FR3137393A1 - Piece en alliage d’aluminium et procede de fabrication associe - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une pièce (1) comprenant : - un corps (10) en alliage d’aluminium, - une première couche (12) comprenant de l’oxyde d’aluminium, agencée sur le corps (10), - une couche intermédiaire (14) comprenant du chrome, et - une seconde couche (16) comprenant de l’oxyde d’aluminium, la couche intermédiaire (14) étant agencée entre la première couche (12) et la seconde couche (16). Figure n° 1
Description
L’invention concerne le domaine technique des pièces en alliage d’aluminium et notamment, des pièces ayant subi une étape d’oxydation anodique. En particulier, l’invention concerne les pièces ayant subi des étapes d’oxydation anodique, d’imprégnation et de colmatage.
L’invention concerne également le domaine des procédés de fabrication de pièces en alliage d’aluminium, comprenant notamment des étapes d’oxydation anodique, d’imprégnation et de colmatage.
Dans l’industrie aéronautique, il est d’usage de mettre en œuvre des pièces en alliage d’aluminium. En effet, les alliages d’aluminium offrent un excellent rapport propriétés mécaniques/poids et leur coût de fabrication est relativement faible. Cependant, ces pièces sont susceptibles, suivant le milieu dans lequel elles se trouvent, d’être affectées par plusieurs types de corrosion localisée, engendrant la dégradation de la pièce et pouvant amener à son retrait ou à sa défaillance. Afin d’améliorer la résistance à la corrosion des pièces en alliage de titane, il est connu de réaliser un traitement de surface de la pièce.
Le traitement de surface comprend typiquement une étape d’oxydation anodique chromique de la pièce qui permet de former une couche d’oxyde d’aluminium surfacique d’une épaisseur comprise entre 2 µm et 15 µm. La couche d’oxyde d’aluminium étant poreuse, l’étape d’oxydation anodique est typiquement suivie d’une étape de colmatage permettant de combler les pores de la couche d’oxyde d’aluminium. Ceci permet d’améliorer la résistance à la corrosion de la pièce.
L’étape d’oxydation anodique est typiquement réalisée par immersion de la pièce dans une solution d’acide chromique et l’étape de colmatage de la pièce est réalisée par immersion de la pièce dans une solution comprenant un chrome hexavalent. Or, le chrome hexavalent constitue un composé qui est interdit par les nouvelles normes en matière de santé et d’environnement.
Afin de s’affranchir du chrome hexavalent, le document FR-B1-3 106 838 propose un traitement de surface d’une pièce en alliage d’aluminium anodisée comprenant les étapes d’imprégnation de la pièce par immersion de la pièce dans une solution comprenant un sel d’hexafluorozirconate et un sel de chrome trivalent et de colmatage de la pièce par immersion de la pièce dans une solution comprenant un silicate. Ainsi, chacune des solutions des étapes d’imprégnation et de colmatage met en œuvre des composés alternatifs au chrome hexavalent et conformes aux normes en matière de sécurité et d’environnement. On forme alors une pièce comprenant un corps en alliage d’aluminium revêtu d’une première couche comprenant de l’oxyde d’aluminium, une couche intermédiaire comprenant du chrome et une couche comprenant du silicate.
La présente invention propose une nouvelle solution afin de fournir une pièce qui soit résistante à la corrosion tout en étant conforme aux normes en matière de sécurité et d’environnement.
A cet effet, l’invention propose une pièce comprenant :
- un corps en alliage d’aluminium,
- une première couche comprenant de l’oxyde d’aluminium, agencée sur le corps,
- une couche intermédiaire comprenant du chrome, et
- une seconde couche comprenant de l’oxyde d’aluminium, la couche intermédiaire étant agencée entre la première couche et la seconde couche.
