WO2022117970A1 - Procede de protection d'une piece en alliage a base d'aluminium contenant du cuivre - Google Patents

Procede de protection d'une piece en alliage a base d'aluminium contenant du cuivre Download PDF

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WO2022117970A1
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laser
unprotected
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Coralie CHEVALLIER
Mathieu LEROY
Marie SAVOYE
Etienne NEMETH
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Safran Electronics & Defense
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    • C23C2222/00—Aspects relating to chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive medium
    • C23C2222/10—Use of solutions containing trivalent chromium but free of hexavalent chromium

Definitions

  • This presentation relates to the protection, for example against corrosion, of a part comprising an aluminum-based alloy containing copper, in particular more than 0.5% by mass of copper.
  • Aluminum-based alloys have the advantage of being light. However, they can be susceptible to corrosion. Also, it is known to protect parts made from aluminum-based alloys against corrosion by carrying out, for example, a chemical conversion of the surface of the part.
  • This chemical conversion treatment was generally carried out by bringing the part into contact with a bath containing hexavalent chromium (or chromium VI or Cr VI).
  • the bath can be made from a solution such as, for example, the solution commonly designated by the registered trademark Alodine® 1200S from Henkel.
  • This chemical conversion treatment is a chromating treatment of the aluminum-based alloy during which the alloy is converted at the surface in order to precipitate therein in particular aluminum oxyhydroxides and aluminum chromates.
  • This treatment makes it possible to produce a coating on the surface of the part which increases the resistance to corrosion of the part made of an aluminum-based alloy. Furthermore, this coating makes it possible to retain electrical conductivity of the coated zone and to allow easy and good quality adhesion of organic paints which are generally also based on hexavalent chromium.
  • the chemical conversion is carried out over the entire part.
  • a paint is then applied but in order to preserve areas of electrical continuity on the part, each of these areas is covered with a resist.
  • This operation is usually performed manually, for example by applying a protective adhesive to the areas that you want to keep free of paint.
  • Chromating bath solutions have been developed from trivalent chromium.
  • the chromating treatment does not make it possible to guarantee sufficient corrosion resistance.
  • This presentation relates to a process for protecting a part comprising an aluminum-based alloy whose copper content is greater than or equal to 0.5% by mass, the process comprising the following steps:
  • the process for protecting aluminum-based alloy parts containing at least 0.5% by mass of copper makes it possible to obtain a treated part which is effectively protected in particular from corrosion by a coating comprising conductive zones ( areas having undergone chemical conversion - conductive protective layer) and non-conductive areas (areas bearing the non-conductive protective layer).
  • the part then has, on the areas protected by the conductive protective layer, less than five pitting per dm 2 (square decimeter) after exposure to neutral salt spray for 168 hours, in accordance with the requirements of standard NF EN ISO 9227:2017 . It is understood that the non-conductive protective layer does not undergo the chemical conversion.
  • the non-conductive protective layer is not altered or modified by the chemical conversion step. And, conversely, the non-conductive protective layer does not pollute the chemical conversion bath.
  • the step of chemical conversion to trivalent chromium takes place only on the unprotected zones which have been previously pickled during the laser pickling step.
  • the 2000 Series and part of the 7000 Series of aluminum-based alloys have a copper content greater than or equal to 0.5% by mass.
  • the trivalent chromium chemical conversion step is known per se. Typically, the conditions of implementation are provided with the technical sheets by the manufacturers of the chemical conversion baths.
  • the chromating bath may be a bath marketed under the SurTec650® or Lanthane 613.3® brand.
  • the part After immersion in a chemical conversion bath, the part is rinsed with demineralised water and dried.
  • demineralised water By way of non-limiting example, it can it is a rinsing by immersion followed by a rinsing by spraying with demineralised water.
  • the drying step can be carried out at ambient temperature under compressed air and/or in an oven at a temperature less than or equal to 60° C. (degrees Celsius). It is understood that compressed air can be used at room temperature and then put the part in a study at a temperature less than or equal to 60°C until the part is dry.
  • the surface roughness Ra is less than or equal to 1.7 ⁇ m, preferably less than or equal to 1.6 ⁇ m.
  • the unprotected area may be cleaned.
  • This step makes it possible to remove residues, for example in the form of powder, which may have been formed during the laser etching step.
  • the cleaning of the unprotected zone can be carried out by mechanical brushing.
  • the cleaning of the unprotected zone can be assisted by ultrasound.
  • the non-conductive protective layer and the unprotected zone can be degreased with a solvent and/or an alkaline solution.
  • This step makes it possible to degrease the part when the non-conductive protective layer and/or the unprotected zone show dirt of the “fingerprint” type which may result from successive manipulations of the part during the preceding steps.
  • the degreasing step is not carried out using an acid solution.
  • the solvent may be ethanol or methyl ethyl ketone (butanone-2, also called MEK in accordance with the acronym in English for Methyl Ethyl Ketone).
  • the alkaline solution may be a solution marketed under the name Sococlean A3432.
  • the laser stripping can be carried out by means of a YAG laser with a wavelength of 1064 nm at a frequency comprised between 10 and 200 kHz.
  • a profile of the laser beam may be Gaussian-shaped or flat-topped.
  • a flat-top laser beam profile is also called a "Top Hat”.
  • the non-conductive protective layer can be deposited by anodic oxidation.
  • the laser beam may have a fluence greater than or equal to 4 J/cm 2 .
  • the laser beam may have a fluence less than or equal to 65 J/cm 2 , preferably less than or equal to 56 J/cm 2 .
  • the non-conductive protective layer is deposited by anaphoresis.
  • the laser beam may have a fluence greater than or equal to 4 J/cm 2 and the laser etching may comprise one to four passes.
