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Aug 20, 2023

Fabrication d'un revêtement de conversion chromate uniforme sur alliage de Zn pour une meilleure résistance à la corrosion en environnement humide

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 14311 (2023) Citer cet article Détails des métriques Nous avons développé une méthode simple pour produire un revêtement uniforme de conversion de chromate (CC) sur des métaux plaqués en alliage de zinc.

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 14311 (2023) Citer cet article

Détails des métriques

Nous avons développé une méthode simple pour produire un revêtement uniforme de conversion de chromate (CC) sur des substrats en acier plaqué en alliage de zinc (ZS). Lorsqu'une solution CC acide est appliquée sur ZS (C-ZS), le zinc est dissous et les ions chrome sont réduits pour former une couche de chromate. Dans les zones localisées où le zinc est excessivement dissous, des particules d'hydroxyde de zinc se forment, ce qui empêche la formation d'un film de chromate uniforme, laissant les zones vulnérables à une corrosion supplémentaire (c'est-à-dire la formation de taches sombres) lorsqu'elles sont exposées à des conditions d'humidité élevée. Pour supprimer la dissolution excessive du zinc, la surface ZS a été prétraitée avec de l'oxyde de polyéthylène thiolé pour former une monocouche hydrophile auto-assemblée. Un revêtement CC protecteur plus uniforme a été obtenu sur le ZS prétraité, ce qui se traduit par une résistance supérieure à la corrosion dans des conditions d'humidité élevée.

L'acier plaqué en alliage de zinc (ZS) est largement utilisé dans diverses applications industrielles en raison de son excellente résistance à la corrosion1, 2. Pour améliorer encore la résistance à la corrosion du ZS, un revêtement de conversion au chromate acide (CC) est souvent utilisé comme post-traitement. processus3, 4. Lorsqu'une solution acide CC est appliquée sur ZS, la dissolution anodique du zinc entraîne la précipitation cathodique de l'oxyde de chrome, qui agit comme une barrière pour protéger l'alliage de zinc sous-jacent des environnements corrosifs1, 5, 6.

Bien que les revêtements CC se soient révélés efficaces pour prévenir la corrosion générale, des études ont signalé l'apparition de petites taches sombres sur les ZS recouverts de CC (C-ZS) dans des conditions d'humidité élevée7, 8. Ces taches sombres sont causées par des produits de corrosion du zinc, tels que le zinc. oxyde et hydroxydes de zinc. Bien que l’oxyde de zinc et les hydroxydes de zinc soient généralement de couleur blanche, ils peuvent paraître foncés en raison des variations des propriétés optiques des produits de corrosion et du zinc sous-jacent7. Une fois que des taches sombres apparaissent, elles peuvent induire le pelage d'un film organique appliqué, tel que la peinture, et conduire au développement de produits de corrosion blancs plus gros8, 9. Par conséquent, le développement d'une méthode pour supprimer la formation de taches sombres pendant le revêtement CC un processus est nécessaire.

Dans cette étude, il a été révélé que l’apparition de taches sombres sur la surface du C-ZS était initiée par les dommages localisés infligés au ZS lors de l’application du revêtement acide CC. Les régions laissées sans couverture adéquate avaient tendance à se transformer en taches sombres lorsqu’elles étaient exposées à une humidité élevée. Pour atténuer les dommages de surface, la surface ZS a été prétraitée avec une monocouche auto-assemblée (SAM) d'oxyde de polyéthylène thiolé (PEO-SH) avant d'appliquer le revêtement CC. Bien que des SAM hydrophobes aient été utilisés pour protéger les substrats métalliques des molécules agressives d'eau et d'acide 10,11,12, à notre connaissance, il s'agit de la première tentative d'utilisation d'un SAM hydrophile pour obtenir un revêtement CC uniforme sur ZS. La surface du C-ZS traitée avec une couche intermédiaire de PEO-SH (CP-ZS) a présenté des dommages minimes et a efficacement empêché la formation de taches sombres pendant le traitement de revêtement CC. Le CP-ZS résultant a démontré une résistance à la corrosion supérieure à celle du C-ZS dans des environnements très humides.

L'acier plaqué en alliage de Zn par immersion à chaud a été obtenu auprès de POSCO (Corée). La couche d'alliage de zinc comprend 97 % de Zn, 1,5 % de Mg et 1,5 % d'Al. Le Cr (NO3) 3 et l'éthanol (absolu) ont été achetés respectivement auprès d'UNICOH (Corée) et de Sigma-Aldrich (St. Louis, MO). En raison de la nature cancérigène du chrome hexavalent, nous avons utilisé du chrome trivalent pour le processus de revêtement de conversion. L'oxyde de polyéthylène thiolé (PEO-SH, Mw : 356 g/mol) a été acheté auprès de Polypure (Oslo, Norvège). L'acide nitrique (60 %) et la méthyléthylcétone ont été obtenus respectivement auprès de SAMCHUN (Corée) et de DAE JUNG (Corée). De l'eau désionisée (DI) (18,3 MΩ.cm) a été obtenue à l'aide d'un système d'eau par osmose inverse (Human Corporation, Corée).

Une solution à 3% en poids de Cr (NO3) 3 dans de l'eau DI 7: 3 (v: v) et de l'éthanol a été préparée comme solution de revêtement CC. Suivant des processus commerciaux typiques13, 14, le pH de la solution de revêtement CC est ajusté à 1,6 en utilisant 20 % en poids d'acide nitrique. L'éthanol a été utilisé pour améliorer la mouillabilité de la solution sur ZS. Il convient de noter que l’utilisation de composés organiques volatils dans la production industrielle est limitée à de faibles quantités. La solution PEO-thiol a été préparée en dissolvant du PEO-SH dans de l'éthanol absolu jusqu'à une concentration finale de 10 mM. Les échantillons de ZS ont été découpés en carrés de 3,7 × 3,7 cm, dégraissés dans de la méthyléthylcétone, puis soniqués dans de l'éthanol pendant 3 min. Ensuite, les carrés ZS ont été immergés dans la solution PEO-thiol pendant 24 h pour obtenir du P-ZS. La solution CC a ensuite été appliquée sur ZS et P-ZS à l’aide d’un bar coater pour créer respectivement C-ZS et CP-ZS. Les échantillons C-ZS et CP-ZS ont ensuite été séchés dans un four à 100 °C à une température maximale du métal de 60 °C.