La pièce selon l’invention est donc remarquable en ce qu’elle présente une seconde couche d’oxyde d’aluminium. Cette seconde couche d’aluminium, riche en oxygène et en aluminium confère à la pièce de très bonnes propriétés de résistance à la corrosion. Il a également été constaté que cette couche d’aluminium pourrait conférer à la pièce une meilleure adhérence peinture.
Par conséquent, grâce à l’invention, la pièce est résistante à la corrosion, présente de bonnes propriétés d’adhérence à la peinture et peut être fabriquée conformément aux normes en matière de santé et d’environnement.
L’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- la seconde couche présente une épaisseur comprise entre 10 nm et 500 nm.
- une couche de peinture agencée sur la seconde couche.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une pièce comprenant les étapes chronologiques suivantes :
(a) fourniture d’un corps en alliage d’aluminium,
(d) oxydation anodique du corps,
(e) imprégnation du corps avec une solution d’imprégnation comprenant un sel de chrome trivalent et un composé oxydant, et
(f) colmatage du corps avec une solution de colmatage comprenant un aluminate.
Selon l’invention, l’étape de colmatage de la pièce en alliage d’aluminium est réalisée grâce à une solution de colmatage comprenant un aluminate. En effet, il a été mis en évidence qu’une pièce en alliage d’aluminium anodisée et imprégnée à l’oxyde de chrome/zirconium (CrIII/Zr) par exemple puis colmatée avec un aluminate présente une bonne résistance à la corrosion, qui est au moins équivalente à une pièce colmatée au silicate. Par ailleurs, le colmatage aluminate permet d’améliorer l’adhérence à la peinture de la pièce. Il a également été constaté que le colmatage aluminate permet d’améliorer la tension de claquage du procédé. Le traitement est plus résistant aux sollicitations électriques.
Aussi, le procédé de l’invention permet de s’affranchir de chrome hexavalent et est donc compatible avec les normes en matière de sécurité et d’environnement.
L’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- la solution de colmatage présente une concentration massique en aluminate comprise entre 0.1 g/L et 10 g/L, préférentiellement entre 0.5 g/L et 5 g/L,
- l’aluminate est un aluminate de sodium,
- à l’étape (d), le corps est immergé dans une cuve comprenant une solution d’oxydation anodique sulfurique comprenant de l’acide sulfurique selon une concentration massique comprise entre 150 g/L et 250 g/L, préférentiellement de 180 g/L,
- la solution d’imprégnation présente une température comprise entre 30°C et 50°C, préférentiellement de 40°C,
- entre les étapes (e) et (f), une étape (e’) de post imprégnation du corps avec une solution post imprégnation comprenant du peroxyde d’hydrogène et un sel de lanthane,
- le composé oxydant est un sel d’hexafluorozirconate,
-- la solution de colmatage présente une température comprise entre 50°C et 150°C, préférentiellement entre 80°C et 100°C,
-- l’étape (f) est réalisée pendant une durée comprise entre 5 min et 60 min, préférentiellement entre 10 min et 20 min,
-- l’étape (d) est une oxydation anodique sulfurique,
-- l’étape (e) est réalisée pendant une durée comprise entre 5 min et 60 min, préférentiellement comprise entre 10 min et 20 min.
D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels :
la est une représentation schématique en coupe transversale d’une pièce selon l’invention ;
la est une représentation schématique d’un procédé selon un mode de réalisation de l’invention.
Une pièce 1 selon un mode de réalisation de l’invention est illustrée sur la . La pièce 1 selon l’invention comprend un corps 10 en alliage d’aluminium. L’alliage d’aluminium est par exemple choisi parmi la série 2000 telle que l’alliage 2014, 2017, 2024, 2214, 2219, 2618, ou la série 6000 telle que l’alliage 6061, 6063, ou la série 7000 telle que l’alliage 7010, 7020, 7050, 7055, 7068, 7075, 7085, 7175, 7475. Selon un autre exemple l’alliage d’aluminium est un alliage de fonderie type AS7G06, AS7G03, AS10G ou encore AS9U3.
