Brevet FR2886387A1 — publié le 20061201

L'invention présente se réfère à l'utilisation pour la fabrication de chauffe-eau et de ballon d'eau chaude, d'un acier laminé à chaud ou à froid revêtu de zinc ou d'un alliage de zinc, recuit à 500 au moins, permettant l'émaillage et résistant à la corrosion après cuisson à 800880 , dans les endroits non émaillés. Depuis 1965, tous les chauffe-eau à accumulation produits aux U.S. A. sont à 90% émaillés avec protection cathodique par anode de magnésium. Depuis 1980, en Europe, de même, 90% des chauffe-eau sont émaillés avec protection cathodique soit par anode de magnésium, soit par anode de titane. En effet, les chauffe-eau qui auparavant étaient galvanisés avec protection cathodique par anode de magnésium n'étaient pas suffisamment résistants lorsque les eaux étaient douces et faiblement minéralisées, la conductivité de ces eaux étant faibles et les surfaces à protéger importantes. L'émail vitrifié pour chauffe-eau est extrêmement résistant à la corrosion par l'eau chaude et de plus l'émail vitrifié est inerte électriquement: de ce fait alors que dans un chauffe-eau galvanisé l'action de l'anode étaient dispersée sur une très grande surface et n'était pas très efficace, au contraire dans un chauffe-eau émaillé cette action est concentrée sur de très faibles surfaces (celles non émaillées) et par suite l'anode apporte une protection efficace. Depuis peu, dans les eaux très faiblement minéralisées, on utilise en Europe, les anodes en titane qui correspondent à un passage de courant contrôlé et sont nettement plus efficaces que les anodes de magnésium mais beaucoup plus chères. Tous les fabricants ayant désormais la même technique de fabrication, seuls les prix de vente font la différence: notre invention a pour but de diminuer le prix de fabrication des chauffe-eau. Lors de l'émaillage en blanc direct (ou en émaux de couverte) sur tôle décarburée ou I.F. (libre d'interstice) on réalise un attaque acide qui a lieu préférentiellement sur les interstices des grains d'acier créant ainsi une certaine rugosité qui est maintenue (ou augmentée) par le dépôt de nickel suivant qui, en plus, a pour rôle, d'empêcher la diffusion d'oxyde de fer (sauf à titre d'impureté) dans l'émail blanc (ou l'émail de couverte) que celui-ci ne pourrait dissoudre d'où non adhérence et qui en plus le colorerait. Rugosité + Absence d'oxydes de fer (sauf à titre d'impureté) au contact de l'émail de couverte sont les deux conditions d'adhérence d'émaux de couverte (ou de 5 blanc) directement sur un acier. PEMCO dans son brevet PCT/EP99/03491 n'a pas mentionné ces deux conditions d'adhérence. l0 Un acier galvanisé recuit crée en surface de nombreuses phases différentes, zinc, ferrites, fer etc... qui créent déjà une certaine rugosité de surface. La cuisson à 800-880 permet de maintenir et peutêtre même d'augmenter la rugosité de surface nécessaire et en plus pour qu'il y ait adhérence il ne faut pas que cette couche contienne d'oxydes de fer (sauf à titre d'impureté), c'est donc qu'elle demeure résistante à la corrosion. Nous l'avons vérifié en effectuant des tests de courant cathodique, en milieu aqueux, à 75 , la source de courant étant toujours à la même 20 distance des pièces de surface identique à tester. ter cas: un acier oxydé par cuisson à 800-880 4 minutes en four box. 2ème cas: un acier galvanisé recuit à 500 recuit à 500 , épaisseur de zinc 15 pm. 3ème cas: le même acier galvanisé recuit à 500 recuit à 500 , 25 épaisseur de zinc 15 pm cuit à 800-880 4 minutes en four box. Dans le 1er cas, le courant est, comme cela est bien connu, très important. Dans les 2eme et 3ème cas le courant est bien moins important et pratiquement identique. Ceci revient à dire que les propriétés anticorrosives du galvanisé recuit à 500 , bien connues de l'industrie automobile depuis des années, n'ont pas été modifiées par une cuisson oxydante à 800-880 et qu'il ne s'est pas crée en particulier d'oxyde de fer (sauf à titre d'impureté) en surface. Il parait donc possible, dans un chauffe-eau émaillé où les surfaces non émaillées sont en acier galvanisé recuit à 500 , au lieu d'acier oxydé, de réduire considérablement le courant cathodique nécessaire à la protection de ces surfaces contre la corrosion par l'eau chaude. Exemple 1; un acier de 1,55 mm d'épaisseur (utilisé par un fabricant de chauffe eau pour les viroles) revêtu d'une couche de zinc ayant 20 pm d'épaisseur sur les deux faces recuit à 500 pendant 5 minutes et émaillé avec un émail chauffe-eau du commerce sur une seule face, cuit à 840-860 4 minutes et ayant une épaisseur après cuisson de 140 à 400 pm a donné de bons résultats d'adhérence et une surface assez bonne. Par contre en réduisant à 10 pm ou à 0 pm de zinc l'épaisseur de la face non émaillée, l'aspect de surface devient bon. Exemple 2: Un acier de 2,0 mm d'épaisseur (utilisé par un fabricant de chauffe-eau 10 pour les dessus et les fonds) revêtu par electodéposition une face de 15 pm de zinc et recuit à 500 pendant 5 minutes: ^ émaillé sur cette face avec un émail chauffe-eau du commerce appliqué par poudrage électrostatique, cuit à 840 4 minutes épaisseur après cuisson 160-350 pm. ^ ou émaillé par un émail chauffe-eau du commerce appliqué par pistolage