  • the laser beam may have a fluence less than or equal to 56 J/cm 2 and the laser etching may comprise one to four passes.
  • the laser etching can be carried out with a laser beam recovery rate greater than or equal to 20% and less than or equal to 80%.
  • the recovery rate can be in one or both directions of movement of the laser beam.
  • the values in the two directions can be different from each other.
  • the recovery rate may be equal to 50% in both directions.
  • Figure 1 is a flowchart representing the steps of a method of protecting a part comprising an aluminum-based alloy.
  • Figure 2 a partial schematic view in section and in perspective of a part with a non-conductive protective layer.
  • Figure 3 is a partial schematic view in section and in perspective of the part of Figure 2 after laser etching.
  • Figure 4 is a partial schematic view in section and in perspective of the part of Figure 3 after chemical conversion and drying.
  • Figure 5 is a summary of micrographs of an unprotected area after laser stripping with the laser.
  • Figure 1 shows a method 100 of protection, in particular against corrosion, of a part 12 comprising an aluminum-based alloy whose copper content is greater than or equal to 0.5% by mass.
  • the method 100 includes a first step 102 of depositing a non-conductive protective layer 14 over the entire part 12, as shown in Figure 2.
  • Figure 2 is a schematic partial sectional view of an element 10. It is therefore understood that the part 12 is completely covered by the non-conductive protective layer 14. A partial sectional view is shown in order to to see part 12 and the non-conductive protective layer 14.
  • the deposition step 102 of the protective layer 14 can be carried out by anodic oxidation or by anaphoresis.
  • Anodic oxidation is a process which makes it possible to form a porous layer of oxide on the outer surface of part 12 by immersing part 12 in an acid bath and applying an electric voltage between part 12 serving as anode and a counter-electrode.
  • the acid bath can be a sulfuric acid bath.
  • the step of depositing 102 the protective layer also includes the clogging of the porosity of the porous oxide layer by immersion in an impregnation and sealing bath to obtain the non-conductive protective layer 14. This process is a conventional process.
  • Anaphoresis is a method for forming the non-conductive protective layer 14 by immersing the part 12 in an electrically charged paint bath, and which, under the effect of an electrical voltage applied between the part serving anode and a counter-electrode, is deposited on part 12. Once the deposit has reached the desired thickness, the deposit is polymerized at a temperature making it possible to fix the paint on part 12 and form the protective layer not driver 14.
  • the method 100 includes a step 104 of laser etching by means of a laser beam of an area of the non-conductive protective layer 14 to form an unprotected area 16, as shown in Figure 3. It is understood that in the unprotected zone 16, the part 12 is exposed.
  • the laser stripping 104 can be carried out by means of a YAG laser with a wavelength of 1064 nm at a frequency of between 10 and 200 kHz.
  • the profile of the laser beam can be Gaussian or flat-topped.
  • the part 12, whose non-conductive protective layer 14 has been removed in one area has an unprotected area 16. It is understood that the number of unprotected areas 16 is not limited to one.
  • Figure 3 being a schematic figure, the unprotected area 16 is shown as having the shape of a square. It is understood that this shape is not limiting and that the unprotected zone 16 can have any shape.
  • the shape of the unprotected area 16 is defined by the passage of the laser beam over the non-conductive protective layer 14.
  • the method 100 includes a step 106 of chemical conversion to trivalent chromium of the unprotected area 16 to form a conductive protective layer 18, as shown in Figure 4.
  • the non-conductive protective layer 14 is not altered or modified by the step of chemical conversion 106.
  • the chemical conversion step 106 to trivalent chromium only takes place on the unprotected areas 16 which have been previously etched during the laser etching step 104 and the formation of the conductive protective layer 18 forms only at the location of unprotected areas 16.
  • the method 100 includes a drying step 108.
  • the drying step 108 can be carried out at room temperature under compressed air and/or in an oven at a temperature less than or equal to 60 °C (degree Celsius). It is understood that compressed air can be used at room temperature and then put part 12 in a study at a temperature less than or equal to 60°C until part 12 is dry.
  • the method 100 may also include a cleaning step 110 of the unprotected area 16 after the laser stripping step 104.
  • unprotected area or areas 16 are covered with a light dusting due to laser etching, it is advantageous to clean the unprotected areas 16 to remove these residues, for example in the form of powder, which may have been formed during of the laser etching step 104.
  • the cleaning 110 of the unprotected area 16 can be carried out by mechanical brushing.
  • the cleaning 110 of the unprotected area 16 can be assisted by ultrasound.
  • the method 100 may also include a degreasing step 112 of the non-conductive protective layer 14 and of the unprotected area 16 after the laser etching step 104.
  • the degreasing step 112 may or may not be carried out after the cleaning step 110.
  • the part 12 and the non-conductive protective layer 14 can be degreased 112 with a solvent and/or an alkaline solution.
  • This step makes it possible to degrease the part when the non-conductive protective layer 14 and/or the unprotected zone 16 show dirt of the "fingerprint" type which may result from successive manipulations of the part during the previous steps. . It is understood that the degreasing step 112 is not carried out using an acid solution.
  • the solvent can be ethanol or methyl ethyl ketone (butanone-2, also called MEK in accordance with the acronym in English for Methyl Ethyl Ketone
  • the alkaline solution may be a solution marketed under the name Sococlean A3432.
  • An alloy based on aluminum 2024 (machined T351) is used.
  • the mass composition of this alloy is 0.046% silicon (Si), 0.077% iron (Fe), 4.4389% copper (Cu), 0.621% manganese (Mn), 1.416% magnesium (Mg), 0.002 % Chromium (Cr), 0.039% Zinc (Zn), 0.0310% Titanium (Ti), 0.0007% Boron (B), 0.0013% Zirconium (Zr), 0.0027% lead (Pb), 0.0044 nickel (Ni), 0.055% tin (Sn), 0.0076% vanadium (V), the remainder consisting of aluminum and any impurities.
