la galvanisation à chaud

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ÉTUDE TECHNIQUE/QUALITÉ
LA GALVANISATION À CHAUD
1. Introduction
La galvanisation à chaud des alliages ferreux est
une opération de revêtement par trempé dans un
bain de zinc ou d'alliage de zinc en fusion à une
température voisine de 460° C. Elle concerne les
pièces finies (par exemple : tirefonds), pour la
« galvanisation à chaud au trempé », les tôles
(cavaliers, plaquettes) et les fils revêtus (tiges et
crochets), pour la « galvanisation à chaud en
continu ».
Le mot « galvanisation » est souvent employé à
tort, l'effet galvanique pouvant s'appliquer aux
autres applications du zinc, (shérardisation, zingage électrolytique...). L'ambiguïté sur le mot
« galvanisation » a conduit à de nombreux problèmes d'interprétation, et la norme française
NFA 91-010 interdit l'emploi du mot « galvanisé »
lorsqu'il s'agit de pièces électrozinguées (le
terme « galvanisation à chaud » est réservé
exclusivement au recouvrement par « immersion
dans un bain de zinc fondu »).
Pièce en acier galvanisée à chaud
Couche η (êta)
Zinc pur
10 µ env.
Couche ζ (dzéta)
94 % de zinc pur
15 µ env.
Couche δ (delta)
90 % de zinc pur
30 µ env.
Couche γ (gamma)
70 % de zinc pur
2 µ env.
Pièce en acier électrozinguée
Coupe du
Métal très
grossie
Zinc pur
10 µ env.
Fer pur
Fer pur
La galvanisation à chaud est un procédé de revêtement (traitement de surface) anticorrosion traditionnel.
Ce traitement n'en est pas moins efficace ! !
En effet, un des principaux avantages du zinc est
sa grande électronégativité par rapport à celle de
l'acier : il sert ainsi à la protection électrochimique de l'acier contre la corrosion.
2. Protection électrochimique
par galvanisation
La corrosion est la résultante de réactions électrochimiques dues à la formation de piles locales.
Il faut 4 éléments pour les former :
– un électrolyte (eau, sol...),
– deux électrodes à potentiels différents,
– une connexion électrique.
L'électrode ayant le potentiel le plus électronégatif est appelée anode. C'est elle qui subit les phénomènes d'oxydation (perte d'électrons) donc de
corrosion.
L'électrode ayant le potentiel le moins électronégatif est la cathode, où se passe des phénomènes de réduction (gain d'électrons) donc de
protection.
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LA GALVANISATION À CHAUD
Dans le cas d'une pièce en acier galvanisée, les
matériaux acier – zinc forment une pile électrochimique où l'acier est la cathode et le zinc
l'anode. (Potentiel du fer = – 0,44V et potentiel du
zinc = – 0,76V).
foncé) est approximativement proportionnelle à
l'épaisseur du revêtement.
L'acier sera protégé par le zinc qui se dissoudra
dans une réaction cathodique lente. L'attaque du
zinc (perte d'électrons, ou oxydation Zn → Zn2+ +
2e–) se fera avec la formation d'oxydes, d'hydroxydes, d'hydrocarbonate, etc., sels à caractère protecteur conduisant à une cicatrisation
locale de la détérioration de l'acier qui n’est pas
recouvert (figure 1).
4. Différentes galvanisations
à chaud :
A cette protection électrochimique s'ajoute bien
évidemment la protection physico-chimique (ou
protection barrière) que confère une couche sur
une surface (comme une peinture, métal...).
Une seule couche de peinture ne permet pas une
protection électrochimique : il y aura, si la surface
de revêtement n'est pas continue (ou si elle est
blessée), une formation de rouille, donc soulèvement – dégradation du revêtement par la rouille
(Fe O3) (figure 2)
3. Influence de l'épaisseur
du traitement :
Généralement, on parle pour déterminer l'épaisseur en terme de gramme/m2 (masse déposée).
Il y a essentiellement :
– La galvanisation à chaud au trempé.
Chaque fois que l'on recherche une bonne protection contre la corrosion et que le fini des surfaces (aspect esthétique) ne requiert pas de
conditions spécifiques, on peut appliquer la galvanisation à chaud au trempé. Les qualités et les
caractéristiques du développement sont essentiellement fonction de la composition de l'acier,
de la composition et la température du bain de
zinc, de la durée d'immersion... Notons qu'une
bonne galvanisation ne peut s'obtenir qu'avec
une préparation de surface de l'acier adaptée.
Les épaisseurs de zinc par galvanisation à chaud
au trempé sont plus importantes que les autres
procédés de galvanisation.
– La galvanisation en continu des tôles.
