Brevet FR2307886A1 — publié le 19761112

La présente invention concerne un procédé pour traiter la surface de pièces métalliques, et elle a plus particulièrement trait à la passivation des surfaces recouvertes de zinc. I1 est connu depuis longtemps de recouvrir de zinc les pièces métalliques afin d'en retarder la corrosion; cependant, les pièces à relief tourmenté ont des exigences particulières, parmi lesquelles la nécessité de maintenir les cotes des pièces, celle d'une forte résistance à la corrosion, car de telles pièces sont très sensibles à la corrosion, et celle de respecter les caractéristiques mécaniques. Cette derniere exigence est particulièrement importante en ce qui concerne les boulons à haute résistance tels que ceux utilisés pour l'assemblage des charpentes métalliques de grandes dimensions. C'est le cas notamment des boulons que les spécialistes désignent sous le nom de "boulons H.R., classe 10.9". En effet, ces boulons sont destinés à être mis en précontrainte à 70 - 80 % de leur limite élastique, de façon à ce que cela soient les deux pièces de charpente à assembler qui travaillent au frottement, et non les boulons eux-mêmes qui travaillent au cisaillement, la préèontrainte étant obtenue par serrage du boulon à la clef dynamométrique. Cependant, pour que cette précontrainte soit aisément atteinte, il faut que le couple nécessaire ne soit pas trop élevé et, par conséquent, que le coefficient de friction du filet du boulon ne soit pas trop important. Lorsque ces boulons sont utilisés pour assembler des charpentes métalliques galvanisées, il est en outre nécessaire qu'ils aient une résistance à la corrosion au moins égale à celle des pièces des charpentes elles-mêmes. Quoique les exigences évoquées ci-dessus aient été formulées depuis longtemps, aucun procédé, jusqu'alors, ne répondait à toutes ces exigences à la fois. Ainsi, la galvanisation au trempé à chaud donne une épaisseur de revêtement d'environ 80 microns, assurant aux boulons la même épaisseur de revêtement qu'à la charpente et, par conséquent, à peu près la même résistance à la corrosion. Mais, en revanche, elle présente plusieurs inconvénients, parmi lesquels il faut citer: - le non-respect des cotes: dans le cas des boulons, par exemple, le zinc a tendance à s'accumuler dans les filets; - l'abaissement des caractéristiques mécaniques des pièces qui se trouvent fragilisées par l'hydrogène lors de l'opération de galvanisation; - l'augmentation considérable du coefficient de friction, ce qui impose un nouveau filetage du boulon et par là même l'elimina- tion au moins partielle de la couche de zinc protectrice. D'autre procédés connus, comme l'électrozingage, le placage mécanique souvent appelé "mechanical plating", et la shé- rardisation donnent des pièces de caractéristiques constantes, mais l'épaisseur de la couche de revêtement est trop faible pour assurer une protection suffisante contre la corrosion. Aussi, un but de la présente invention est-il de fournir un procédé complet pour le traitement de surface des pièces métalliques qui donne à ces dernières une très bonne résistance à la corrosion tout en conservant les cotes et les caractéristi- ques mécaniques. Un autre but est de fournir un procédé permettant de fabriquer des boulons dont la résistance à la corrosion soit voisine de celle des charpentes métalliques galvanisées, et dont les caractéristiques mécaniques soient acceptables. Selon l'invention, ces butes, et d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints au moyen d'un procédé pour trai- ter la surface de pièces métalliques qui est caractérisé par le fait que l'on recouvre d'une couche de zinc la surface à traiter, et ce, de préférence, par shérardisation, puis que l'on soumet cette couche de zinc à l'action d'un bain contenant, par litre, 3 de 40 à 90 cm d.'acide chlorhydrique industriel et de 100 à 600 grammes d'anhydride chromique. De préférence, la teneur de ce bain en acide chlorhy 3 drique est comprise entre 60 et 80 cm par litre, et sa teneur en anhydride chromique est comprise entre 200 et 500 grammes par litre. I1 est souhaitable, en outre, que la température de