Brevet FR2449730A1 — publié le 19800919

L'invention concerne des alliages destinés à la fabrication de protecteurs électrochimiques contre la corrosion d'éléments, structures et ouvrages en fer et en acier, exploités en contact avec des milieux aqueux ayant diverses compositions ou se trouvant dans le sol. On connait des alliages à base de magnésium (90 % en poids et plus), contenant du zinc et de l'aluminium (le reste), constituant un matériau de protection (voir "Mécanique physico-chimique des matériaux", 1973, n"6, P. 76-79). Ces alliages de protection ont un faible rendement en courant (r/1000 à 1200 Ah/kg, ce qui correspond à 50-60 % du rendement théorique) et n'assurent pas une protection stable du fer et de l'acier contre la corrosion, par suite de la formation d'une couche d'oxydes à leur surface, ce qui provoque la passivation des alliages et une diminution de l'intensité du courant de protection. On connaft aussi un alliage de protection à base d'aluminium, contenant de 0, 005 à 0, 03 % en poids de gallium (voir "Boshoku GuJutsu", 1974, n" 4, p. 191 à 195). Cet alliage n'est efficace que dans des eaux à haute teneur en sel, par exemple dans l'eau de mer, mais il n'assure pas la protection du fer et de l'acier quand ils sont en contact avec une eau potable ou une eau du sol contenant une faible quantité de sels (jusqu'à 10 mu/1). On connaft un alliage de protection à base d'aluminium, contenant de 0, 005 à 0, 05 % en poids de gallium, de 0, 02 à 2 % en poids de bismuth, de 0, 005 à 0, 5 % en poids d'indium, le reste étant l'aluminium (voir brevet des U.S.A. n" 3 878 081, classe 204-197). Cet alliage a des propriétés électrochimiques insuffisamment élevées (dans de l'eau ayant une résistivité de 5000 A cm, la densité de courant est de 1, 0 mA/dm2, et dans une solution saturée de sulfate de calcium elle est de 5 mA:dm2). De plus, cet alliage renferme dans sa composition des métaux contingentés et chers (indium, bismuth). Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiqués. On s'est proposé de trouver un alliage à base d'aluminium, qui soit un matériau protecteur doué de hautes propriétés électrochimiques, assurant une protection efficace du fer et de l'acier contre la corrosion en divers milieux aqueux et dont la composition comprenne principalement des constituants accessibles non contingentés. La solution consiste en un alliage protecteur à base d'aluminium, contenant du gallium, et qui comporte également, selon l'invention, du magnésium, sa composition pondérale étant la suivante gallium ..... 0, 005 à 3, 5 %, magnésium ... 0, 1 à 1, 0 %, aluminium .... le reste L'alliage est composé principalement de constituants accessibles non contingentés et assure une protection efficace du fer et de l'acier contre la corrosion quand ils sont en contact avec des solutions aqueuses de sels à diverses concentrations (de 10 mg/l à la saturation), par exemple avec de l'eau distillée, de l'eau de rivière, de l'eau du sol (eau souterraine), de l'eau de mer.Cette circonstance permet d'utiliser l'alliage selon l'invention pour la protection contre la corrosion d'ouvrages souterrains, de coques de bateaux marins et fluviaux, de structures d'exploitations pétrolières en mer, de chaudières à vapeur et à eau, de divers matériels de production, ainsi que de la surface extérieure et intérieure de conduites d'eau potable, d' eau chaude, d'eau à usage industriel. L'alliage conforme à l'invention a de hautes propriétés électrochimiques la densité du courant relevé dans une eau naturelle ayant une concentration totale en sels de 100 à 200 mg/l est de.2 mA/dm2, et dans une solution saturée de sulfate de calcium elle est de 10 mA/dm2. L'activité électrochimique