La durée de protection contre la corrosion assurée par galvanisation (soit gris clair, soit gris
Les principales caractéristiques des revêtements
de tôles galvanisées sont regroupées dans le
tableau ci-après (d'après les normes NF EN
10142 et NFA 36-322).
sels de zinc
temps
(réaction)
Acier
a) blessure de la couche
Fig. 1 : Protection par galvanisation
Phénomène de cicatrisation
Acier
b) cicatrisation
rouille FeO3
blessure
Acier
temps
Acier
Fig. 2 : Protection barrière simple sans galvanisation
(exemple peinture)
(Soulèvement – dégradation du
revêtement par les produits de
corrosion de l’acier)
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5. Caractéristiques et Normes :
Désignation du
revêtement
g/m2 double face
essai en 3 points
g/m2 double face
essai en 1 points
Z 100
Z 200
Z 225
100 ( 7 µm)
200 (14 µm)
225 (16 µm)
85
170 (12 µm)
200 (14 µm)
5.1. Normes, masse et épaisseur :
Z 275
275 (19 µm)
235 (16,3 µm)
Z 350
Z 450
Z 600
350 (25 µm)
450 (31 µm)
600 (42 µm)
300 (21 µm)
385 (27 µm)
510 (35 µm)
Les masses et épaisseurs sur divers produits galvanisés sont données par le tableau ci-après :
100
180
85
150
Alliage Fer-Zinc
ZF 100
ZF 180
Il existe également des lignes de prélaquage en
continu couplées à la ligne de galvanisation, ce
qui permet une protection supplémentaire (protection barrière supplémentaire), et un aspect
esthétique varié (différentes couleurs).
– La galvanisation des fils.
La galvanisation des fils est un procédé de fabrication intermédiaire entre la galvanisation au
trempé et celles des tôles.
Les fils sont dits clairs (galvanisés en l'état écroui
de tréfilage) ou recuits (galvanisés après recuit en
ligne).
Pour certains usages les fils sont retréfilés après
galvanisation.
D'une façon générale, la fabrication des pièces
réalisées à base de fils se fait par pliage, torsion,
enroulement, ce qui impose une bonne adhérence et aptitude à la déformation du revêtement
sans écaillage. La norme NFA 91-181 donne trois
classes de qualité pour les fils galvanisés :
– CLASSE A : Galvanisation ordinaire (pas
d'exigence particulière en charge de zinc ou
en continuité de revêtement).
– CLASSE B : Galvanisation soignée (charge
minimale, continuité, adhérence).
– CLASSE C : Galvanisation épaisse (charge
de zinc nettement plus forte, 2 à 3 fois par
rapport à la classe B).
Produits
Masse
de Zinc
(g/m2)
Épaisseur de
couche de Zinc
(µ m)
Normes
AFNOR
50 à 70
NFA 91-121
Produits
manufacturés
350 à 500
(galvanisation à
chaud au trempé)
Tôles
Double face
100 à 600
7 à 42
NFA 36-321
NFA 36-322
Fils
30 à 290
4 à 40
NFA 91-131
5.2. Découpage des tôles :
Pour les tôles galvanisées dont I'épaisseur totale
ne dépasse pas 3 mm, les tranches mises à nu
par le découpage restent insensibles à la corrosion grâce à l'effet de protection cathodique de
l'acier par le zinc.
5.3. Contact avec d'autres matériaux :
– Il faut éviter un contact direct avec d'autres
métaux en milieu humide plus électropositifs que
le zinc (par exemple le cuivre ou l'inox), car une
rapide consommation du zinc par couplage galvanique aura lieu ; (Voir tableau page suivante.)
– des incompatibilités ont été signalées entre le
zinc et les éléments de type acides, alcools,
lubrifiants...
350 220 100
350 320 100
430 300 180
Mercure
Nickel
Argent, Ag
0
1090 960 840 740 740 660 540 520 490 440 320 290 250 160 150 140
1095 965 845 745 745 665 645 525 495 445 325 295 255 165 155 145
1100 970 850 750 750 670 650 530 500 450 330 300 260 170 160 150 100 100
1100 970 850 750 750 670 650 530 500 450 330 300 260 170 160 150 100 100
Aluminium
Acier au carbone pour tr. therm.
Alliage Al-Mg
Cadmium
95
90
65
0
1950 1820 1700 1600 1600 1520 1500 1380 1350 1300 1180 1150 1110 1020 1010 1000 950 950 885 860 855 850 850 845 845 750 725 590 550 480
0
Magnésium
0
70
0
Magnésium, Mg
(1) En milieu comme l’eau de mer ou les solutions salines, le chrome se dépassive plus ou moins dans le temps et son potentiel de dissolution diminue (pour atteindre 250 mV seulement par rapport au platine) ce qui tend à
réduire l’effet de corrosion sur les métaux qui lui sont couplés.
