EADS CCR - Plateforme scientifique et technologique Sol

Revêtements Sol-Gel
pour la protection contre la corrosion
des alliages aéronautiques légers
Elisa CAMPAZZI, Martine VILLATTE
EADS Corporate Research Center – Suresnes – France (EADS CCR)
Pôle Structures & Production / Equipe de Traitements de Surface
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AGENDA
" Besoin industriel: Sol-Gel comme réponse possible
" Couches Sol-Gel en étude chez EADS CCR
" Conclusions & perspectives
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EADS CCR
Military Transport
Aircraft
Defence & Civil
Systems
Aeronautics
Space
Airbus
Traitements
de surface
Universities,
Universities,
Laboratories
Laboratories
Sol
-Gel
Projet
Public/private
Public/private
Research
Research
Organisations
Organisations
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AGENDA
" Besoin industriel: Sol-Gel comme réponse possible
" Couches Sol-Gel en étude chez EADS CCR
" Conclusion & perspectives
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Besoin industriel
Nouveaux traitements de surface en phase avec
( les nouvelles technologies
( la réglementation environnementale
Gamme de protection pour les alliages légers
Surface pre-treatments
Cleaning, pickling, etching
+
Top Coat
Primer
Conversion
Surface treatments
Anodising, conversion
Inhibitor
+
Organic Coatings
Primer
Top coat
Sol-Gel
??
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Damage
Cr(VI)
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AGENDA
" Besoin industriel: Sol-Gel comme réponse possible
" Couches Sol-Gel en étude chez EADS CCR
" Conclusion & perspectives
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Sol-Gel & CCR: la stratégie
Court terme
Produits commerciaux disponibles sur le marché
Moyen terme
Produits en développement avec formulateurs / fournisseurs
Long terme
Produits en développement avec Universités / Instituts
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SoA
Sol-Gel et protection contre la
corrosion
sol gel coatings for corrosion protection of metals:
number of publications
40
État de l’art:
scientific litterature
patents
35
30
• Plusieurs publications (review récente
de Zheludkevich et al., J. Mater. Chem.,
2005, 15, 5099–5111)
25
20
15
10
5
0
• et brevets:
1
9
8
3
1
9
8
4
1
9
8
5
1
9
8
6
1
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7
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8
8
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9
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0
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2
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3
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7
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9
9
9
2
0
0
0
2
0
0
1
2
0
0
2
Famille de brevets Boeing en évolution continue, déposés à partir de
1998 (US 5.814.137,…)
Brevet INM: US 6.008.285 (29.12.1999)
Brevet US AirForce US 6.929.826 B1 (16.08.2005)
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2
0
0
3
2
0
0
4
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0
5
Sol-Gel & CCR: les défis
Sol-Gel et les traitements de surface aéronautiques
…des nombreux points forts:
☺
applicables par toutes les techniques habituelles
☺
nature chimique compatible avec la réglementation environnementale
☺
chimie modulable à souhait
☺
promotion d’adhérence et protection contre la corrosion par effet barrière
Les défis à relever:
• Aspects «industriels» (environnement, procédé, coût, etc)
• Aspects
«techniques»
(formulation,
performances souhaitées, etc)
caractéristiques
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&
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Les aspects « industriels »
• L’aspect procédé:
Faisabilité industrielle
Répétabilité
Compatibilité avec la préparation de surface, le substrat,
le primaire, etc
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Faisabilité industrielle
Techniques d’application
L’étuvage est-il une
étape rédhibitoire?
Les conditions d’application
ont-elles un impact sur le film?
Conditions
de séchage
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Répétabilité
Comment être sûr d’obtenir
toujours la même épaisseur?
Comment savoir si des épaisseurs
différentes correspondent à des
performances différentes?
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Compatibilité avec le substrat
1 SOL
4 substrats
Le même produit est-il applicable
à différents substrats?
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Doit-on « jouer » sur la
préparation de surface pour
optimiser les résultats?
