LU88705A1 - Procédé pour revêtir des pièces métalliques d'une couche protectrice à base de zinc - Google Patents

Description

PROCEDE POUR REVETIR DES PIECES METALLIQUES D'UNE COUCHE PROTECTRICE A BASE DE ZINC

La présente invention concerne un procédé pour revêtir des pièces métalliques d'une couche protectrice à base de zinc, en vue d'obtenir une protection cathodique contre la corrosion.

Le procédé peut être mis en oeuvre pour apporter aussi bien une couche primaire, qu'une couche de liaison en particulier comme couche de protection efficace contre la corrosion de structures métalliques.

Le produit de recouvrement ne doit pas nécessairement être apposé sur une surface métallique propre ou fraîchement nettoyée. Il peut également s'appliquer sur une surface légèrement rouillée et convient de ce fait tout aussi bien pour l'application de peinture sur des pièces neuves que pour l'entretien et la réparation de pièces métallisées, galvanisées thermiquement, ou en général, de divers matériaux zingués.

La couche de protection offre une protection active, connue comme protection cathodique même en cas de légère détérioration de la couche de zinc.

Le procédé combine l'avantage d'un recouvrement galvanique durable à celui d'une exécution rapide et simple parce que la couche de protection peut être appliquée après montage de la pièce, de la même manière qu'une couche de peinture.

Les sels de zinc qui se dégagent lors de la corrosion du zinc, rempliront la porosité naturelle du revêtement.

Le produit de recouvrement est constitué d'une dispersion de particules de zinc métallique extrêmement fine ayant une pureté de 99,9995 % et une viscosité comprise entre 0,5 et 2,5 St, dans un solvant organique constitué d'un hydrocarbure aromatique et de résine qui n'est que partiellement dissoute.

La finesse de la poussière de zinc dans la composition est telle que les grains sont en contact électrique entre eux. La faible viscosité veille à ce que le produit puisse être appliqué à la brosse, au pistolet, au rouleau-tampon et par trempage.

La composition est choisie de telle manière qu'un produit sec contienne au moins 95 % de zinc. Elle veille à ce que l'acier soit recouvert d'une couche de zinc qui procure une protection cathodique. Cette protection cathodique est encore active en cas d'endommagement de la couche de revêtement, parce que la protection de l'acier repose sur des réactions électrochimiques .

La présente invention vise une exécution simple pour obtenir une bonne adhérence de la couche de protection et un zingage vraiment digne.

Selon l'invention, des pièces métalliques peuvent être recouvertes d'une couche de protection contenant du zinc par immersion dans un bain ayant la composition suivante : poudre de zinc : 2000 kg solvant organique : 528 kg résine : 95 kg dont les composants sont maintenus en suspension par injection d'air.

Ceci s'effectue le mieux dans un dispositif dans lequel le bain d'immersion présente un fond de forme comique dans lequel l'injection d'air débouche sur une surface restreinte à l'endroit le plus profond du bain.

L'arrivée d'air se trouve sur 2 à 3 bars. Elle veille à ce que l'homogénéité du bain reste constante et que la concentration du zinc métallique soit maintenue au-dessus de 95 %.

Les caractéristiques et d'autres caractéristiques et particularités de l'invention ressortiront de la description suivante, faisant référence aux dessins ci-joints, qui montrent à titre illustratif non limitatif une forme de réalisation de l'invention. Dans ces dessins : la figure 1 est une vue schématique d'une cellule électrolytique dans laquelle a lieu une réaction de corrosion du fer; la figure 2 est une vue schématique d'une cellule électrolytique dans laquelle le zinc est sacrifié à l'anode pour protéger le fer cathodiquement; la figure 3 est une coupe transversale d'un bain d'immersion avec alimentation en air; la figure 4 est un diagramme relatif à la vitesse de corrosion, qui illustre le potentiel de corrosion en fonction du temps, sur une période d'un an en cas de zingage par film ou de zingage thermique; la figure 5 est un diagramme de la chute de potentiel provoquée par corrosion, en fonction du temps sur une période d'un an pour les deux méthodes de recouvrement.

Dans ces dessins, les mêmes signes de référence désignent des éléments identiques ou analogues.

Le principe de base du fonctionnement du zin-gage par film ® à l'aide du produit susdit, est la protection cathodique à l'aide d'une anode sacrifiée. Par ce principe, du zinc est sacrifié pour protéger un autre métal (acier).

Lorsqu'un métal est amené dans un milieu corrosif, il apparaît un potentiel de corrosion entre le métal et le milieu, par lequel les ions métalliques de l'anode vont se dissoudre.