La pièce 1 comprend en outre une première couche 12 agencée sur le corps 10. La première couche 12 comprend de l’oxyde d’aluminium. La première couche 12 présente une épaisseur comprise entre 2 µm et 30 µm, préférentiellement comprise entre 5 µm et 25 µm. La première couche 12 est obtenue par oxydation anodique de la pièce 1.
La pièce 1 selon l’invention comprend en outre une couche intermédiaire 14 comprenant du chrome. L’épaisseur de la couche intermédiaire 14 est comprise entre 1 µm et 10 µm, par exemple entre 3 µm et 5 µm. La couche intermédiaire 14 est obtenue par imprégnation de la pièce 1 avec une solution comprenant un sel de chrome trivalent et un composé oxydant.
La pièce 1 selon l’invention comprend en outre une seconde couche 16. La couche intermédiaire 14 est agencée entre les première et seconde couches 12, 16. La seconde couche 16 comprend de l’oxyde d’aluminium 16. La seconde couche 16 présente une épaisseur comprise entre 10 nm et 500 nm, préférentiellement de 200 nm. La seconde 16 est obtenue par colmatage de la pièce 14 avec un aluminate.
Préférentiellement, la pièce 1 comprend en outre une couche de peinture 18. La couche de peinture 18 est agencée sur la seconde couche d’oxyde d’aluminium 16. La couche de peinture 18 présente une épaisseur comprise entre 10 µm et 100 µm, préférentiellement de 50 µm.
La pièce 1 selon l’invention présente une bonne résistance à la corrosion et une bonne adhérence à la peinture. En effet, la combinaison de la couche intermédiaire 14 et de la seconde couche 16 d’oxyde d’aluminium confère une bonne résistance à la corrosion de la pièce 1. En outre, la seconde couche 16 d’oxyde d’aluminium favorise l’adhérence de la couche de peinture 18.
Un procédé de fabrication de la pièce 1 va maintenant être décrit. Le procédé de fabrication comprend les étapes chronologiques suivantes :
(a) fourniture du corps 10 en alliage d’aluminium,
(b) optionnellement, dégraissage du corps 10,
(c) optionnellement, décapage du corps 10,
(d) oxydation anodique du corps 10,
(e) imprégnation du corps 10 avec une solution d’imprégnation comprenant un sel d’hexafluorozirconate et un sel de chrome trivalent,
(e’) optionnellement, post imprégnation du corps 10,
(f) colmatage du corps 10 avec une solution de colmatage comprenant un aluminate,
(g) optionnellement, application d’une peinture sur du corps 10.
Lorsque cela s’applique, les compositions/solutions aqueuses sont complétées par de l’eau jusqu’à 100% de leur volume.
L’étape (b) de dégraissage permet avantageusement de dissoudre des graisses éventuellement présentes à la surface du corps 10. L’étape de dégraissage peut être réalisée avec une solution aqueuse alcaline de dégraissage. La solution aqueuse alcaline de dégraissage comprend par exemple du SOSOCLEAN A3432 selon une concentration volumique par exemple de 11% (volume/volume). La température de la solution aqueuse alcaline de dégraissage est par exemple comprise entre 30°C et 50°C, typiquement de 45°C. La durée de l’étape (b) est par exemple comprise entre 1 min et 30 min, typiquement de 10 min. L’étape (b) peut être réalisée par trempage, aspersion, ou toute autre technique connue de l’homme du métier.
L’étape (c) de décapage permet avantageusement de dissoudre les éventuels oxydes formés à la surface du corps 10. L’étape de décapage peut être réalisée avec une solution aqueuse alcaline de décapage. La solution aqueuse alcaline de décapage comprend par exemple un mélange de SOCOSURF A1858 selon une concentration volumique par exemple de 42% et de SOCOSURF A1806 selon une concentration volumique par exemple de 10% (volume/volume). La température de la solution aqueuse alcaline de décapage est par exemple comprise entre 30°C et 100°C, typiquement de 50°C. La durée de l’étape (c) est par exemple comprise entre 1 min et 30 min, typiquement de 10 min. L’étape (c) peut être réalisée par trempage, aspersion, ou toute autre technique connue de l’homme du métier.