  • An alloy based on aluminum 7175 (machined T351) is used.
  • the mass composition of this alloy is 0.041% silicon (Si), 0.083% iron (Fe), 1.773% copper (Cu), 0.001% manganese (Mn), 2.490% magnesium (Mg), 0.197% chromium (Cr), 5.784% zinc (Zn), 0.0384% titanium (Ti), 0.0009% boron (B), 0.0037% zirconium (Zr), 0.0016% lead ( Pb), 0.0054 nickel (Ni), 0.0024% tin (Sn), 0.0076% vanadium (V), the remainder consisting of aluminum and any impurities.
  • Test specimens having dimensions of 150 mm ⁇ 100 mm ⁇ 6 mm were produced in each alloy (Example 1 and Example 2).
  • a non-conductive protective layer 14 was deposited on all the specimens by anodic oxidation in a bath of sulfuric acid and sealing of the porosity by immersion in an impregnation/sealing bath.
  • the layer of non-conductive protection 14 can have a thickness of between 4 and 20 ⁇ m.
  • the laser beam is a YAG laser with a wavelength of 1064 nm at a frequency between 1 and 120 kHz, of the TruMark 6130 type. that is to say that the base alloy of each specimen was exposed on an area of one square decimetre.
  • the coverage rate is defined by considering the diameter of the laser spot and the coverage rate in one direction is defined as being equal to (1 - L/d) where L is the distance between the center of two adjacent laser spots in the given direction and the diameter of the laser spot.
  • L is the distance between the center of two adjacent laser spots in the given direction and the diameter of the laser spot.
  • an overlap rate of 50% is representative of a distance between the center of two spots equal to half the diameter of the laser spot.
  • Tx is the overlap rate in the x direction and Ty is the overlap rate in the y direction, the y direction being perpendicular to the x direction. In these examples, Tx and Ty are equal. Tx might be different from Ty.
  • the surface roughness Ra (arithmetic mean deviation) was measured on the unprotected areas.
  • the surface roughness Ra is equal to 0.8 ⁇ m for tests 1 and 3, 0.7 ⁇ m for tests 2 and 4 and 1.0 ⁇ m for test 5.
  • the surface roughness Ra is equal to 1.2 ⁇ m for test 1, 0.6 ⁇ m for tests 2 and 3, 0.55 ⁇ m for test 4 and 0.8 ⁇ m for test 5
  • the surface roughness Ra (arithmetic mean deviation) is measured according to the requirements of the ISO 25178 standard with an optical roughness meter.
  • Figure 5 shows micrographs at the same magnification of the unprotected area 16 of test specimens from the tests carried out with the laser II.
  • the specimens are cleaned, for example by brushing.
  • the brushing step makes it possible to improve the resistance to corrosion after chemical conversion.
  • the specimens are degreased with a cloth soaked in methylethyl ketone.
  • the bath is a bath of SurTec 650 having a theoretical concentration of 20% by volume of Surtec 650 in distilled water.
  • the theoretical pH of the bath is between 3.7 and 4 and the theoretical temperature of the bath is 37.5°C.
  • the test specimens undergo manual agitation.
  • the specimens are rinsed by immersion in the bath for 1 minute in order to wet the surface in order to modify the surface tension of the specimen.
  • the specimen is then rinsed with water before the actual chromating step.
  • the specimens are then immersed for 4 minutes in the bath to carry out the step of chemical conversion to trivalent chromium of the unprotected zones 16 and to form a conductive protective layer 18.
  • the test specimens are then rinsed by immersion in water for 1 minute and by sprinkling with water for 1 minute.
  • the surface roughness Ra (arithmetic mean deviation) and the surface roughness Rz (maximum height) were measured on the conductive protection zones 18.
  • the surface roughness Ra (arithmetic mean deviation) and the surface roughness Rz (maximum height) are measured according to the requirements of the ISO 25178 standard with an optical roughness meter. The results are shown in Table 2.
  • the salt spray test is carried out according to the requirements of the ISO 9227:2017 standard. The test conditions are listed below. The test is carried out in an ERICHSEN salt spray corrosion test chamber of reference CORROTHERM 610e 1000L.
  • the sodium chloride salt (NaCI) used is 99% pure. Distilled water has an electrical conductivity of less than 10 pS/cm (micro Siemens per centimeter).
  • the saline solution has a concentration of 50 g/L (gram per litre), the temperature in the chamber throughout the test is between 34.6°C and 35.3°C and the temperature of the humidifier is 50°C.
  • the spray pressure is between 0.93 and 0.96 bar
  • the average recovery rate of the solution in the collectors is between 1.26 and 1.36 mL/h (milliliter per hour)
  • the density of the solution collected in the collectors is between 1.031 and 1.035
  • the pH of the solution collected in the collectors is 6.5.
  • the duration of the salt spray test is 168 hours maximum with a minimum of 72 hours.
  • Test specimens are removed from the enclosure after 72 hours and 168 hours and are observed visually to identify the defects. All the specimens tested show, on the areas protected by the conductive protective layer, less than five pitting per dm 2 after exposure to neutral salt spray for 168 hours, in accordance with the requirements of standard NF EN ISO 9227:2017.

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Abstract

Procédé (100) de protection d'une pièce comprenant un alliage à base d'aluminium dont la teneur en cuivre est supérieure ou égale à 0,5% en masse, le procédé comprenant le dépôt (102) d'une couche de protection non conductrice sur toute la pièce, le décapage laser (104) au moyen d'un faisceau laser d'une zone de la couche de protection non conductrice pour former une zone non protégée, la conversion chimique (106) au chrome trivalent de la zone non protégée pour former une couche de protection conductrice et le séchage (108) de la pièce.

