Brevet FR2674960A1 — publié le 19921009

La présente invention a pour objet un procédé de mesure de la répartition du taux d'étain libre sur un substrat et notamment sur une tôle en fer-blanc. On sait que étain est couramment utilisé comme métal de protection par exemple pour le fer en raison de son inaltérabilité à 1 air et de sa résistance à la corrosion de nombreux produits chimiques. Ainsi, l'industrie alimentaire emploie l'étain pour sa non toxicité notamment sous forme de revêtement d'étamage au trempé ou électrolytique, formant sur un acier doux, le fer-blanc utilisé par exemple pour les boites de conserve. Au cours de la fabrication d'une tôle en fer blanc électrolytique, la bande de tôle en acier est revêtue par électrolyse d'étain qui se réparti de façon homogène sur les crêtes et les creux de ladite tôle. Ensuite, la bande de tôle étamée est généralement soumise à un traitement thermique de refus ion de l'étain. Or, pendant ce traitement et compte tenu du point de fusion relativement bas de l'étain, ce dernier fond et coule dans les creux de la tôle si bien que les crêtes sont bien moins protégées par l'étain que les creux. Afin de pouvoir doser, au cours de la fabrication de la tôle en fer-blanc, la quantité d'étain libre donc non allié au fer qui protège les crêtes et les creux de rugosité de l'acier de base sur du fer-blanc, il est nécessaire de mesurer régulièrement sur des échantillons prélevés sur ladite tôle, le taux d'étain sur les crêtes pour réajuster en continu l'épaisseur du revêtement d'étain de façon à obtenir une protection homogène. Mais, les méthodes utilisées jusqu'à présent pour la mesure du taux d'étain ne sont pas suffisamment ponctuelles pour permettre de différencier le recouvrement des crêtes de celui des creux de rugosité en outre, les méthodes ponctuelles que l'on pourrait mettre en oeuvre ne permettraient pas de différencier si le taux d'étain mesuré correspond au taux d'étain libre ou au taux d'étain allié. La présente invention a donc pour but de proposer un procédé de mesure de la répartition du taux d'étain libre sur un substrat permettant de s'affranchir de ces inconvénients. La présente invention a pour objet un procédé de mesure de la répartition du taux d'étain libre sur un substrat, notamment sur une tôle en fer blanc, caractérisé en ce que - on émet un rayonnement électronique incident sur une zone localisée du substrat, - on détecte le rayonnement X émergent pour un nombre de points déterminés sur ladite zone et répartis selon une trame, - on mesure pour chaque point l'intensité du rayonnement X émergent à l'énergie d'émission de l'étain pour déterminer une courbe représentant le taux d'étain total, - on reconstitue deux courbes représentant le taux d'étain total respectivement au niveau des creux et des crêtes du substrat, - on enlève l'étain libre sur ladite zone localisée du substrat, - on émet un rayonnement électronique incident sur cette zone localisée, - on détecte le rayonnement X émergent pour le même nombre de points, - on mesure pour chaque point l'intensité du rayonnement X émergent à l'énergie d'émission de l'étain allié pour déterminer une courbe représentant le taux d'étain allié, - on détermine le taux d'étain libre pour les creux et les crêtes du substrat en retranchant le taux d'étain allié mesuré du taux d'étain total mesuré respectivement sur lesdits creux et lesdites crêtes du substrat. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le nombre de points du substrat sur lesquels on effectue les mesures est de l'ordre de 4096 points, - chaque point est séparé d'une distance supérieure à 1 micron. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la Fig. 1 est une vue agrandie en coupe de la surface d'une tôle en fer-blanc revêtue par électrolyse d'une couche d'étain, avant traitement thermique de refusion de l'étain, - la Fig. 2 est une vue agrandie en coupe de la surface d'une tôle en fer-blanc revêtue par électrolyse d'une couche d'étain, après traitement thermique de refusion de l'étain, - - la Fig. 3 représente l'enveloppe d'un histogramme des mesures individuelles du taux d'étain total mesuré pour un nombre de points déterminés sur la surface de la tôle, - la Fig. 4 représente l'enveloppe, toujours gaussienne, d'un histogramme des mesures individuelles du taux d'étain total mesuré pour un nombre de points déterminés sur la surface de la tôle en fer-blanc non refondu, ou du taux d'étain allié mesuré pour un nombre de points déterminés sur la surface de la tôle en fer-blanc refondu débarassée de sa couche d'étain libre - la Fig. 5 représente deux enveloppes gaussiennes du taux d'étain total respectivement au niveau des crêtes et des creux sur la surface de la tôle, et la somme point par point de ces deux gaussiennes, - la Fig. 6 représente l'enveloppe toujours gaussienne d'un histogramme des mesures individuelles du taux d'étain allié mesuré pour un nombre de points déterminés après enlèvement de l'étain libre de la surface de la tôle en fer-blanc refondu et deux courbes gaussiennes du taux d'étain total respectivement au niveau des crêtes et des creux sur la surface de la tôle. Comme représenté sur la Fig. 1, sur la surface d'une tôle 1 en acier est déposée par électrolyse une couche 2 de revêtement en étain. La surface de cette tôle 1 présente une succession de crêtes la et de creux lb et la répartition du revêtement d'étain est homogène, c' est à dire qu'il existe autant d'étain sur les crêtes la que sur les creux lb. Après le dépôt de la couche 2 de revêtement en étain, la tôle 1 étamée est soumise à un traitement thermique de refusion de 11 étain. Au cours de ce traitement, outre la formation partielle d'une couche d'alliage 3 entre l'étain et le fer, l'étain fond et coule dans les creux lb si bien que les crêtes la sont moins protégées par l'étain que lesdits creux lb, comme représentés sur la Fig. 2. La présente invention a pour objet un procédé de mesure pour déterminer la répartition du taux d'étain libre sur les crêtes la et les creux lb de la tôle 1. Pour cela, à l'aide d'un microscope électronique à balayage, on émet un rayonnement électronique incident sur une zone localisée d'un échantillon prélevé sur la tôle 1 étamée. Un microanalyseur X, implanté sur le microscope électronique à balayage, pilote le faisceau d'électrons sur la surface dudit échantillon à analyser en un nombre de points déterminés et répartis selon une trame. En chaque point, le système détecte le spectre de rayons X émergent et acquiert l'intensité du rayonnement X émergent à l'énergie d'émission de l'étain pendant une durée déterminée. On obtient ainsi une image numérisée des intensités des rayons X de l'élément choisi, c'est à dire de l'étain, sur la zone localisée examinée, et un histogramme des valeurs mesurées. Dans un premier temps, il est nécessaire d'établir une corrélation entre les histogrammes des valeurs mesurées et les taux d'étain appréciés macroscopiquement. On acquiert des images numérisées sur des fers-blancs non refondus (Fig. 1) avec des taux d'étain total différents et sur des fers-blancs refondus (Fig. 2), mais débarassés de leur couche d'étain libre 2, et avec des taux d'étain allié 3 différents. L'enveloppe de chaque histogramme obtenu détermine une courbe gaussienne (Fig. 4) ce qui signifie que la répartition de l'étain est homogène, il existe autant d'étain sur les crêtes la que dans les creux lb du substrat 1. L'enveloppe de chacun des histogrammes est caractérisée par sa veleur moyenne i et son écart-type et l'expression des valeurs moyennes i permet d'établir une corrélation avec le taux d'étain présent sur les échantillons examinés. Cette corélation est valable tant que le rayonnement électronique incident reste d'énergie constante. Dans un second temps, on mesure la répartition du taux d'étain libre sur les crêtes et les creux du substrat, pour cela on acquiert une image numérisée