L’étape (d) selon l’invention permet de créer la première couche 12 d’oxyde d’aluminium. A l’issue de cette étape, la première couche d’oxyde d’aluminium 12 est poreuse. L’oxydation anodique est avantageusement une oxydation anodique sulfurique. Lors de cette étape, le corps 10 est immergé dans une cuve comprenant une solution d’oxydation anodique sulfurique comprenant de l’acide sulfurique selon une concentration massique comprise entre 150 g/L et 250 g/L, préférentiellement de 180 g/L.
La solution est notamment une solution aqueuse. Préférentiellement, la solution d’oxydation anodique sulfurique est à une température comprise entre 10°C et 20°C, typiquement de 18°C. La cuve comprend par ailleurs une anode reliée au corps 10. L’anode et le corps 10 sont typiquement reliés à un générateur de courant. Le corps 10 est soumis à une densité de courant compris entre 1 A/dm² et 5 A/dm², typiquement de 2 A/dm². Le corps 10 est soumis à une tension continue par exemple comprise entre 10 V et 30 V, typiquement entre 15 V et 20 V. La durée de l’étape (d) est par exemple comprise entre 10 min et 120 min, par exemple de 60 min.
L’étape d’imprégnation (e) est avantageusement réalisée par immersion de du corps 10 dans la solution d’imprégnation. La solution d’imprégnation est une solution aqueuse. Selon l’invention, la solution d’imprégnation comprend un sel de chrome trivalent et un composé oxydant. Dans la présente invention, il est entendu de manière connue, par chrome trivalent, du chrome à l'état d'oxydation +3.
Le sel de chrome trivalent peut être sous forme de fluorure, chlorure, nitrate, acétate, acétate hydroxyde, sulfate, potassium sulfate, etc., de chrome trivalent, par exemple CrF3,xH2O, CrCI3,xH2O , Cr(NO3)3,xH2O, (CH3CO2)2Cr,xH2O, (CH3CO2)7Cr3(OH)2,xH2O, Cr2(SO4)3,xH2O, CrK(SO4)2,xH2O.
Le composé oxydant selon l’invention est préférentiellement un sel d’hexafluorozirconate. Il est par exemple choisi dans le groupe consistant en hexafluorozirconate d’ammonium ((NH4)2ZrF6), hexafluorozirconate de sodium (Na2ZrF6), hexafluorozirconate de potassium (K2ZrF6).
Avantageusement, la solution d’imprégnation présente une concentration massique en sel de chrome trivalent comprise entre 0,5 g/L et 50 g/L et une concentration massique en composé oxydant comprise entre 0,5 g/L et 50 g/L.
Avantageusement, la solution d’imprégnation présente une température comprise entre 30°C et 50°C, préférentiellement de 40°C.
Avantageusement, la durée de l’étape (e) est comprise entre 5 min et 60 min, préférentiellement comprise entre 10 min et 20 min.
De manière préférée, la solution d’imprégnation comprend du SOCOSURF TCS à une concentration volumique de 34% (volume/volume).
Préférentiellement, l’étape (e’) est réalisée avec une solution post imprégnation. L’étape (e’) est par exemple réalisée par immersion du corps 10 dans la solution post imprégnation. La solution post-imprégnation est une solution aqueuse comprenant par exemple du peroxyde d’hydrogène et un sel de lanthane. Le sel de lanthane est par exemple un carbonate de lanthane (La2(CO3)3).
De manière préférée, la solution d’imprégnation comprend du SOCOSURF PACS à une concentration volumique de 10% (volume/volume). La température de la solution d’imprégnation est par exemple comprise entre 15°C et 30°C, typiquement de 25°C. La durée de l’étape (e’) est par exemple comprise entre 2 min et 30 min, typiquement de 5 min.