Description

PROCEDE DE PROTECTION D'UNE PIECE EN ALLIAGE A BASE D'ALUMINIUM CONTENANT DU CUIVRE
Domaine technique
[0001] Le présent exposé concerne la protection, par exemple contre la corrosion, d'une pièce comprenant un alliage à base d'aluminium contenant du cuivre, en particulier plus de 0,5% en masse de cuivre.
Technique antérieure
[0002] Les alliages à base d'aluminium ont l'avantage d'être légers. Toutefois, ils peuvent être sensibles à la corrosion. Aussi, il est connu de protéger les pièces fabriquées à partir d'alliages à base d'aluminium contre la corrosion en réalisant, par exemple, une conversion chimique de la surface de la pièce.
[0003] Ce traitement de conversion chimique était généralement réalisé en mettant la pièce en contact avec un bain contenant du chrome hexavalent (ou chrome VI ou Cr VI). Le bain peut être réalisé à partir d'une solution comme par exemple la solution communément désignée par la marque déposée Alodine® 1200S d'Henkel. Ce traitement de conversion chimique est un traitement de chromatation de l'alliage à base d'aluminium au cours duquel l'alliage est converti en surface afin d'y faire précipiter notamment des oxyhydroxydes d'aluminium et des chromates d'aluminium. Ce traitement permet de produire en surface de la pièce un revêtement qui augmente la résistance à la corrosion de la pièce réalisée en alliage à base d'aluminium. Par ailleurs, ce revêtement permet de conserver une conductivité électrique de la zone revêtue et de permettre un accrochage facile et de bonne qualité de peintures organiques qui sont généralement également à base de chrome hexavalent.
[0004] Par ailleurs, dans le procédé utilisé, la conversion chimique est réalisée sur toute la pièce. Une peinture est ensuite appliquée mais afin de préserver des zones de continuité électrique sur la pièce, chacune de ces zones est recouverte d'une épargne. Cette opération est généralement réalisée manuellement, par exemple en appliquant un adhésif protecteur sur les zones que l'on souhaite garder exemptes de peinture.
[0005] Or, en application du règlement REACH (sigle anglais pour « Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals »), l'utilisation du chrome hexavalent a été interdite.
[0006] Des solutions de bain de chromatation ont été développées à partir de chrome trivalent. Toutefois, en particulier pour des alliages à base d'aluminium contenant du cuivre, le traitement de chromatation ne permet pas de garantir une résistance à la corrosion suffisante.
[0007] Il existe donc un besoin de développer de nouveaux procédés permettant d'améliorer la résistance à la corrosion des pièces en alliage à base d'aluminium, en particulier pour les alliages à base d'aluminium des séries 2000 et 7000, et également de simplifier les étapes du procédé et/ou de réduire les coûts de production tout en améliorant la fiabilité du procédé.
Exposé de l'invention
[0008] Le présent exposé vise à remédier au moins en partie à ces inconvénients.
[0009] Le présent exposé concerne un procédé de protection d'une pièce comprenant un alliage à base d'aluminium dont la teneur en cuivre est supérieure ou égale à 0,5% en masse, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- dépôt d'une couche de protection non conductrice sur toute la pièce ;
- décapage laser au moyen d'un faisceau laser d'une zone de la couche de protection non conductrice pour former une zone non protégée présentant une rugosité de surface Ra inférieure ou égale à 1,8 pm ;
- conversion chimique au chrome trivalent de la zone non protégée pour former une couche de protection conductrice ;
- séchage de la pièce.
[0010] Le procédé de protection des pièces en alliage à base d'aluminium contenant au moins 0,5% en masse de cuivre permet d'obtenir une pièce traitée qui est protégée efficacement notamment de la corrosion par un revêtement comportant des zones conductrices (zones ayant subi la conversion chimique - couche de protection conductrice) et des zones non conductrices (zones portant la couche de protection non conductrice). La pièce présente alors, sur les zones protégées par la couche de protection conductrice, moins de cinq piqûres par dm2 (décimètre carré) après une exposition de 168 heures au brouillard salin neutre, suivant les exigences de la norme NF EN ISO 9227:2017. On comprend que la couche de protection non conductrice ne subit pas la conversion chimique. La couche de protection non conductrice n'est pas altérée ou modifiée par l'étape de conversion chimique. Et, inversement, la couche de protection non conductrice ne pollue pas le bain de conversion chimique. Ainsi, l'étape de conversion chimique au chrome trivalent n'a lieu que sur les zones non protégées qui ont été préalablement décapées lors de l'étape de décapage laser.
[0011] A titre d'exemple non limitatifs, la Série 2000 et une partie de la Série 7000 des alliages à base d'aluminium ont une teneur en cuivre supérieure ou égale à 0,5% en masse.
[0012] Les zones subissant la conversion chimique étant dénudées par décapage laser, l'étape manuelle d'application d'épargnes n'est plus requise.
[0013] Le décapage laser permet de mettre à nu la pièce pour des zones précises où l'on désire avoir des parties conductrices de la protection contre la corrosion. On comprend que le nombre de zones non protégées n'est pas limité à une. Lors de l'étape de décapage laser, on retire la couche de protection contre la corrosion non conductrice uniquement dans les zones où une continuité électrique entre la pièce et des éléments extérieurs est souhaitée. Dans ces zones non protégées, la pièce est donc à nouveau à nu. La rugosité de surface Ra (écart moyen arithmétique) étant inférieure ou égale à 1,8 pm, la zone décapée, c'est-à-dire mise à nu, présente un état de surface satisfaisant et permettant d'obtenir une pièce traitée qui est protégée efficacement notamment de la corrosion dans les zones présentant le revêtement comportant des zones conductrices et non conductrices.
