Brevet FR2626010A1 — publié le 19890721

La présente invention concerne une tôle d'acier revêtue de zinc allié et un procédé pour la fabriquer. Les tôles d'acier revêtues de zinc allié l'emportent sur les tôles d'acier zinguées ordinaires quant à leur soudabilité continue dans le soudage par points, l'adhérence des couches de revêtement déposées par galvanoplastie et la résistance à la corrosion. Par conséquent, l'industrie automobile et de nombreuses et diverses autres industries en font un large emploi. - Bien que les tôles d'acier revêtues de zinc allié aient, comme mentionné ci-dessus, d'excellentes caractéristiques en ce qui concerne l'adhérence de cou- ches de revêtement et la soudabilité dans le soudage par points, leur aptitude au formage est généralement inférieure à cause de la fragilité des composés inter- métalliques formés dans la couche alliée. En particulier, les t8les d'acier revêtues de zinc allié qui sont fabri- quées par les procédés classiques de revêtement par immersion dans un bain chaud et de dépôt galvanoplastique sont affectées d'une nette tendance à la réduction en poudre du revêtement à mesure qu'augmentent le poids du revêtement et la teneur en Fe de la couche d'alliage. Entre-temps, la technique de zingage par dépôt continu sons vide en phase vapeur a été mise au point et est maintenant entrée en usage pratique à côté des techni- ques classiques de dépôt par immersion dans un bain chaud et de dépôt galvanoplastique, et la fabrication de tôles d'acier revêtues de métaux alliés par le procédé de dépôt sous vide en phase vapeur est également en cours d'expé- rimentationo Le procédé de dépôt continu sous vide en phase vapeur est notamment supérieur aux procédés clas- siques de dépôt par immersion dans un bain chaud et de dépôt galvanoplastique en ce qu'il permet de fabriquer facilement à grande vitesse des tales revêtues, aussi bien sur simple face que sur double face, avec un dép8t de faible à grande épaisseur, ou de talés revêtues sur double face avec des épaisseurs différentes de dép8t. La Demanderesse a découvert que si le zingage par dépôt sous vide en phase vapeur est effectué dans une atmosphère contenant de l'oxygène en une teneur réglée à une valeur prédéterminée, la couche alliée est alors structurée en cellules très petites, si bien que la réduction en poudre de la couche alliée résultante est empêchée dans une large mesure. La présente invention fournit une tôle d'acier revêtue de zinc allié dont la couche alliée est structurée en très petites cellules. La présente invention fournit également un procédé pour fabriquer une tôle d'acier revêtue de zinc allié, qui consiste à effectuer le zingage d'une tôle d'acier par dépôt sous vide en phase vapeur dans une atmosphère inerte contenant 1,0 à 30 parties par million (ppm) en volume d'oxygène, et à soumettre la tôle d'acier revêtue à un traitement thermique de formation d'alliage. Dans la présente invention, l'expression "couche alliée" désigne une couche d'alliage Zn-Fe qui est sensiblement constituée de composés intermétalliques. La "structuration en cellules" signifie que la couche alliée se compose de grains bien développés, finement répartis, de composés intermétalliques Fe-Zn (principalement la phase gl), dont la taille correspond à 104_106 grains par mm2. Dans le procédé de la présente invention, le dépôt sous vide en phase vapeur d'un revêtement de zinc sur une tôle d'acier peut être effectué en utilisant un appareil connu pour le dépôt sous vide en phase vapeur. Lorsque le zingage par dépôt sous vide en phase vapeur est effectué dans ladite atmosphère contenant de l'oxygène maintenu à la teneur ci-dessus définie et que les tôles d'acier zinguées sont soumises à un trai- tement thermique de formation d'alliage, la couche alliée se trouve alors structurée en très petites cellu- les. Ie mécanisme de formation de cette structure cellu- laire n'est pas entièrement explicité, mais on suppose qu'une faible quantité de l'oxygène présent dans l'atmos- phère o est exécuté le dépôt en phase vapeur forme un oxyde extrêmement mince et finement réparti sur la sur- face de la tôle d'acier avant le dépôt de la vapeur de zinc, et que la