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Performances
• Les aspects techniques pour les revêtements Sol-Gel:
• Sans primaire de peinture
• Film homogène et uniforme
• Adhèrent au substrat
• Résistant aux environnements corrosifs
• Avec primaire
• Adhèrent au primaire
• Résistant aux environnements corrosifs
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Performances (sans Pr)
Morphologie
Caractérisation
MEB: coupe fractographique par rupture
en traction du substrat
FT-IR
•Formulations base aqueuse ou alcool
XPS
•Alkoxydes métalliques, base silane
Fluo X
EDS
SIMS
•Introduction de composants différents,
selon application visée (promotion
d’adhérence, protection contre la
corrosion, résistance à la rayure,
couleur, etc.)
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Performances
Durabilité & vieillissement
MEB (x100)
Impact sur la structure et morphologie !!
FT-IR
1 semaine -18°C
RT
1 semaine 110°C
cm-1
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Performances
Stabilité des interfaces: substrat / Sol-Gel
Essai de quadrillage (ISO 2409)
Interface S/SG globalement stable, mais…
Essai de pliage (ISO 1519): mandrin Ø = 2 mm
Décapage A
Décapage B
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Performances
Résistant aux environnements corrosifs
•Résistance aux attaques chimiques
•Résistance à la corrosion:
• Exposition naturelle marine (île du Pilier)
• Tests accélérés:
•Brouillard salin (neutre, acétique, etc)
•Électrochimie (impédance, voltamétrie, etc)
•IEA (Immersion/Émersion alternées)
•FFC (Corrosion filiforme)
Brouillard salin
POTENTIOSTAT
E
Re
C
∆E
I
Fils conducteurs
Electrode de
Référence (ECS)
Electrolyte (NaCl 50 g/l)
Electrode de
Travail
île du Pilier
Barreau magnétique
Contre Electrode
(CE)
Cellule d'électrolyse
Agitateur magnétique
Électrochimie
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IEA
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Performances
Résistant aux environnements corrosifs
Si l’épaisseur est suffisante pour
assurer l’effet BARRIERE, les
Sol-Gel font la différence !
Brouillard salin
168h SST
With Sol-Gel
Without
Sol-Gel
Ile du pilier (8 mois)
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Performances (avec Pr)
Stabilité interface Sol-Gel / Primaire de peinture
Primaire
Impact de la préparation
de surface sur la stabilité
des interfaces !
Oxyde
Métal
T=0
T=14
Décapage B
T=0
T=14
Décapage A
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Performances
Résistant aux environnements corrosifs
FFC
1000h FFC
With Sol-Gel
Without
Sol-Gel
Le Sol-Gel apporte un
« plus »….à condition
de choisir le bon !!
IEA
1500h IEA
Sol-Gel A
1500h IEA
Sol-Gel B
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AGENDA
" Besoin industriel: Sol-Gel comme réponse possible
" Couches Sol-Gel en étude chez EADS CCR
" Conclusions & perspectives
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Conclusions
Revêtements Sol-Gel et alliages aéronautiques légers
La technologie sol-gel permet aujourd’hui
d’obtenir des films denses avec des propriétés de:
promoteur d’adhérence = protection indirecte
par « renforcement » des interfaces
« couche-barrière » = protection passive
contre la corrosion
Les propriétés et les performances associées de
couches varient selon les paramètres appliqués
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Perspectives
Revêtements Sol-Gel et alliages aéronautiques légers
La technologie sol-gel se prête à:
Évoluer en fonction des exigences
Accomplir plusieurs fonctionnalités:
par ex. protection active contre la corrosion par
introduction d’inhibiteurs; amélioration du
frottement; protection contre la rayure; coloration…
Protéger différents substrats:
par ex. protection de surfaces « mixtes »
métalliques / composites
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Remerciements
Merci à tous ceux qui ont
contribué à ces travaux de
recherche…
Un remerciement particulier à Mr Luc LE BLANC
du Département Matériaux et Procédés du Bureau d’Etude
d’AIRBUS – Toulouse
pour la perspective appliquée donnée à ces projets de recherche
amont
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