[0014] L'étape de conversion chimique au chrome trivalent est connue en soi. Typiquement, les conditions de mise en oeuvre sont fournies avec les fiches techniques par les fabricants des bains de conversion chimique.
[0015] A titre d'exemple non limitatif, le bain de chromatation peut être un bain commercialisé sous la marque SurTec650® ou Lanthane 613.3®.
[0016] Après immersion dans un bain de conversion chimique, la pièce est rincée à l'eau déminéralisée et séchée. A titre d'exemple non limitatif, il peut s'agir d'un rinçage par immersion suivi d'un rinçage par aspersion à l'eau déminéralisée.
[0017] A titre d'exemple non limitatif, l'étape de séchage peut être réalisée à température ambiante sous air comprimé et/ou dans une étuve à une température inférieure ou égale à 60°C (degré Celsius). On comprend que l'on peut utiliser l'air comprimé à température ambiante et ensuite mettre la pièce dans une étude à une température inférieure ou égale à 60°C jusqu'à séchage de la pièce.
[0018] Dans certains modes de réalisation, la rugosité de surface Ra est inférieure ou égale à 1,7 pm, de préférence inférieure ou égale à 1,6 pm.
[0019] Dans certains modes de réalisation, après le décapage laser, la zone non protégée peut être nettoyée.
[0020] Cette étape permet de retirer des résidus, par exemple sous forme de poudre, pouvant avoir été formé lors de l'étape de décapage laser.
[0021] Dans certains modes de réalisation, le nettoyage de la zone non protégée peut être réalisé par brossage mécanique.
[0022] Dans certains modes de réalisation, le nettoyage de la zone non protégée peut être assisté par ultrasons.
[0023] Dans certains modes de réalisation, avant la conversion chimique, la couche de protection non conductrice et la zone non protégée peuvent être dégraissées avec un solvant et/ou une solution alcaline.
[0024] Cette étape permet de dégraisser la pièce lorsque la couche de protection non conductrice et/ou la zone non protégée présentent des salissures de type « traces de doigts » qui peuvent être issues des manipulations successives de la pièce lors des étapes précédentes.
[0025] On comprend que l'étape de dégraissage n'est pas réalisée à l'aide d'une solution acide.
[0026] A titre d'exemple non limitatif, le solvant peut être de l'éthanol ou du méthyléthyl cétone (butanone-2, aussi appelé MEK conformément au sigle en anglais pour Methyl Ethyl Ketone).
[0027] A titre d'exemple non limitatif, la solution alcaline peut être une solution commercialisée sous la dénomination Sococlean A3432.
[0028] Dans certains modes de réalisation, le décapage laser peut être réalisé au moyen d'un laser YAG de longueur d'onde 1064 nm à une fréquence comprise entre 10 à 200 kHz. [0029] Dans certains modes de réalisation, un profil du faisceau laser peut être de forme gaussienne ou à sommet plat.
[0030] Un profil de faisceau laser à sommet plat est aussi appelé en anglais « Top Hat ».
[0031] Dans certains modes de réalisation, la couche de protection non conductrice peut être déposée par oxydation anodique.
[0032] Dans certains modes de réalisation, le faisceau laser peut avoir une fluence supérieure ou égale à 4 J/cm2.
[0033] Dans certains modes de réalisation, le faisceau laser peut avoir une fluence inférieure ou égale à 65 J/cm2, de préférence inférieure ou égale à 56 J/cm2.
[0034] Dans certains modes de réalisation, la couche de protection non conductrice est déposée par anaphorèse.
[0035] Dans certains modes de réalisation, le faisceau laser peut avoir une fluence supérieure ou égale à 4 J/cm2 et le décapage laser peut comprendre une à quatre passes.
[0036] Dans certains modes de réalisation, le faisceau laser peut avoir une fluence inférieure ou égale à 56 J/cm2 et le décapage laser peut comprendre une à quatre passes.
[0037] Dans certains modes de réalisation, le décapage laser peut être réalisé avec un taux de recouvrement du faisceau laser supérieur ou égal à 20% et inférieure ou égal à 80%.
[0038] On comprend que le taux de recouvrement peut être dans une ou les deux directions de déplacement du faisceau laser. Les valeurs dans les deux directions peuvent être différentes l'une de l'autre.
[0039] A titre d'exemple non limitatif, le taux de recouvrement peut être égal à 50% dans les deux directions.
Brève description des dessins
[0040] D’autres caractéristiques et avantages de l’objet du présent exposé ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre d’exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées. [0041] [Fig. 1] La figure 1 est un ordinogramme représentant les étapes d'un procédé de protection d'une pièce comprenant un alliage à base d'aluminium.
[0042] [Fig. 2] La figure 2 une vue schématique partielle en coupe et en perspective d'une pièce avec une couche de protection non conductrice.
[0043] [Fig. 3] La figure 3 est une vue schématique partielle en coupe et en perspective de la pièce de la figure 2 après décapage laser.
[0044] [Fig. 4] La figure 4 est une vue schématique partielle en coupe et en perspective de la pièce de la figure 3 après conversion chimique et séchage.
[0045] [Fig. 5] La figure 5 est un récapitulatif de micrographies d'une zone non protégée après décapage laser avec le laser.
[0046] Sur l'ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques.
Description détaillée
[0047] La figure 1 représente un procédé 100 de protection, notamment contre la corrosion, d'une pièce 12 comprenant un alliage à base d'aluminium dont la teneur en cuivre est supérieure ou égale à 0,5% en masse.