vapeur de zinc se dépose ainsi par dessus cet oxyde finement réparti, Par conséquent, cet oxyde finement réparti agit comme une barrière et empêche localement la diffusion mutuelle de Fe et Zn, et confère une structure cellulaire aux composés intermétalliques Pe-Zn formés. Si la concentration de l'oxygène dans l'atmosphère est inférieure à 1,0 ppm, la couche alliée n'acquiert pas une structure cellulaire convenable et, par suite, l'effet d'inhibition de la réduction en poudre n'est pas suffisant. Si la concentration de l'oxygène dépasse ppm, l'oxyde se forme en excès et l'adhérence de la couche déposée est amoindrie. Une concentration d'oxygène que l'on préfère davantage est de 1,5 à 15 ppm. De dépôt en phase vapeur et le traitement de formation d'alliage sont en soi des techniques bien éta- blies. Le traitement de formation d'alliage peut être effectué au moyen d'un four classique de réchauffage, tel quîil en est installé dans une chafne classique de revêtement par immersion dans un bain chaud, ou au moyen d'un four de réchauffage du type fonctionnant par fournées. La température préférée pour le feuillard d'acier immédiatement avant le dép8t en phase vapeur est comprise entre 190 C et 280 C. La température préférée pour le traitement de formation d'alliage est de 220c00 à 3600C. La taille préférée pour les grains (ce que l'on appelle les cellules) de composés intermétalliques FE-Zn 4 6 2 est de 104 à 106 particules par mm2. La tôle d'acier revêtue de zinc allié de la présente invention, dont la couche alliée est structurée en très petites cellules, possède une excellente aptitude au formage. Etant donné que la couche alliée est divisée en cellules très petites et qu'ainsi les contraintes engendrées dans la couche alliée lorsqu'elle est travail- lée s'évacuent par les bordures ou vides compris entre les tout petits grains, l'apparition du phénomène de réduction en poudre de la couche alliée est évitée dans une large mesure. Le procédé de la présente invention met en oeuvre le dépôt sous vide en phase vapeur. Il permet donc de bénéficier des avantages de cette technique. C'est- à-dire qu'il permet de fabriquer des t8les d'acier revê- tues de zinc allié avec des revêtements d'épaisseur faible à forte ou avec des revêtements d'épaisseurs différentes, soit sur simple face, soit sur double face. Ainsi, on peut fabriquer facilement des t8les d'acier revêtues de zinc allié dont l'aptitude au formage et la résistance à la réduction en poudre sont excellentes. Sur les dessins annexés: la figure 1 est une représentation schématique d'un appareil de dép8t continu sous vide en phase vapeur, que l'on peut utiliser dans la mise en pratique du pro- cédé de la présente invention; et les figures 2 et 3 sont des micrographies élec- troniques montrant respectivement la structure de la cou- che alliée d'une tôle d'acier revêtue de zinc allié d'un exemple et d'un exemple comparatif. Plusieurs types d'appareils de dépôt continU sous vide en phase vapeur ont été proposés jusqu'à présent. Un exemple en est illustré sur la figure 1. Un tel appareil est par exemple décrit dans Nisshin Giho N 51. L'appareil représenté ici est équipé de deux chambres de dépôt pour réaliser un revêtement sur double face. Une seule chambre suffit pour un revêtement sur simple face. Ia chaîne de dépôt en phase vapeur comprend un four de prétraitement 2, un refroidisseur à jet de gaz 3, une chambre de surpression 4, des première et seconde chambres 5a et 5b à rouleaux d'étanchéité, une première chambre de dépôt en phase vapeur 6a, une seconde chambre de dépôt en phase vapeur 6b, une chambre de refroidis- sement 7 o la tôle d'acier revêtue est refroidie, et - un four de réchauffage pour la formation d'alliage (non représenté). Dans les chambres de dépôt en phase vapeur 6a et 6b, il est prévu des galets de guidage 8a et 8b et un bain de vaporisation du zinc (non représenté). Un feuillard d'acier 1 chemine au long de cette chaîne de dépôt en phase vapeur. Le four de prétraitement 2 contient une atmos- phbre légèrement oxydante et/ou réductrice à la pression ambiante. la surface du feuillard d'acier est nettoyée lors de son passage dans le four. Le refroidisseur