Les électrons libérés sont captés par une autre réaction qui, dans beaucoup de cas, est la réduction de l'oxygène selon :

Les ions hydroxyles formés se recombinent le plus souvent avec des ions métalliques et donnent un produit par soluble :

Pour le fer par exemple, il se forme du FeO.OH, nommé rouille. En recouvrant la pièce d'une couche protectrice à base de zinc, on veille à ce que les électrons, qui ne sont pas nécessaire à la réduction de l'oxygène, soient livrés par un autre métal que le fer par exemple.

Par ce moyen, la corrosion du fer peut être stoppée parce que le zinc est forcé d'entrer en solution et de fournir les électrons nécessaires.

L'ensemble du processus est représenté dans les figures 1 et 2. La figure 1 montre la réaction de corrosion du fer, la figure 2 le sacrifice du zinc pour protéger le fer.

Dans les figures 1 et 2, il s'ensuit maintenant aussi qu'il doit y avoir un contact progressif entre le zinc et le fer, sinon les électrons, qui sont libérés par la dissolution du zinc, ne sont pas transportés vers les électrodes.

Une protection cathodique active n'est seulement possible que si du zinc est présent en quantité suffisante dans la couche de recouvrement, de sorte que les particules de zinc sont en contact électrique les unes avec les autres. Les électrons, qui sont formés du côté extérieur de la couche, là où le zinc peut se dissoudre, doivent être transportés à l'intérieur et ensuite déchargés par le biais de l'acier. Sans contact électrique des particules de zinc entre elles et avec l'acier, le transport des électrons depuis l'anode sacrifiée vers l'acier à protéger est impossible et la protection cathodique s'estompe.

Un bon contact électrique veille, par contre, à ce que les électrons migrent de l'anode sacrifiée vers le métal à protéger, qui remplit la fonction de cathode, et empêche par là le métal d'entrer en solution. L'électrode sacrifiée ira en solution plus rapidement en raison de son déficit constant en électrons et subira une oxydation anodique avec le solvant. Le métal de protection se corrodera petit à petit, mais l'acier restera non-corrodé.

Le revêtement peut, entre autres, être appliqué à l'immersion de diverses pièces métalliques dans un bain ayant la composition suivante : poudre de zinc : 2.000 kg solvant organique : 528 kg résine synthétique : 95 kg TOTAL : 2.623 kg L'avantage d'un système à immersion réside dans le fait que le produit de revêtement ne peut jamais commencer à sécher dans le bain, ni durcir, mais par contre il peut précipiter. Il s'ensuit qu'un système de mélange efficace doit être appliqué.

Le mélange du bain d'immersion ne s'effectue pas au moyen d'un mélangeur à vis rotative ni par une boucle de circulation du produit mais par injection d'air qui maintient le mélange en suspension. Celle-ci a lieu dans le fond 2 du bain 3 (figure 3).

Le dispositif consiste en une grande cuve 4 remplie du produit de revêtement susdit. La cuve possède un fond conique et comprend latéralement un conduit ascendant 5 qui insuffle au bas de la forme comique, de l'air par un ajutage 6. Il se forme de ce fait une colonne de liquide de poids spécifique plus léger que le liquide qui entoure la colonne. En outre, les bulles d'air remueront les sédiments et entraîneront vers le haut les particules de zinc.

La forme conique permet que soit obtenue une surface aussi petite que possible et que la partie la plus profonde du bain débouche sur une très petite surface. L'arrivée d'air n'a lieu qu'à cet endroit le plus profond, et ceci à une distance éloignée d'environ 20 cm l'une de l'autre. L'arrivée d'air s'effectue à une pression de 2 à 3 bars, suivant la profondeur et la grandeur du bain.

Le procédé suivant l'invention offre la possibilité de remuer le bain d'immersion et de maintenir la composition homogène sans faire appel à des composants mécaniques mobiles. L'arrivée d'air permet d'éliminer de la surface de la pièce immergée, les occlusions d'air.

L'épaisseur de la couche est déterminée par la viscosité qui est elle-même dépendante de la température des pièces à immerger dans le bain. En principe, une température ambiante comprise entre 15 et 25° donnera une épaisseur de 40 à environ 60 à 70 microns. L'épaisseur de la couche est aussi déterminée en adoptant la viscosité par l'addition d'environ 5 à 10 % de solvant. Les pièces, qui sont portées à température, peuvent également déterminer l'épaisseur de la couche : plus les pièces sont chaudes, plus l'épaisseur de la couche est importante. L'immersion s'effectue d'une manière vraiment simple : une seule courte immersion des pièces dans le bain est amplement suffisante pour donner l'épaisseur souhaitée, qui variera entre 40 et 70 microns. Le séchage sera ensuite facilité par rayons infra-rouges d'ondes moyenne s.