[0048] Le procédé 100 comprend une première étape de dépôt 102 d'une couche de protection non conductrice 14 sur toute la pièce 12, comme représenté sur la figure 2.
[0049] On notera que la figure 2 est une vue schématique en coupe partielle d'un élément 10. On comprend donc que la pièce 12 est entièrement recouverte par la couche de protection non conductrice 14. On a représenté une vue partielle en coupe afin de voir la pièce 12 et la couche de protection non conductrice 14.
[0050] L'étape de dépôt 102 de la couche de protection 14 peut être réalisée par oxydation anodique ou par anaphorèse.
[0051] L'oxydation anodique est un procédé permettant de former sur la surface extérieure de la pièce 12 une couche poreuse d'oxyde en immergeant la pièce 12 dans un bain d'acide et en appliquant une tension électrique entre la pièce 12 servant d'anode et une contre-électrode. A titre d'exemple non limitatif, le bain d'acide peut être un bain d'acide sulfurique. L'étape de dépôt 102 de la couche de protection comprend aussi le colmatage de la porosité de la couche poreuse d'oxyde par immersion dans un bain d'imprégnation et de colmatage pour obtenir la couche de protection non conductrice 14. Ce procédé est un procédé classique.
[0052] L'anaphorèse est un procédé permettant de former la couche de protection non conductrice 14 par immersion de la pièce 12 dans un bain de peinture chargée électriquement, et qui, sous l'effet d'une tension électrique appliquée entre la pièce servant d'anode et une contre-électrode, se dépose sur la pièce 12. Une fois le dépôt ayant atteint l'épaisseur désirée, le dépôt est polymérisé à une température permettant de fixer la peinture sur la pièce 12 et former la couche de protection non conductrice 14.
[0053] Lorsque la pièce 12 est entièrement revêtue par la couche de protection non conductrice 14, la pièce 12 est protégée contre la corrosion. Toutefois, cette couche de protection est non conductrice.
[0054] Le procédé 100 comprend une étape de décapage laser 104 au moyen d'un faisceau laser d'une zone de la couche de protection non conductrice 14 pour former une zone non protégée 16, comme représenté sur la figure 3. On comprend que dans la zone non protégée 16, la pièce 12 est mise à nu.
[0055] Le décapage laser 104 peut être réalisé au moyen d'un laser YAG de longueur d'onde 1064 nm à une fréquence comprise entre 10 à 200 kHz.
[0056] Le profil du faisceau laser peut être de forme gaussienne ou à sommet plat.
[0057] Comme représenté sur la figure 3, la pièce 12, dont la couche de protection non conductrice 14 a été retirée en une zone, présente une zone non protégée 16. On comprend que le nombre de zones non protégées 16 n'est pas limité à une. La figure 3 étant une figure schématique, la zone non protégé 16 est représentée comme ayant la forme d'un carré. On comprend que cette forme n'est pas limitative et que la zone non protégée 16 peut avoir n'importe quelle forme. La forme de la zone non protégée 16 est définie par le passage du faisceau laser sur la couche de protection non conductrice 14.
[0058] Le procédé 100 comprend une étape de conversion chimique 106 au chrome trivalent de la zone non protégée 16 pour former une couche de protection conductrice 18, comme représenté sur la figure 4.
[0059] Comme représenté schématiquement sur la figure 4, la couche de protection non conductrice 14 n'est pas altérée ou modifiée par l'étape de conversion chimique 106. Ainsi, l'étape de conversion chimique 106 au chrome trivalent n'a lieu que sur les zones non protégées 16 qui ont été préalablement décapées lors de l'étape de décapage laser 104 et la formation de la couche de protection conductrice 18 se forme uniquement à l'emplacement des zones non protégées 16.
[0060] Le procédé 100 comprend une étape de séchage 108. A titre d'exemple non limitatif, l'étape de séchage 108 peut être réalisée à température ambiante sous air comprimé et/ou dans une étuve à une température inférieure ou égale à 60°C (degré Celsius). On comprend que l'on peut utiliser l'air comprimé à température ambiante et ensuite mettre la pièce 12 dans une étude à une température inférieure ou égale à 60°C jusqu'à séchage de la pièce 12.
[0061] Le procédé 100 peut également comprendre une étape de nettoyage 110 de la zone non protégée 16 après l'étape de décapage laser 104.
[0062] Lorsque la ou les zones non protégées 16 sont recouvertes d'un léger poudrage dû au décapage laser, il est avantageux de nettoyer les zones non protégées 16 pour retirer ces résidus, par exemple sous forme de poudre, pouvant avoir été formé lors de l'étape de décapage laser 104.
[0063] Le nettoyage 110 de la zone non protégée 16 peut être réalisé par brossage mécanique.
[0064] Le nettoyage 110 de la zone non protégée 16 peut être assisté par ultrasons.
[0065] Le procédé 100 peut également comprendre une étape de dégraissage 112 de la couche de protection non conductrice 14 et de la zone non protégée 16 après l'étape de décapage laser 104.
[0066] L'étape de dégraissage 112 peut ou non être réalisée après l'étape de nettoyage 110.
[0067] Ainsi, avant la conversion chimique 106, la pièce 12 et la couche de protection non conductrice 14 peuvent être dégraissées 112 avec un solvant et/ou une solution alcaline.
[0068] Cette étape permet de dégraisser la pièce lorsque la couche de protection non conductrice 14 et/ou la zone non protégée 16 présentent des salissures de type « traces de doigts » qui peuvent être issues des manipulations successives de la pièce lors des étapes précédentes. [0069] On comprend que l'étape de dégraissage 112 n'est pas réalisée à l'aide d'une solution acide.