à Jet de gaz 3 refroidit le feuillard d'acier prétraité jusqu'à la température désirée pour le dépôt en phase vapeur. la chambre de surpression 4 fait la jonction entre le système à pression ambiante qui comprend le four de prétraitement 2, le refroidisseur à jet de gaz 3, etc., et le système à vide qui comprend les chambres à rouleaux d'étanchéité 5a et 5b, les chambres de dépôt en phase vapeur 6a et 6b, etc. La chambre à rouleaux d'étanchéité se compose de plusieurs chambres à vide dont chacune est équipée d'une paire de rouleaux d'étanchéité et communique avec un système de mise sous vide,et le vide y est établi par paliers jusqu'à une pression de 1,33 à 13,3 Pa (0,01- 0,1 torr) dans la chambre de dépôt en phase vapeur. La chambre de surpression 4 est pressurisée par un gaz inerte tel que l'azote à une pression légère- ment supérieure à celle du système à pression ambiante, afin d'empocher la pénétration d'air ou d'air et d'hydro- gène, qui peuvent faire explosion, dans la ou les chambres de dépôt sous vide en phase vapeur. La concentration de l'oxygène dans l'atmosphère o est exécuté le dépôt sous vide est réglée en mélangeant une quantité prédéterminée d'oxygène dans le gaz inerte, par exemple l'azote, devant être introduit dans la cham- bre de surpression. L'invention va maintenant être illustrée par des exemples de travail et des exemples comparatifs. Exemples 1 à 5 et Exemples Comparatifs i à 3 On effectue un zingage par dépôt continu sous vide en phase vapeur en utilisant un appareil sensible- ment tel que représenté sur la figure 1 dans les conditions indiquées sur le tableau 1. La longueur totale de la chaine de zingage est de 70 m. On effectue le traitement ther- mique de formation d'alliage en utilisant un four séparé fonctionnant par fournées. 7. TABLEAU 1 Peuillard d'acier utilisé: Acier ordinaire au carbone 0,6 mm d'épaisseur x 300 mm de largeur Vitesse de défilement: 15 m/min Température de la t8le d'acier immédiatement avant le dépÈt: 190-280 C Température du bain de Zn: 460-470 C Poids de revêtement: 45-50 g/m2 par face Pression de vide dans la chambre de dépôt: 1,33-13,3 Pa (0,01-0,1 torr) Conditions de formation d'alliage: 280 C x 5 heures "TA"RRAU 2 Concentration de 2o Exemple dans la chambre de Propriété de N dépÈt en phase vapeur la couche alliée i 1,0 ppm Aucune réduction en poudre ne se manifeste 2 3,0 ppm 3 10,0 ppm " 4 20,0 ppm 30,0 ppm Comparatif 1 0,05 ppm La réduction en pou- se manifeste 0 2 0,1 ppml 3 40,0 ppm La couche déposée s' écaille Pour estimer la résistance à la réduction en poudre, oh observe l'apparition de ce phénomène en pliant une éprouvette revêtue sous un angle de 1800 avec un écartement égal à six fois l'épaisseur de l'éprou- vette et en la dépliant, puis en appliquant un ruban adhésif en cellophane à la partie qui a été pliée et dépliée et en le retirant. On observe l'apparition d'un écaillage de la couche déposée. Par le traitement de formation d'alliage, la couche déposée se transforme en un alliage jusqu'à la surface. La figure 2 est une micrographie électronique de la surface du produit de l'exemple 3 et la figure 3 est une micrographie électronique du produit de l'exem- ple comparatif 2. Comme on peut le voir, sur la figure 2, des cristaux isolés c'est-à-dire des cellules, sont bien développés, tandis que sur la figure 3, la couche alliée est plus lisse. REVENDICATIONS 1. Tôle d'acier revêtue de zinc allié, carac- térisée en ce que sa couche alliée est structurée en très petites cellules. 2. Tl81e d'acier revêtue de zinc allié selon la revendication 1, caractérisée en ce que sa couche alliée est structurée en grains dont la taille correspond à 1 4_1C6.2* 104-106 particules par mm2. 3. Procédé pour fabriquer une t8le d'acier revêtue de zinc allié, caractérisé en ce qu'il consiste à zinguer une t8le d'acier par dépôt sous vide en phase vapeur dans une atmosphère inelte contenant.1,0 à 30 ppm en volume d'oxygène et à soumettre la tôle d'acier revêtue à un traitement thermique de formation d'alliage. 4. Procédé selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la teneur en oxygène de l'atmosphère o est exécuté le dépôt en phase vapeur est de 1,5 à 15 ppm.