sur l'étain total d'un fer-blanc refondu dont l'histogramme des valeurs mesurées (Fig. 3) a une valeur moyenne iR qui représente la quantité d'étain total moyenne sur la plage examinée. Ensuite, à l'aide d'un programme, on reconstitue l'enveloppe de l'histogramme en sommant point par point deux courbes gaussiennes A et B (Fig. 5). La courbe gaussienne A est représentative du taux d'étain total couvrant les crêtes la et la courbe gaussienne B est représentative du taux d'étain total couvrant les creux lb. Chaque courbe gaussienne A et B est caractérisée par sa valeur moyenne iA et iB, son écart type A et crB et sa hauteur hA et hB. Après avoir effectué ces mesures, on enlève l'étain libre sur la même zone localisée de lléchan- tillon de la tôle 1 et, comme précédemment, on émet un rayonnement électronique incident sur cette zone localisée et l'on acquiert une image numérisée des intensités des rayons X de étain sur la zone initiallement localisée. L'enveloppe de l'histogramme détermine une courbe gaussienne représentant le taux d'étain allié (Fig. 6) qui est homogène. Comme on le sait sur le fer-blanc, il existe la relation Etain total = Etain libre + Etain allié et comme Etain allié sur zone analysée = Etain allié sur crêtes = Etain allié sur creux, pour mesurer la quantité d'étain libre qui protège les crêtes de la tôle, il suffit de retrancher (Fig. 6) la valeur moyenne ic de l'intensité de l'étain allié, sur ladite zone analysée, à la valeur moyenne iA corespondant à la protection des crêtes par l'étain total, sur la même zone analysée Etain libre sur crêtes = Etain total sur crêtes - Etain allié sur une zone analysée. De même, pour mesurer la quantité d'étain libre qui protège les creux de la tôle, il suffit (Fig. 6) de retrancher la valeur moyenne iC de l'intensité de l'étain allié, sur la zone analysée, à la valeur moyenne iB correspondant à la protection des creux par l'étain total, sur la même zone analysée Etain libre sur creux = Etain total sur creux - Etain allié sur zone analysée. Le nombre de points de l'échantillon sur lesquels les mesures sont effectuées est de 64 X 64 points soit 4096 points, sur 4 à 5 plages prises au hasard. Chaque point est séparé d'une distance supérieure à 1 micron pour éviter que les surfaces de mesure se chevauchent. Le procédé selon l'invention permet donc de façon simple, de quantifier la distribution de l'étain superficiel sur des fers-blancs. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure de la répartition du taux d'étain libre sur un substrat, notamment sur une tôle en fer-blanc, caractérisé en ce que - on émet un rayonnement électronique incident sur une zone localisée du substrat, - on détecte le rayonnement X émergent pour un nombre de points déterminés sur ladite zone et répartis selon une trame, - on mesure pour chaque point l'intensité du rayonnement X émergent à l'énergie d'émission de l'étain pour déterminer une courbe représentant le taux d'étain total, - on reconstitue deux courbes représentant le taux d'étain total respectivement au niveau des creux et des crêtes du substrat, - on enlève l'étain libre sur ladite zone localisée du substrat, - on émet un rayonnement électronique incident sur cette zone localisée, - on détecte le rayonnement X émergent pour le même nombre de points, - on mesure, pour chaque point, l'intensité du rayonnement X émergent à l'energie d'émission de l'étain allié pour déterminer une courbe représentant le taux d'étain allié, - on détermine le taux d'étain libre pour les creux et les crêtes du substrat en retranchant le taux d'étain allié mesuré du taux d'étain total mesuré respectivement sur lesdits creux et lesdites crêtes du substrat. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de points du substrat sur lesquels on effectue les mesures est de l'ordre de 4096 points. 3. Procédé selon les revendication 1 et 2, caractérisé en ce que chaque point est séparé d'une distance supérieure à 1 micron.