La préparation de la surface se réduit à un sablage d'un degré de pureté SA 2,5, suivant les normes suisses SIS et l'obtention d'un degré de rugosité N10B avec une valeur Ra de 12,5 est importante. La préparation au degré de pureté requis et la rugosité assument la fixation et déterminent la protection cathodique parfaite. On peut songer éventuellement à un traitement chimique préalable, à condition que la cristallisation soit suffisante pour limiter le sablage jusqu'à un certain grade. Une phosphatation en présence de zinc donne les meilleurs résultats en ce qui concerne la préparation chimique des pièces métalliques à traiter. Néanmoins, certaines phosphatations amorphes en présence de fer ont aussi donné des résultats convenables, il en est de même à condition que les cristaux soient suffisamment développés.

Le procédé suivant l'invention offre une protection efficace et aisée contre la corrosion.

D'un rapport interne du Centre de Technologie des Métaux BNF (connu en tant que BNF-Fulmer) à Wantage, Oxfordshire OX129BJ - Angleterre, il semble que le degré de corrosion d'un zingage par film® Zinga est trois fois moindre que celui d'un zingage thermique.

La figure 4 montre le développement progressif de la protection cathodique d'un échantillon d'acier doux ayant un rapport de surface 1:1, sur une période d'un an et la vitesse avec laquelle la couche protectrice est entamée, dans le cas particulier ou un objet métallique est revêtu d'une couche de protection contenant du zinc.

Des courbes qui ont été illustrées, il ressort que le degré de corrosion du zingage par film® à froid par trempage d'un objet dans un bain Zinga est trois fois moindre que celui d'un zingage thermique.

La vitesse avec laquelle la couche de protection est illustrée, appelée également vitesse de corrosion, correspond avec un flux de courant provenant d'une couche de protection vers l'acier doux. Le flux est exprimé en mm ou par la mise en oeuvre de la loi de Faraday, en supposant que la porosité de la couche de protection comporte O %.

La figure 5 donne l'évolution de la chute de potentiel provoquée par la corrosion de la couche de protection de l'échantillon susdit d'acier doux en cas de zingage par film® Zinga et de zingage thermique. La chute de potentiel de corrosion est trois fois plus élevée pour une couche de protection obtenue par zingage thermique en comparaison avec un zingage par film® à froid par trempage dans un bain de Zinga selon l'invention .

La protection doit être appliquée en cas d'humidité relative très élevée et à une température peu élevée.

Le produit doit sa parfaite résistance à la corrosion et sa capacité de protection galvanique à son liant constitué d'un solvant hydrocarboné aromatique, résine et zinc.

Ce liant agit comme inhibiteur de rouille en réduisant la décomposition du zinc dans la couche de revêtement . En cela, il assume la fonction d'anode sacrificielle par rapport à l'acier, mais la rouille se forme plus lentement que dans le cas d'un revêtement de zinc classique obtenu par zingage thermique ou métallisation.

Pour allonger la durée de vie de la protection contre la corrosion, on peut recouvrir la couche de zinc d'une couche de peinture. Le zingage par film® empêche que la rouille ne gonfle et ne s'étende. Simultanément la peinture empêche que l'action sacrificielle protectrice de la couche de revêtement contenant du zinc métallique ne se réalise trop rapidement.

De cette manière on peut obtenir des protections durables (10 à 15 ans) sans aucune réparation. La peinture utilisée doit être compatible avec la couche de revêtement contenant du zinc métallique. Des systèmes de peinture diluables à l'eau, des systèmes époxy à deux composants à base de micas riches en fer et des systèmes mono-composants, entre autres, donnent de bons résultats.

Il est possible d'obtenir une rugosité fine parce que la fixation de la couleur est excellente sur la surface granuleuse, ressemblant à celle d'une surface traitée par sablage.

Claims (4)

1. Procédé pour revêtir des pièces métalliques d'une couche protectrice à base de zinc, en vue d'obtenir une protection cathodique contre la corrosion, caractérisé en ce que les pièces métalliques à protéger sont immergées dans un bain ayant la composition suivante : poudre de zinc : 2000 kg solvant organique : 528 kg résine : 95 kg dont les composants sont maintenus en suspension par injection d'air.

2. Dispositif pour revêtir des pièces métalliques d'une couche protectrice à base de zinc selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bain d'immersion présente un fond de forme comique dans lequel l'injection d'air débouche sur une surface restreinte à l'endroit le plus profond du bain.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'arrivée d'air se trouve à une pression comprise entre 2 et 3 bars.

4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bain se trouve à température ambiante entre 15 et 25 degrés.