Les étapes (e) et éventuellement (e’) permettent de former la couche intermédiaire 14 et de combler les pores de la couche d’oxyde d’aluminium formée à l’étape (d).
Selon l’invention, dans l’étape (f), la solution de colmatage est une solution aqueuse comprenant un aluminate. L’aluminate est par exemple un aluminate de sodium (NaAlO2), de potassium (KAlO2), de lithium (LiAlO2). Préférentiellement, l’aluminate est un aluminate de sodium (NaAlO2). La concentration massique d’aluminate est comprise entre 0.1 g/L et 10 g/L, préférentiellement entre 0.5 g/L et 5 g/L. Préférentiellement, la solution de colmatage présente une température comprise entre 50°C et 150°C, préférentiellement entre 80°C et 100°C. Préférentiellement, la durée de cette étape est comprise entre 5 min et 60 min, préférentiellement entre 10 min et 20 min. L’étape de colmatage permet de former la seconde couche 16.
Avantageusement, à l’étape (g), la peinture est appliquée de manière mécanique par exemple à l’aide d’un pistolet ou manuellement à l’aide d’un pinceau.
Les étapes d’imprégnation et de colmatage permettent de combler les pores de la couche d’oxyde d’aluminium 12 et de renforcer la résistance à la corrosion de la pièce 1. L’étape de colmatage étant réalisée avec un aluminate, la résistance à la corrosion de la pièce 1 est améliorée et l’adhérence de la peinture est améliorée.
Exemple 1 : essais de corrosion
Des pièces en alliage d’aluminium 2618 T6 et des pièces en alliage d’aluminium 2024 T3 ont été soumises à des étapes de dégraissage, décapage, d’anodisation sulfurique, d’imprégnation et de post imprégnation selon les conditions exposées dans le tableau 1. Ensuite, différentes étapes de colmatage ont été réalisées selon les conditions exposées dans le tableau 2, notamment un colmatage 1 à l’aluminate selon l’invention, un colmatage 2 au silicate selon l’art antérieur et un colmatage 3 à l’eau selon l’art antérieur.
| Dégraissage | Décapage | Anodisation | Imprégnation | Post-imprégnation | |
| Solution aqueuse | SOSOCLEAN A3432 à une concentration volumique de 11% | SOSOCURF A1858 à une concentration volumique de 42% et SOSOCURF A1806 à une concentration volumique de 10% | Acide sulfurique à une concentration massique de 180 g/L | SOCOSURF TCS à une concentration volumique de 34% | SOCOSURF PACS à une concentration volumique de 10% |
| Température | 45°C | 50°C | 18°C | 40°C | 25°C |
| Temps de traitement | 10 min | 10 min | 20 min | 10 min | 5 min |
| Tension | - | - | 17 V | - | - |
| Colmatage 1 | Colmatage 2 | Colmatage 3 | |
| Composition de la solution aqueuse | NaAlO2 à une concentration massique de 0.5-5 g/L | SuperSeal 2S à une concentration massique de 20-80 g/L | Eau désionisée |
| Température de la solution | 80°C-100°C | 80°C-100°C | 100°C |
| Temps de traitement | 10 min-20 min | 10 min-20 min | 10 min-20 min |
Les pièces ont ensuite été soumises à un test de tenue au brouillard salin conforme à la norme NF EN ISO 9227. Les résultats sont indiqués dans le Tableau 3.
| Brouillard salin neutre après 500h (Nb de piqures (moyenne sur 3 pièces)) |
||
| 2618 T6 | 2024 T3 | |
| Colmatage 1 | 0 | 0 |
| Colmatage 2 | 1 | <1 |
| Colmatage 3 | >2 | - |
On observe que les colmatages 1, 2 permettent d’augmenter la tenue à la corrosion des pièces comparées au colmatage 3. Le colmatage au silicate et à l’aluminate permet donc d’améliorer la tenue à la corrosion des pièces en alliage d’aluminium. Le colmatage à l’aluminate confère donc à la pièce de bonnes propriétés à la corrosion au moins équivalentes au colmatage au silicate.