[0070] A titre d'exemple non limitatif, le solvant peut être de l'éthanol ou du méthyléthyl cétone (butanone-2, aussi appelé MEK conformément au sigle en anglais pour Methyl Ethyl Ketone
[0071] A titre d'exemple non limitatif, la solution alcaline peut être une solution commercialisée sous la dénomination Sococlean A3432.
[0072] Exemple 1
[0073] Un alliage à base d'aluminium 2024 (T351 usiné) est utilisé. La composition massique de cet alliage est 0,046% de silicium (Si), 0,077% de fer (Fe), 4,4389% de cuivre (Cu), 0,621% de manganèse (Mn), 1,416% de magnésium (Mg), 0,002% de chrome (Cr), 0,039% de zinc (Zn), 0,0310% de titane (Ti), 0,0007% de bore (B), 0,0013% de zirconium (Zr), 0,0027% de plomb (Pb), 0,0044 de nickel (Ni), 0,055% d'étain (Sn), 0,0076% de vanadium (V), le complément étant constitué par de l'aluminium et des impuretés éventuelles.
[0074] Exemple 2
[0075] Un alliage à base d'aluminium 7175 (T351 usiné) est utilisé. La composition massique de cet alliage est 0,041% de silicium (Si), 0,083% de fer (Fe), 1,773% de cuivre (Cu), 0,001% de manganèse (Mn), 2,490% de magnésium (Mg), 0,197% de chrome (Cr), 5,784% de zinc (Zn), 0,0384% de titane (Ti), 0,0009% de bore (B), 0,0037% de zirconium (Zr), 0,0016% de plomb (Pb), 0,0054 de nickel (Ni), 0,0024% d'étain (Sn), 0,0076% de vanadium (V), le complément étant constitué par de l'aluminium et des impuretés éventuelles.
[0076] Eprouvettes
[0077] Des éprouvettes ayant des dimensions de 150 mm x 100 mm x 6 mm ont été réalisées dans chaque alliage (Exemple 1 et Exemple 2).
[0078] Couche de protection non conductrice.
[0079] Les éprouvettes ont subi un nettoyage lessiviel.
[0080] Une couche de protection non conductrice 14 a été déposée sur toutes les éprouvettes par oxydation anodique dans un bain d'acide sulfurique et colmatage de la porosité par immersion dans un bain d'imprégnation/colmatage. A titre d'exemple non limitatif, la couche de protection non conductrice 14 peut présenter une épaisseur comprise entre 4 et 20 pm.
[0081] A la sortie des bains, les éprouvettes sont rincées à l'eau.
[0082] Décapage laser
[0083] Le faisceau laser est un laser YAG de longueur d'onde 1064 nm à une fréquence comprise entre 1 à 120 kHz, de type TruMark 6130. Une zone non protégée 16 d'un décimètre carré a été décapée sur chaque éprouvette, c'est-à-dire que l'alliage de base de chaque éprouvette a été mis à nu sur une surface d'un décimètre carré.
[0084] Pour l'exemple 1 et pour l'exemple 2, cinq essais ont été réalisés avec un faisceau laser de forme gaussienne. Les caractéristiques sont données dans le tableau 1. Une seule passe a été réalisée pour décaper la zone non protégée.
[0085] [Tableau 1]
Figure imgf000011_0001
[0086] Le taux de recouvrement est défini en considérant le diamètre du spot laser et le taux de recouvrement dans une direction est défini comme étant égal à (1 - L/d) où L est la distance entre le centre deux spots laser adjacent dans la direction donnée et le diamètre du spot laser. Ainsi, un taux de recouvrement de 50% est représentatif d'une distance entre le centre de deux spots égale à la moitié du diamètre du spot laser. Tx est le taux de recouvrement dans la direction x et Ty est le taux de recouvrement dans la direction y, la direction y étant perpendiculaire à la direction x. [0087] Dans ces exemples, Tx et Ty sont égaux. Tx pourrait être différent de Ty.
[0088] La rugosité de surface Ra (écart moyen arithmétique) a été mesurée sur les zones non protégées. Pour l'exemple 1, la rugosité de surface Ra est égale à 0,8 pm pour les essais 1 et 3, 0,7 pm pour les essais 2 et 4 et 1,0 pm pour l'essai 5. Pour l'exemple 2, la rugosité de surface Ra est égale à 1,2 pm pour l'essai 1, 0,6 pm pour les essais 2 et 3, 0,55 pm pour l'essai 4 et 0,8 pm pour l'essai 5. La rugosité de surface Ra (écart moyen arithmétique) est mesurée suivant les exigences de la norme ISO 25178 avec un rugosimètre optique.
[0089] Les zones non protégées ont été testées et sont toutes conductrices. [0090] La figure 5 présente des micrographies au même grossissement de la zone non protégée 16 d'éprouvettes des tests réalisés avec le laser II.
[0091] Nettoyage
[0092] Les éprouvettes sont nettoyées, par exemple par brossage.
[0093] L'étape de brossage permet d'améliorer la tenue à la corrosion après conversion chimique.
[0094] Dégraissage
[0095] Les éprouvettes sont dégraissées avec un chiffon imbibé de méthyléthyl cétone.
[0096] Conversion chimique
[0097] Le bain est un bain de SurTec 650 ayant une concentration théorique de 20% en volume de Surtec 650 dans de l'eau distillée. Le pH théorique du bain est compris entre 3,7 et 4 et la température théorique du bain est de 37,5°C. Les valeurs mesurées sont les suivantes : concentration : 20,1% ; pH : 3,9 ; température : 37,5°C dans une cuve de 100 L (litre). Les éprouvettes subissent une agitation manuelle.
