulation comprend une base de solvant(s).
Par « susceptible d’être obtenu », il est compris dans le contexte de la présente invention que le produit obtenu par le procédé de l’invention peut également être obtenu par d’autre(s) procédé(s).
Si cela ne devait pas être précisé les pourcentages sont exprimés par rapport à la masse totale de la composition (ou plus généralement du produit) considérée.
FIGURES
représente l’état de la technique avec une première plaque 1, une seconde plaque 2 reliées l’une à l’autre par une vis standard 3, un écrou 4A de taille standard et une rondelle optionnelle 4B.
représente une première plaque 5, une seconde plaque 6, toutes les deux revêtues du revêtement 7 selon la présente invention et reliées l’une à l’autre par une vis 8 de taille inférieure à la taille standard et un écrou 9A taille inférieure à la taille standard et une rondelle optionnelle 9B.
représente la mise en œuvre de la méthode de mesure d’un coefficient de frottement. Le coefficient de frottement μ caractérise les conditions de frottement selon T = μ F, avec T représentant l’effort de translation nécessaire pour faire glisser une pièce sur une autre en Newton, et F représentant la pression entre les pièces en Newton.
représente une mise en œuvre de la méthode de mesure d’un coefficient de frottement comprenant une plaque 10, désignée « plaque fixe » et une plaque 11, désignée « plaque mobile ». Les plaques selon la mise en œuvre de la méthode de mesure peuvent aussi être désignées par le terme « éprouvette ». Un effort de translation T est appliqué sur la plaque 11 mobile afin d’observer un déplacement défini par rapport à la plaque 10 fixe, et ainsi déterminer le coefficient d’adhérence μ entre les deux plaques. Les plaques fixe 10 et mobile 11 sont maintenues entre elle par des moyens de fixation 12 (qui permettent néanmoins la translation T).
représente une vue de dessus d’une éprouvette en acier réalisée en C45 E+N (limite d’élasticité ≥430 MPa) avec une ouverture 13 d’un diamètre pouvant être de 13,5 mm correspondant à une fixation M12 selon la norme NF EN 20273. L’éprouvette est de longueur A et de largeur B. A et B peuvent être équivalent, par exemple de 100mm. L’éprouvette peut comprendre au moins une ouverture 14 positionnée proche d’un angle de l’éprouvette. Préférentiellement, l’éprouvette comprend 4 ouvertures 14 de diamètre(s) inférieur(s) à celui de l’ouverture 13. L’éprouvette peut en outre présenter des angles biseautés, dans laquelle chaque biseau est formé en retranchant les valeurs C et D de longueurs A et B, respectivement. C et D peuvent équivalents, par exemple de 6 mm.
représente une vue de côté d’une éprouvette en acier réalisée en C45 E+N (limite d’élasticité ≥430 MPa) telle que représenté en , ladite éprouvette présente une épaisseur E.
représente le principe de mise en effort (traction/compression) d’une paire d’éprouvettes 15, 16, constituée par une éprouvette statique 15 et une éprouvette mobile 16. Des efforts de compressions F1, F2, dit efforts de compression perpendiculaires sont appliqués sur cette paire d’éprouvettes de manière perpendiculaire à la zone de contact Z entre les deux éprouvettes, tandis qu’un effort de traction ou de compression T est appliqué de manière parallèle au plan constitué par cette zone de contact Z. Une cellule de charge 17 permet de constater et/ou enregistrer les efforts de compression F1, F2. Une douille d’appui 18 peut éventuellement être utilisée pour maintenir les deux éprouvettes 15,16.

Claims (9)

  1. Utilisation d’une poudre d’un mélange de zinc lamellaire et d’oxyde de zinc, Zn/ZnO, pour augmenter la valeur du coefficient d’adhérence d’un revêtement anticorrosion, caractérisée en ce que le zinc lamellaire représente entre 60 et 99% du mélange de zinc lamellaire et d’oxyde de zinc, plus particulièrement entre 70 et 95% du mélange de zinc lamellaire et d’oxyde de zinc.
  2. Composition liquide pour revêtement anticorrosion, caractérisée en ce qu’elle comprend :
    - entre 15 et 30% en masse de Zn ;
    - entre 8 et 10% en masse de ZnO ;
    - entre 5 et 15% en masse d’un liant silane ;
    - entre 25 et 50% en masse d’eau ;
    - entre 10 et 30% en masse d’au moins un solvant organique ; et
    - optionnellement des additifs ;
    les pourcentages étant exprimés par rapport à la masse totale de la composition liquide.
  3. Composition selon la revendication 2 caractérisée en ce qu’elle comprend en outre entre 0.5 et 4% en masse de dihydrogénotriphosphate d’aluminium par rapport à la masse totale de la composition.
  4. Procédé de fabrication d’une composition selon la revendication 2 ou 3 comprenant les étapes successives suivantes :
    (a) la formation d’un liant silane dans de l’eau et
    (b) l’ajout et la solubilisation de la solution aqueuse obtenue à l’étape (a) dans une solution solvantée contenant la poudre Zn/ZnO.
  5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le zinc de type poudre présente une géométrie particulaire comprise entre 1μm et 40μm.
  6. Procédé de protection contre la corrosion d’un substrat métallique par un revêtement anticorrosion comprenant les étapes successives suivantes :
    (a1) une étape d’application dudit substrat par une composition liquide selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3;
    (b1) une étape de séchage du substrat recouvert obtenu à l’étape (a1) et
    (c1) une étape de cuisson du substrat recouvert obtenu à l’étape (b1).
  7. Substrat revêtu d’au moins une couche de composition susceptible d’être obtenu par le procédé selon la revendication 6.
  8. Substrat selon la revendication 7 caractérisé en ce que ledit substrat est un moyen de fixation, tel qu’un boulon, une vis, un clip, un sertissage, une pince, un rivet, ou un élément fixé, tel qu’un bras de suspension.
  9. Revêtement anticorrosion susceptible d’être obtenu par séchage puis cuisson d’une composition liquide selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que l’épaisseur du revêtement est comprise entre 5μm et 15μm, préférentiellement de 8μm plus ou moins 3μm.
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