de l'alliage à base d'aluminium conforme à l'invention, à la différence des autres matériaux protecteurs à base de magnésium et de zinc, est réglable de façon continue selon les propriétés du milieu (concentration en sels, pH, etc. ) par variation du taux des constituants. L'alliage conforme à l'invention est élaboré de la façon suivante. Dans un creuset ou tout autre di spositif de fusion, on fait fondre la quantité nécessaire d'aluminium. En prenant des mesures pour empêcher l'oxydation des constituants, en particulier du magnésium, on introduit dans l'aluminium en fusion les quantités nécessaires (selon les propriétés du milieu aqueux) de gallium et de magnésium. A l'aide de l'alliage obtenu on coule des dispositifs de protection de formes et poids désirés. Pour étudier les propriétés protectrices, on a fabriqué avec l'alliage à base d'aluminium conforme à l'invention, des protecteurs sous forme de tiges ayant un diamètre d = 4 à 5 mm et une surface S = 10 cm2. Chacun de ces protecteurs a été connecté à l'aide de contacts élastiques à une tige d'acier ayant un diamètre d = 4 mm et une surface S = 10 cm2. Les couples ainsi obtenus ont été placés dans des béchers ayant une capacité de 200 ml avec différentes solutions aqueuses. Les solutions étaient renouvelées dans les béchers toutes les 24 heures. La distance entre la tige d'acier et le protecteur était de 5 cm. La température des solutions était de 20"C. La vitesse de corrosion de l'acier (mg/cm2. 24 h) dans l'eau potable (résidu secvl50 mg/l) a été déterminée par la méthode colorimétrique, d'après la quantité de fer oxydé (Fe ) passé dans l'eau. Pour comparer l'efficacité protectrice de l'alliage à base d'aluminium conforme à l'invention, on a déterminé les propriétés protectrices d'alliages aluminium-gallium et aluminium-magnésium dans l'eau potable (résidu sec ~ 150 mg/l ) ainsi que la corrosion d'éprouvettes en acier sans protection électrochimique. Les résultats des essais sont donnés dans le tableau 1. TABLEAU 1 Composition pondérale Vitesse de corrosion de l'acier, de l'acier mg/cm2. 24h Durée des essais, jours 2 10 20 Sans protecteur 0, 26 0, 25 0, 21 0, 1 % Mg, Al le reste 0, 25 0, 23 0, 21 1, 0 % Mg, Al le reste 0, 22 0, 24 0, 22 0, 1 % Ga, Al le reste 0, 24 0, 22 0, 20 0, 25 % Ga, Al le reste - 0, 12 0, 12 1, 0 % Ga, Al le reste 0, 10 0, 10 0, 10 0, 1 % Ga, 0, 1 % Mg, Al le reste - - 0, 14 0, 1 % Ga, 0, 5 % Mg, Al le reste - - 0, 12 0, 1 % Ga, 1, 0 % Mg, Al le reste - - 0, 10 1, 0 % Ga, 1, 0 % Mg, Al le reste 0, 004 0, 006 0, 000 La vitesse de corrosion de l'acier (mg/cm2. 24 h) dans des solutions salines a été déterminée par la méthode gravimétrique, compte tenu de tout le fer oxydé (voir tableau 2). TABLEAU 2 Concentration Vitesse de corrosion de Durée de de NaC1 l'acier, mg/cm2. 24 h l'essai dans l'eau, Jours mg/l Composition pondérale de l'alliage , Sans Go=0,005 Ga=0,010 Ga=3, 5 prote Mu=1, 000 Mg=1,000 Mg=l,0 teur Al= le Al = le Al = le reste reste reste 6000 0, 42 0, 04 0, 03 30 1000 0, 35 0, 05 0, 04 - 30 10 0,28 - - 0,05 40 Les données des tableaux précédents (voir tableau 1 et 2) font apparaître que l'alliage à base d'aluminium conforme à l'invention protège efficacement le fer et l'acier dans une gamme plus étendue de compositions de milieux aqueux et est doué de propriétés électrochimiques supérieures à celles des autres alliages à base d'aluminium. - REVENDICATION Alliage destiné à la fabrication de protecteurs contre la corrosion d'articles en fer et en acier, à base d'aluminium et contenant du gallium, caractérisé en ce qu'il contient du magnésium, sa composition pondérale étant la suivante gallium ..... 0, 005 à 3, 5 % magnésium... 0,1 à 1,0 % aluminium .... le reste.