Exemple 2 : analyse d’extrême surface
Les pièces ayant subies l’étape de colmatage 1 et l’étape de colmatage 2 ont été soumises à des analyses spectrométriques photoélectroniques X (XPS).
Les résultats sont présentés dans le tableau 4.
| C | O | Al | Si | Zr | N | Na | S | F | Ca | |
| Colmatage 1 | 23.7 | 55.4 | 17.0 | 1.0 | 0.3 | 0.5 | 1.0 | 0.1 | 0.9 | 0.2 |
| Colmatage 2 | 33.2 | 47.2 | - | 19.4 | - | 0.1 | - | - | - | 0.1 |
L’analyse élémentaire de l’extrême surface des pièces sur une épaisseur de 50 nm, démontre la présence d’oxyde d’aluminium (présence d’aluminium et d’oxygène). Cette couche d’oxyde d’aluminium en surface favorise la résistance à la corrosion de la pièce comme démontré dans l’exemple 1 par rapport à un colmatage à l’eau et l’adhérence à la peinture.
Claims (10)
- Pièce (1) comprenant :
- un corps (10) en alliage d’aluminium,
- une première couche (12) comprenant de l’oxyde d’aluminium, agencée sur le corps (10),
- une couche intermédiaire (14) comprenant du chrome, et
- une seconde couche (16) comprenant de l’oxyde d’aluminium, la couche intermédiaire (14) étant agencée entre la première couche (12) et la seconde couche (16). - Pièce selon la revendication précédente, dans laquelle la seconde couche (16) présente une épaisseur comprise entre 10 nm et 500 nm.
- Pièce selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une couche de peinture (18) agencée sur la seconde couche (16).
- Procédé de fabrication d’une pièce (1) comprenant les étapes chronologiques suivantes :
(a) fourniture d’un corps (10) en alliage d’aluminium,
(d) oxydation anodique du corps (10),
(e) imprégnation du corps (10) avec une solution d’imprégnation comprenant un sel de chrome trivalent et un composé oxydant, et
(f) colmatage du corps (10) avec une solution de colmatage comprenant un aluminate. - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la solution de colmatage présente une concentration massique en aluminate comprise entre 0.1 g/L et 10 g/L, préférentiellement entre 0.5 g/L et 5 g/L.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 4 à 5, dans lequel l’aluminate est un aluminate de sodium.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu’à l’étape (d), le corps (10) est immergé dans une cuve comprenant une solution d’oxydation anodique sulfurique comprenant de l’acide sulfurique selon une concentration massique comprise entre 150 g/L et 250 g/L, préférentiellement de 180 g/L.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel la solution d’imprégnation présente une température comprise entre 30°C et 50°C, préférentiellement de 40°C.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 4 à 8, comprenant en outre, entre les étapes (e) et (f), une étape (e’) de post imprégnation du corps (10) avec une solution post imprégnation comprenant du peroxyde d’hydrogène et un sel de lanthane.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que le composé oxydant est un sel d’hexafluorozirconate.
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|---|---|---|---|
| FR2206599A FR3137393A1 (fr) | 2022-06-30 | 2022-06-30 | Piece en alliage d’aluminium et procede de fabrication associe |
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|---|---|---|---|
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2022
- 2022-06-30 FR FR2206599A patent/FR3137393A1/fr active Pending
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2023
- 2023-06-28 WO PCT/FR2023/050979 patent/WO2024003504A1/fr unknown
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| FR3106838B1 (fr) | 2020-01-31 | 2022-01-14 | Safran Aircraft Engines | Procede de colmatage des alliages d’aluminium |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024003504A1 (fr) | 2024-01-04 |
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