Passivation d`acier

Bulletin Technique
Numéro de série: 2005/17
Octobre 2005
PASSIVATION D’ACIER
Introduction
Il est connu que pour l’acier inoxydable la teneur en chrome importe pour la formation d’un film passif, à savoir
la peau d’oxyde de chrome. Cette peau d’oxyde de chrome se forme spontanément à l’air et protège de cette
façon les matériaux en-dessous. Acier de construction (aussi appelé acier de carbone) ne possède pas cette
propriété, à cause de l’absence de chrome comme élément d’alliage. L’oxygène dans l’air provoque bien une
réaction c’est à dire le fer actif forme des oxydes de fer. Etant donné que les oxydes de fer ne s’attachent en
règle générale pas aux matériaux en-dessous, qu’ils sont volumineux et
hygroscopiques, les matériaux en-dessous ne sont donc pas protégés, mais
ils permettent à l’oxydation de progresser sous l’influence de l’humidité et de
l’oxygène jusqu’à formation d’une rouille brunâtre.
L’acier de construction doit donc être protégé afin d’éviter la corrosion. Une
protection durable de l’extérieur est réalisée par l’application d’un coating
permanent, d’une couche de laque, une couche métallique etc.
Pour les tuyautages réalisés en acier de construction, il sera nécessaire de
traiter et de protéger également l’intérieur. En fonction de l’application ils
existent différentes méthodes pour apposer une protection temporaire à
savoir: phosphatage, chromatage, et/ou passivation chimique. Ce Bulletin
Technique approfondira cette dernière méthode: la passivation chimique de
l’acier de construction.
Peau de laminage, - calcinée et – de soudage
Lors du processus de production de l’acier de construction le produit mi-manufacturé est exclusivement
fabriqué par laminage, coulée ou forgeage. Ces applications provoquent de hautes températures qui vont de
paire avec un processus d’oxydation, lors duquel se forment différents oxydes de fer. Lors du processus de
laminage ceux-ci seront comprimés pour former une peau de laminage compacte se composant d’oxydes de
fer, magnétite et hématite. Cette peau de laminage ne reste malheureusement pas intacte, puisque le
refroidissement provoque des fissures de rétrécissement jusqu’à la surface
métallique. Dans ces fissures se forme la rouille qui peut attaquer la
surface métallique (voir fig.1).
Autres formes de peaux d’oxydes sont d’une part la peau calcinée, qui se
forme par un traitement de chaleur de l’acier (par exemple pour le pliage de
courbes) et d’autre part la peau de soudage qui se forme sous l’influence
d’un apport de chaleur lors du processus de soudage par fusion. Par
l’apport de chaleur de courte durée cette peau d’oxyde sera nettement
moins épaisse que la peau de laminage.
Fig. 1: différents stades de rouille de la peau de laminage
Cette peau d’oxyde fâcheuse peut être enlevée de la surface de plusieurs façons: mécaniquement (sablage)
ou chimiquement (décapage).
Après l’enlèvement de façon chimique de la peau d’oxyde - moyennant le décapage -, la surface métallique
non-protégée sera énormément active et réagira immédiatement avec l’oxygène dans l’air. Ces oxydes sont
mieux connus sous le nom de « rouille volatile » et ne protègent nullement l’acier. Activité de la surface
métallique peut être contrecarrée par un traitement avec des produits chimiques spécifiques, qui forment un
film d’oxyde de fer passif, non conducteur. Passivité de l’acier peut être obtenue avec des matières fortement
oxydantes, qui peuvent oxyder des ions de fer et par conséquent transformer le fer métallique en seulement
un état ferreux, qui donne lieu à une oxyde de ferIII-gamma (γ -Fe2O3) solide et uniforme. Cette couche
passive extrêmement fine et vulnérable peut protéger l’acier momentanément et n’a pas la propriété d’autopassivation tel le chrome dans l’acier inoxydable. La passivation chimique est un fond idéal pour les soidisants systèmes de conversion, comme les processus de chromatage et de phosphatage. Ou si l’on parle du
côté eau d’un système, la peau passive formée sera une bonne base pour le programme de traitement d’eau
(chaudières).
Processus de passivation
Le traitement standard pour passiver l’acier de façon chimique se fait graduellement. Souvent une série de
« pré-lavages » sont nécessaires avant d’entamer le processus de passivation en lui-même.
Dégraisser, pour enlever les matières organiques qui pourraient perturber le processus , et décaper, pour
enlever complètement les produits corrosifs présents, peau de laminage, calcinée et de soudage. Etant donné
que l’acier après traitement sera actif, la rouille volatile se formera rapidement. En utilisant l’acide citrique,
cette rouille volatile disparaîtra et la passivation sera entamée par un dosage d’ammoniaque et un oxydant.
Graphique 1: évolution typique
passivation citrate ammoniacal
pH
10,0
400
Epot (mV)
9,0
300
8,0
200
7,0
100
L’utilsation de l’acide citrique est également nécessaire pour la
neutralisation de la solution au niveau du pH alcalin. Normalement
l’acier devrait se précipiter par la formation d’hydroxyde de fer.
Néanmoins, par la forte action complexante de l’acier avec le
citrate les ions de fer restent dans la solution. Le dosage d’une
matière oxydante au citrate ammoniacal augmentera le potentiel
du liquide. Le processus de passivation sera suivi par les mesures
du potentiel (voire graphique 1). La passivation est complétée si le
potentiel du liquide de passivation est suffisamment monté par
l’ajoute de l’oxydant, que la couche d’oxyde de fer gamma est
formée sur la surface métallique et que le liquide de passivation
peut être éliminé.
pH
0
5,0
ammoniaque
4,0
-100
dosage
oxydant
-200
3,0
2,0
Epot (mV)
6,0
-300
acide citrique
-400
1,0
0,0
0,00
Comme dit plus haut une passivation chimique convient
parfaitement au programme de traitement d’eau (chaudières) et
est par conséquent appliquée après décapage des systèmes de
chaudières, par circulation. Si une circulation n’est pas possible
on peut également effectuer une passivation chimique par
immersion. Le seul inconvénient du dosage dans un ordre
déterminé consiste dans l’utilisation unique du bain de passivation
élaboré. L’acier parcoure la phase totale à partir de l’acide citrique
auquel on ajoute tous les produits chimiques.
1,00
2,00
-500
3,00
durée (h)
Le résultat est une magnifique surface métallique argentée passive.
avant
après
Auteur: dhr. ing. T. van Os (Chef du Laboratoire)
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