40
0
1470 1340 1220 1120 1120 1040 1020 900 870 820 700 670 630 540 530 520 470 470 405 380 375 370 370 365 365 270 245 110
0
1400 1270 1150 1050 1050 970 950 830 800 750 630 600 560 470 460 450 400 400 335 310 305 300 300 295 295 200 175
0
25
Maganèse
95
0
Zinc
95
0
1360 1230 1110 1010 1010 930 910 790 760 710 590 560 520 430 420 410 360 360 295 270 265 260 260 255 255 160 135
5
5
0
Métal blanc, 75 % Sn, 25 % Zn
5
5
0
0
Métal blanc
Sn Zn25
1200 1070 950 850 850 770 750 630 600 550 430 400 360 270 260 250 200 200 135 110 105 100 100
10
10
5
5
0
Zinc, Zn
1225 1095 975 875 875 795 775 655 625 575 455 425 385 295 285 275 225 225 160 135 130 125 125 120 120
15
15
10
10
5
Manganèse, Mn
Alliage Al-Zn-Mg
40
40
35
35
30
0
Notes :
Alliage Al-Zn-Mg
7040 A (Al Zn8 Mg Cu)
– Le métal couplé ne subit pas de corrosion galvanique et
bénéficie, au contraire, d’un effet de protection galvanique
Chrome, Cr
(faible si la différence de potentiel est petite, importante si
Alliage Al-Mg-Si
la différence de potentiel est grande).
Al Mg Si
– L’effet galvanique est influencé par le rapport de
Fer
pur, Fe
surface des deux métaux :
• si la surface du métal considéré est la plus
Cadmium, Cd
petite, sa corrosion augmente,
Alliage Al-Mg
• si la surface du métal considéré est la plus
5754 (Al Mg3), 5056A (Al Mg5)
grande, sa corrosion diminue.
Acier au carbone pour tr. therm.
XC 80, XC 90
Cet effet est d’autant plus accentué que
Aluminium
la différence entre les deux surfaces
1050A (A5)
est plus importante.
Alliage léger de fonderie
(D’après E 250-32)
Al Si10 Mg
25
0
Les différences de potentiel sont établies dans une solution aqueuse à
2 % de chlorure de sodium (NaCl), et exprimées en millivolts.
En dessous de la ligne en trait fort (
), le métal en ordonnée est
attaqué.
Chrome (l)
1105 975 855 755 755 675 655 535 505 455 335 305 265 175 165 155 105 105
95
90
65
1105 975 855 755 755 675 655 535 505 455 335 305 265 175 165 155 105 105
50
Alliage Al-Mg-Si
80
50
Fer pur
70
60
10
0
1065 935 815 715 715 635 615 495 465 415 295 265 225 135 125 115
Alliage léger de fonderie
70
20
0
1000 870 750 650 650 570 550 430 400 350 230 200 160
Alliage léger de décolletage
0
1000 870 750 650 650 570 550 430 400 350 230 200 160
90
0
Acier au carbone
40
0
950 820 700 600 600 520 500 380 350 300 180 150 110
Fonte
70
10
940 810 690 590 590 510 490 370 340 290 170 140 100
Aluminium-cuivre
0
930 800 680 580 580 500 480 360 330 280 160 130
0
840 710 590 490 490 410 390 270 240 190
All. Fe-Ni à 25 % de Ni
0
Plomb
Étain, Sn
30
0
Plomb, Pb
770 640 520 420 420 340 320 200 170 120
0
Alliage Cu-Sn (bronze)
Cu Sn12
Alliage Cu-Zn (laiton)
Cu Zn39 Pb
Cupro-aluminium
Cu Al10
50
Aluminium-cuivre
2017A (Al Cu4 Mg)
Alliage Fe-Ni à 25 % de Ni
(bilames, résistances électriques)
800 670 550 450 450 370 350 230 200 150
80
30
Fonte
Étain
650 520 400 300 300 220 200
Cuivre, CU
0
Alliage léger de décolletage
2011 (Al Cu5 Pb Bi)
Acier au carbone
XC 10
Alliage Cu-Sn (bronze)
600 470 350 250 250 170 150
Alliage Cu-Zn (laiton)
0
Cupro-aluminium
20
450 320 200 100 100
570 440 320 220 220 140 120
0
Cuivre
80
Nickel, Ni
80
0
Mercure, Hg
0
0
Maillechort
Cu Zn23 Ni22
Alliage Cu-Zn-Ni (maillechort)
0
Argent
0
130
250 120
Or, Au
Acier inoxydable 18-9
Acier inoxydable 18-9
X10 Cr Ni 18-9
Or
0
Platine, Pt
Platine
Métal considéré
Métal couplé
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ÉTUDE TECHNIQUE/QUALITÉ
ANNEXE 1 – Corrosion dues aux couples électrochimiques
entre les matériaux et/ou revêtements d’un assemblage