[0098] Les éprouvettes sont rincées par immersion dans le bain pendant 1 minute afin de faire mouiller la surface afin de modifier la tension de surface de l'éprouvette. L'éprouvette est ensuite rincée à l'eau avant l'étape de chromatation proprement dite. Les éprouvettes sont ensuite immergées pendant 4 minutes dans le bain pour réaliser l'étape de conversion chimique au chrome trivalent des zones non protégées 16 et former une couche de protection conductrice 18. [0099] Les éprouvettes sont ensuite rincées par immersion dans de l'eau pendant 1 minute et par aspersion avec de l'eau pendant 1 minute.
[0100] La rugosité de surface Ra (écart moyen arithmétique) et la rugosité de surface Rz (hauteur maximale) ont été mesurées sur les zones de protection conductrice 18. La rugosité de surface Ra (écart moyen arithmétique) et la rugosité de surface Rz (hauteur maximale) sont mesurées suivant les exigences de la norme ISO 25178 avec un rugosimètre optique. Les résultats sont présentés dans le tableau 2.
[0101] [Tableau 2]
Figure imgf000013_0001
[0102] Séchage
[0103] Les éprouvettes sont ensuite séchées avec projection d'air comprimé pour retirer l'excédent d'eau et ensuite mises dans une étuve à 55°C jusqu'à séchage complet.
[0104] Test au brouillard salin
[0105] Le test au brouillard salin est réalisé suivant les exigences de la norme ISO 9227:2017. Les conditions du test sont reprises ci-dessous. Le test est réalisé dans une chambre d'essai de corrosion à brouillard salin ERICHSEN de référence CORROTHERM 610e 1000L. Le sel de chlorure de sodium (NaCI) utilisé est pur à 99%. L'eau distillée présente une conductivité électrique inférieure à 10 pS/cm (micro Siemens par centimètre). La solution saline a une concentration de 50 g/L (gramme par litre), la température dans l'enceinte pendant tout l'essai est comprise entre 34,6°C et 35,3°C et la température de l'humidificateur est de 50°C. La pression de pulvérisation est comprise entre 0,93 et 0,96 bar, la vitesse moyenne de récupération de la solution dans les collecteurs est comprise entre 1,26 et 1,36 mL/h (millilitre par heure), la densité de la solution récupérée dans les collecteurs est comprise entre 1,031 et 1,035 et le pH de la solution recueillie dans les collecteurs est de 6,5.
[0106] La durée de l'essai au brouillard salin est de 168 heures maximum avec un minimum de 72 heures.
[0107] Des éprouvettes sont sorties de l'enceinte après 72 heures et 168 heures et sont observées visuellement pour identifier les défauts. Toutes les éprouvettes testées présentent, sur les zones protégées par la couche de protection conductrice, moins de cinq piqûres par dm2 après une exposition de 168 heures au brouillard salin neutre, suivant les exigences de la norme NF EN ISO 9227:2017.
[0108] Pour certaines éprouvettes qui ont été traitées selon le procédé précédemment décrit, l'étape de brossage a été omise. Sur certaines éprouvettes non nettoyées, on a constaté une corrosion atypique (coulures noires) se formant sur le bord des éprouvettes. (J'ai préféré modérer et mettre l'information ici afin d'éviter de rendre cette étape indispensable - elle est présentée comme non essentielle).
[0109] Quoique le présent exposé ait été décrit en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l’invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Procédé (100) de protection d'une pièce (21) comprenant un alliage à base d'aluminium dont la teneur en cuivre est supérieure ou égale à 0,5% en masse, le procédé (100) comprenant les étapes suivantes :
- dépôt (102) d'une couche de protection non conductrice (14) sur toute la pièce (12) ;
- décapage laser (104) au moyen d'un faisceau laser d'une zone de la couche de protection non conductrice (14) pour former une zone non protégée (16) présentant une rugosité de surface Ra inférieure ou égale à 1,8 pm ;
- conversion chimique (106) au chrome trivalent de la zone non protégée (16) pour former une couche de protection conductrice (18) ;
- séchage (108) de la pièce (12).
[Revendication 2] Procédé (100) selon la revendication 1, dans lequel, après le décapage laser (104), la zone non protégée (16) est nettoyée (110).
[Revendication 3] Procédé (100) selon la revendication 2, dans lequel le nettoyage (110) de la zone non protégée (16) est réalisé par brossage mécanique.
[Revendication 4] Procédé (100) selon la revendication 2, dans lequel le nettoyage (110) de la zone non protégée (16) est assisté par ultrasons.
[Revendication 5] Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle, avant la conversion chimique (106), la couche de protection non conductrice (14) et la zone non protégée (16) sont dégraissées (112) avec un solvant et/ou une solution alcaline.
[Revendication 6] Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le décapage laser (104) est réalisé au moyen d'un laser YAG de longueur d'onde 1064 nm à une fréquence comprise entre 10 à 200 kHz.
[Revendication 7] Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel un profil du faisceau laser est de forme gaussienne ou à sommet plat.
[Revendication 8] Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la couche de protection non conductrice (14) est déposée par oxydation anodique.
[Revendication 9] Procédé (100) selon la revendication 8, dans lequel le faisceau laser a une fluence supérieure ou égale à 4 J/cm2.
[Revendication 10] Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la couche de protection non conductrice (14) est déposée par anaphorèse.
[Revendication 11] Procédé (100) selon la revendication 10, dans lequel le faisceau laser a une fluence supérieure ou égale à 4 J/cm2 et le décapage laser comprend une à quatre passes.
[Revendication 12] Procédé (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le décapage laser est réalisé avec un taux de recouvrement du faisceau laser supérieur ou égal à 20% et inférieure ou égal à 80%.
PCT/FR2021/052191 2020-12-03 2021-12-02 Procede de protection d'une piece en alliage a base d'aluminium contenant du cuivre WO2022117970A1 (fr)

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