ce bain soit comprise entre 20 et 400C et, de préférence, entre 25 et 300C. Avantageusement, la durée d'immersion dans ce bain de la couche de zinc à traiter est comprise entre 20 secondes et 3 minutes et, de préférence, entre 40 secondes et une minute et demie. Selon l'invention, il est prévu en outre de réaliser une activation de la couche de zinc par trempage pendant quelques secondes dans de l'acide sulfurique dilué à raison de 2 à 10 % en poids d'acide. Le procédé de l'invention est particulièrement remarquable en raison du fait que la résistance à la corrosion est multipliée par des facteurs supérieurs à 50 par rapport à la même pièce lorsqu'elle est seulement shérardisée. La description qui va suivre ne présente aucun caractère limitatif. Elle est simplement destinée à bien faire comprendre comment les enseignements de la présente invention peuvent être mis en pratique. Shérardisation. Après dégraissage, les pièces à protéger sont chargées en vrac dans des caissons avec un cément composé de 15% de poussière de zinc très fine et 85% de sable assurant un bon malaxage du cément. Après fermeture étanche du caisson en acier, celui-ci est placé dans un four et mis en rotation à faible vitesse. La température à l'intérieur du caisson est portée vers 370 - 3800C et elle est maintenue à cette valeur pendant quatre heures environ Ensuite, on refroidit très lentement le caisson, puis on décharge les pièces et on les nettoie par soufflage. Le revêtement obtenu est de couleur grise; son épaisseur se situe entre 30 et 50 microns. I1 est composé de deux cou.- ches d'alliages fer-zinc parallèles au support ferreux. Le revêtement est très adhérent et il suit parfaitement le contour des pièces, même lorsque leur forme est des plus tourmentée. Passivation Le procdé de passivation selon l'invention, appliqué aux pièces ainsi shérardisées, améliore èncore leur résistance à la corrosion et les caractéristiques mécaniques du revêtement. On immerge les pièces dans un bain de passivation dont la composition est la suivante: 3 - acide chlorhydrique industriel (10 - 11 N) : 65 cm3/1; - anhydride chromique : 240 g/l. La température du bain est de 300C, la durée d'immersion est égale à une minute. Après cette opération, on rince et on huile la pièce. Essais de corrosion au brouillard salin. On pulvérise dans une chambre une solution de chlorure de sodium à 5% en poids, la température à l'intérieur de la chambre de pulvérisation étant maintenue à 35 + 20C. La pulvérisation est continue du lundi matin au vendredi soir; entre-temps, les pièces sont rincées et conservées à la température ambiante. et Sept vis shérardises et 6 vis sherardiseeapassivees selon l'invention ont été déposées sur une plaque en PVC percée de trous et placées dans le caisson. L'angle des vis par rapport à la verticale est de 450 environ. Pour le reste, les conditions de l'essai sont celles de la Norme NF X 41-002. Les observations sont indiquées ci-après Exposition Vis shérardisées Vis shérardisées passivées 18 heures Rouille blanche aspect inchan généralisée gé 66 heures faible rouille rouge faibles auré oles blanchâ tres 87 heures rouille rouge localisée aspect inchangé 142 heures rouille rouge aspect inchangé abondante 260 heures aspect inchangé aspect inchangé 600 heures aspect inchangé aspect inchangé 667 heures aspect inchangé zone de faible: produits blan châtres sur tête 950 heures aspect inchangé aspect blanchâ tre plus marqué Caractéristiques mécaniques. Les pièces faisant l'objet des essais ci-dessous ont subi une shérardisation et une passivation. Les essais ont été conduits suivant les recommandations Technique du C.T.I.C.M.