humide, cuit à 860 4 minutes épaisseur après cuisson 160-350 pm a donné de bons résultas d'adhérence et de surface. Ces deux exemples montrent qu'un dépôt en zinc ou alliage de zinc (la couche de zinc déposée peut contenir jusqu'à 13% en poids d'autre métaux tel Fe, Cr, Al, Si...) plus faible ou même non existant sur la face non émaillée permet dans le cas d'acier laminé à chaud C Pour la fabrication, il ne devrait pas y avoir de problème avec la soudure longitudinale effectuée sur les viroles puisque l'acier revêtu de zinc, recuit, se comporte comme de l'acier lors de la soudure. Pour les soudures fonds et dessus sur la virole il y a deux techniques utilisées actuellement dans la profession. Technique n 1: Les fonds et dessus sont emmanchés sous pression dans la virole puis soudé par l'extérieur par flux solide ou par fil fourré cette soudure doit être bien pénétrante. Les surfaces revêtues de zinc ou d'alliage de zinc recuites qui sont au contact des ces soudures 2886387 4 demeurent exempte d'oxyde de fer et sont ainsi résistantes à la corrosion. Technique n 2: les fonds et les viroles sont moulurées et soudées s ensuite à l'extérieur. Ce cas parait sans problème, la surface du revêtement n'étant pas altérée. L'acier utilisé lorsqu'il est laminé à chaud, doit avoir une teneur en Carbone inférieure à 0,12% en poids. lo L'épaisseur de l'émail chauffe-eau est de 160 à 450 pm, une face, après cuisson à 800-880 4 minutes. L'émail peut être appliqué par pistolage humide ou par trempe ou par poudrage électrostatique: l'épaisseur de l'émail chauffe-eau est de 160 à 450 pm, une face, après cuisson à 800-880 4 minutes. Le zinc ou la couche d'alliages de zinc (la couche de zinc déposée pouvant contenir jusqu'à 13% en poids d'autres métaux Fe, Cr, AI, Mg, Si.. .) sont appliqués par galvanisation, électrodéposition et ensuite recuits à au moins 500 . Le revêtement de zinc ou d'alliage de zinc ayant 10 à 30 pm sur la face 20 qui sera émaillée et 0 à 20 pm sur la face non émaillée, est recuit à au moins 500 . Les endroits non émaillés ou correspondants à des défauts d'émaillage ne sont plus de l'acier oxydé mais un acier recouvert d'une couche de zinc, alliages fer-zinc et fer sans oxyde de fer, sauf à titre d'impureté, résistant à la corrosion par l'eau chaude, d'où les possibilités: ^ d'utiliser moins d'anode de magnésium (entre 70 et 50% de poids en moins) ^ de remplacer les anodes de magnésium par des anodes à 30 moindre courant anodique telles les anodes d'aluminium (ou autres) ^ de ne pas utiliser d'anode dans les eaux très minéralisées ^ d'utiliser plus fréquemment les résistances chauffantes blindées que les systèmes stéatites protégés par des brides émaillées. ^ De remplacer les anodes titane par des anodes de magnésium, moins chères, dans les eaux faiblement minéralisées. ^ D'utiliser pour la fabrication des fonds ou des dessus l'une 40 des deux possibilités suivantes: - Soit un recuit à 500 au moins après application du zinc ou des alliages de zinc par électrodéposition puis emboutissage et dégraissage si application de l'émail par voie liquide et sans dégraissage si application de l'émail par poudrage électrostatique. - Soit emboutissage avant recuit à plus de 500 celui-ci servant à la fois à dégraisser la pièce et à transformer la couche de zinc ou d'alliages de zinc comme nécessaire à l'émaillage. REVENDICATIONS 1. Chauffe-eau caractérisé en ce que le support utilisé est un acier laminé à chaud ayant un revêtement en zinc ou alliages de zinc, recuit à au moins 500 , émaillable et dont les surfaces non émaillées sont résistantes à la corrosion après émaillage. 2. Chauffe-eau caractérisé suivant la revendication 1 en ce que l'acier utilisé est laminé à chaud et doit avoir une teneur en Carbone inférieur à 0,12% en poids. 3. Chauffe-eau caractérisé suivant les revendications 1 et 2 en ce que le zinc ou la couche d'alliages de zinc déposée peut contenir jusqu'à 13% en poids d'autres composants. 4. Chauffe-eau caractérisé suivant la revendication 3 en ce que les composants sont sélectionnés dans le groupe Fe, Cr, Al, Mg, Si,...ou des mélanges de ces derniers. 5. Chauffe-eau caractérisé suivant les revendications 1 à 4 en ce que la couche de zinc ou d'alliages de zinc, a une épaisseur de 10 à 30 pm sur la face émaillée. 6. Chauffe-eau caractérisé suivant les revendications 1, 3, 4, 5 en ce que le zinc ou la couche d'alliages de zinc sont appliqués par électrodéposition ou galvanisation suivis d'un recuit à au moins 500 . 7. Chauffe-eau caractérisé suivant la revendication 1 en ce que l'émail vitrifiée a une épaisseur de 160 à 450 pm après cuisson. 8. Chauffe-eau caractérisé suivant les revendications 1 et 7 en ce que l'émail vitrifier peut être appliquée par pistolage humide ou par trempe ou par poudrage électrostatique. 9. Chauffe-eau caractérisé suivant les revendications 1, 7 et 8 en ce que l'émail vitrifié est cuit entre 800-880 (de préférence 840 4 minutes). 10. Chauffe-eau caractérisé suivant la revendication 1 en ce que les endroits non émaillés ou correspondants à des défauts d'émaillage ne sont plus de l'acier oxydé mais un acier recouvert d'une couche de zinc, alliages fer-zinc et fer, sans oxyde de fer, sauf à titre d'impureté, résistante à la corrosion après émaillage.