Dépôt de zincs alliés électrolytiques sur acier

Les zincs alliés ont été développés pour répondre aux évolutions des spécifications automobiles pour une meilleure résistance à la corrosion, même sous contrainte thermique dans le compartiment moteur, un contrôle du coefficient de frottement et une meilleure résistance à l’usure.

1. Historique des revêtements de zinc alliés

Les premiers alliages commerciaux sont apparus dans les années 1980 avec les premiers co-dépôts de Fer (0,4 à 0,6% de Fe) ou de Nickel (4 à 8 % de Ni) en milieu alcalin, puis le Zinc-Cobalt (0,5 à 1,5% de Co).
Mais le seul alliage véritable Zinc-Nickel (12 à 15% de Ni) dans sa phase gamma du diagramme binaire Zn-Ni fut d’abord développé en milieu chlorure acide à l’ammonium avant d’être rapidement décliné en milieu alcalin pour plus de stabilité d’alliage fin 1993.

2. Procédés

La protection contre la corrosion de l’acier est d’abord le fait de la différence de potentiel anodique entre le zinc (ESCE = environ -980 mV) et l’acier (ESCE = environ -400 mV). L’acier est ainsi protégé par protection cathodique aussi longtemps que le zinc ne sera pas complètement oxydé.
Un co-dépôt de fer ou de cobalt à 1,5% maximum ne modifie pas ce potentiel et le Zn-Fe et le Zn-Co n’ont pas vocation à résister plus longtemps à la corrosion. Par contre, ils favorisent les passivations au Chrome qui deviennent plus épaisses et plus résistantes.
Le Zn-Ni entre 4 et 8% de Ni offre un comportement intermédiaire puisque c’est un mélange de phase de zinc pur et de phase gamma du Zn-Ni à 12-15% de Ni.
Seul le Zn-Ni 12-15% a un comportement assez voisin du Cadmium avec un potentiel anodique plus proche de celui de l’acier, soit ESCE = environ -700 mV.
La vitesse de corrosion en contact avec l’acier est ainsi réduite, d’autant que le mécanisme de corrosion implique une perte en zinc qui anoblit (retour vers un potentiel moins anodique) le dépôt au fur et à mesure de sa corrosion. Lors de l’attaque de corrosion, le potentiel du Zn-Ni évolue donc doucement et se rapproche de celui du fer.
La sélection du meilleur procédé passe donc par le choix d’une passivation plus épaisse avec les co-dépôts Zn-Fe ou Zn-Co ou le choix d’un alliage intrinsèquement plus protecteur n’exigeant pas de passivations épaisses de type Zn-Ni.
Un autre avantage non négligeable du Zn-Ni 12-15% en milieu alcalin est sa capacité à ne pas fragiliser l’acier dur jusqu’à la classe 12.9 de la boulonnerie par l’hydrogène. C’est une thèse (El Hajjani, UFR de Besançon, 2007) qui a montré que le dépôt de Zn-Ni 12-15% en milieu alcalin s’opère d’abord par le dépôt de quelques nanomètres d’une couche de nickel pur. Ce faible dépôt intermédiaire de Nickel pur servirait à piéger l’hydrogène qui effuse naturellement vers la surface à travers le dépôt microfissuré du Zn-Ni 12-15%.
Un nouveau procédé acide de Zn-Ni 12-15% sans ammonium présente bien des avantages en terme d’aspect et de vitesse de dépôt mais ne peut prétendre aux mêmes fonctions non fragilisantes car la couche intermédiaire n’existe pas.
Tous les zincs alliés cités reçoivent des passivations au Chrome trivalent et respectent ainsi les nouvelles Directives VHU (2000/53) et RoHS (2002/95).

Composition des électrolytes

Equipement principal (four, réacteur, ligne, machine…)

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Marchés et applications

• Industrie automobile
• Bâtiment
• Aéronautique
• Constructions mécaniques
• Visserie Boulonnerie

Références normatives

• NF EN 12 329 : Protection contre la corrosion des métaux – Revêtement électrolytique de zinc avec traitement complémentaire sur fer et acier
• NF EN ISO 2081 : Revêtements métalliques et autres revêtements inorganiques – Dépôts électrolytiques de zinc avec traitements supplémentaires sur fer ou acier.
• NF EN 1670 : Quincaillerie pour le bâtiment – Résistance à la corrosion
• NF EN ISO 4042 : Éléments de fixation – Revêtements électrolytiques
• AMS 2402 : Plating zinc

Bibliographie

JJ. Duprat, Mike Kelly, «Dedicated processes for electroplating on fasteners», Fasteners Technology International, August 2010, p56-60

www.nasf.org/staticcontent/Duprat%20Paper.pdf – Pages similaires

Amandine Ibled, « Toujours réactifs face aux exigences du marché », Galvano-Organo, n°800, Mars 2011, p50-52

R.Venz, F. Raulin, L. Thiery : « Etat d’avancement des procédés de substitution », Galvano-Organo, 766 (2007) 34-36

http://www.technologies-propres.com/modules/BaseDonnees/DetailsArticles.asp?Id=1972

Modern Electroplating, 5th Edition

http://media.wiley.com/product_data/excerpt/46/04711682/0471168246.pdf

H. Geduld, «Zinc Plating», Finishing Publications, 1988

http://www.amazon.com/Zinc-Plating-Herb-Geduld/dp/090447710X

El Hajjami, M.P. Gigandet, M. De Petris-Wery, J.C. Catonné, J.J. Duprat, L. Thiery, N. Pommier, F. Raulin, B. Starck, P. Remy : « Characterization of thin Zn-Ni alloy coatings electrodeposited on low carbon steel », Applied Surface Sciences, 254, (2007) 480-489

http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2007.06.016

Zinc-Nickel Electroplating – Best Suited

Electrolytes for a Diversity of Applications

By Dr. Birgit Sonntag, Konstantin Thom, Dr. Nina Dambrowsky and Dr. Björn Dingwerth, Berlin;

deutsche Übersetzung von Dr. C. B. Nakhosteen, Unna

 Liens internet

http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_embrittlement

http://en.wikipedia.org/wiki/Galvanization

http://en.wikipedia.org/wiki/Plating

http://en.wikipedia.org/wiki/Plating#Zinc_plating

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