(Centre Technique Industriel de la Construction Métallique) de mars 73, la précontrainte étant mesurée sur un tensimètre. Lorsqu'aucune indication contraire n'est donnée il faut entendre par "limite d'élasticité" la limite d'élasticité 2 conventionnelle à 0,1% de déformation permanente, en da N/mm2. ler lot - Vis et écrou avec jeu. - Pièce No 1 HR 10.9 22x90 - mesure de l'allongement en fonction de la précontrainte. Bonne tenue au serrage, linéarité supérieure à la limite d'élasticité. - Pièce No 2 HR 10.9 22x90 - mesure de l'allongement en fonction de la précontrainte. Plastification à 0,8 de la limite d'élasticité; la limite d'élasticité à 0,2% dépasse largement la limite d'élasticité. - Pièce No 3 HR 10.9 22x90 - mesure de la précontrainte en fonction du couple - recherche de K à différents paliers. Le coefficient de friction est assez faibli puisqu'il est égal à 0,137. De ce fait le couple normal est difficile à atteindre. Par contre, la mise en précontrainte est faite assez facilement. Un couple de 70 mxKg suffit pour atteindre 0,8 fois la limite d'é lasticité (21,8 T). - Pièce No 4 HR 10.9 22x90 - mise en précontrainte à 25 tonnes. Couple relevé : 80 mxKg. Après libération l'écrou se revisse librement sur son autre face. L'allongement rémanent est égal à 0,01. La résistance à la rupture est de 121,4 hbar. 2ème lot - Vis et écrou sans jeu. - Pièce No 5 HR 10.9 22x80 - mesure de l'allongerKmt en fonction de la précontrainte. Bonne tenue au serrage, linéaire jusqu'à la limite d'elasticité. - Pièce No 6 HR 10.9 22x80 - mesure de l'allongement en fonction de la précontrainte. Même résultat que la pièce No 5. - Pièce No 7 HR 10.9 22x80 - huilage des filets de la vis et de l'écrou. Mise en précontrainte à 26,6T, couple atteint : 90 mxKg, coefficient de friction : 0,154. Après desserrage,l'écrou se revisse à la main sur son autre face. L'allongement rémanent est de 0,02. La résistance à la rupture de 118,1 hbar. - Pièce No 8 HR 10.9 22x80, clé réglée sur 100 ::xKg. Ce couple n'a pas pu être atteint. La précontrainte relevée était de 29 tonnes. - Pièce No 9 HR 10.9 22x80, mise en précontrainte à 26,6 tonnes, le couple étant de 80 mxKg, coefficient de friction : 0,137. Après desserrage,l'écrou se revisse sur son autre face. L'ensemble de ces exemples montre la remarquable résistance à la corrosion des pièces ayant subi le traitement selon l'invention. D'autre part, on remarque, non seulement que le coefficient de friction ne s'élève pas par rapport au coefficient des boulons non traités (0,18 à 0,2), mais encore qu'il est abaissé, ce qui entraîne une diminution du couple de serrage nécessaire. Bien qu'au cours de cette description, l'accent ait été mis sur le traitement des boulonsyhaute résistance, il est évident pour l'homme de l'art que ce procédé peut être appliqué a toute pièce métallique avec les mêmes résultats que ceux obtenus sur les boulon haute résistance. REVENDICATIONS 1. Procédé pour traiter la surface de pièces métalliques caractérisé par le fait que l'on recouvre ladite surface d'une couche de zinc, puis que l'on soumet cette dernière à l'action 3 d'un bain contenant, par litre, de 40 à 90 cm d'acide chlorhydri- que industriel et de 100 à 600 g d'anhydride chromique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le 3 fait que ledit bain contient, par litre, de 60 à 80 cm d'acide chlorhydrique industriel et de 200 à 500 g d'anhydride chromique. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, prises sépa rément, caractérisé par le fait que l'on recouvre ladite surface d'une couche de zinc par shérardisation. 4. Procédé selon les revendications 1 à 3, prises séparé ment, caractérisé par le fait que la température dudit bain est comprise entre 20 et 400C. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la température dudit bain est comprise entre 25 et 300C. 6. Procédé selon les revendications 1 à 5, prises séparé ment, caractérisé par le fait que le temps de contact entre ladi te couche et ledit bain est compris entre 20 secondes et 3 minu tes. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le temps de contact entre ladite couche et ledit bain est compris entre 40 secondes et une minute et demie. 8. Procédé selon les revendications 1 à 7, prises séparé ment, caractérisé par le fait que la coucheravant le traitement, est soumise à une activation par immersion dans une solution di luée d'acide sulfurique. 9. Procédé selon les revendications 1 à 8, prises séparé ment, caractérisé par le fait qu'on l'applique au traitement de boulois.à haute résistance. 10. Pièces obtenues par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.