Brevet FR2956123A1 — publié le 20110812

La présente invention a pour objet un procédé de protection d'un substrat métallique, notamment en alliage d'aluminium, contre la corrosion et l'abrasion. Un tel procédé trouve en particulier son application dans le domaine de l'aéronautique, domaine dans lequel certaines parties d'aéronefs, réalisées en alliage d'aluminium, sont soumises en vol à des phénomènes d'abrasion et de corrosion; ces mêmes parties sont de plus susceptibles d'être rayées ou soumises à des chocs lors de leur séjour au sol ou de leur fabrication. Il existe en outre dans ce même domaine de l'aéronautique, une demande pour que certaines surfaces extérieures d'aéronefs aient un aspect brillant. A ce jour, les parties d'aéronefs susvisées sont protégées essentiellement par deux procédés. Le premier de ces procédés comprend un traitement d'anodisation (réalisé en cuve), de type chromique ou sulfurique, desdites parties, suivi de l'application d'une peinture protectrice et/ou d'un vernis sur les parties ainsi traitées. Le second de ces procédés comprend l'utilisation au niveau de ces parties d'aéronefs d'une tôle d'aluminium revêtue d'un placage d'aluminium, ce placage étant poli afin de lui conférer une finition dite poli-miroir. Ces procédés présentent de multiples inconvénients. Ainsi, ils ne permettent pas une protection suffisante contre la corrosion, l'abrasion, les rayures et les chocs avec pour conséquence préjudiciable, des pertes d'épaisseur (fragilisation) et la formation de piqûres de corrosion localisées et de profondeur variable. De plus, le procédé basé sur l'anodisation ne permet pas l'obtention du poli exigé dans certains cas. Par ailleurs, l'utilisation d'un placage, qui représente habituellement de 5 à 10% de l'épaisseur des parties d'aéronefs concernées, est de mise en oeuvre délicate et entraine un surcoût de matière appréciable. En outre, les revêtements obtenus avec le procédé connu du placage poli, sont difficilement réparables ; en effet, dans ce cas, la réparation exige un ponçage qui peut affecter l'intégrité substrat-placage en perforant ce dernier et aboutir au remplacement de la tôle qui est une opération très complexe et coûteuse. Le but de la présente invention est de pallier ces insuffisances des procédés de la technique antérieure et, à cet effet, elle propose un procédé de protection d'un substrat métallique, notamment en alliage d'aluminium, contre la corrosion et l'abrasion, qui est caractérisé en ce qu'il comprend la formation sur ledit substrat d'un revêtement en alliage de zinc et de nickel (en abrégé Zn-Ni), puis le polissage du revêtement ainsi formé. Ce revêtement présente une bonne adhérence au substrat, 20 ainsi qu'une dureté plus élevée (250-300HV) que celle obtenue avec l'aluminium non anodisé (25-120HV). Le substrat traité présente donc, en raison de sa dureté accrue, une meilleure protection contre l'abrasion, les rayures et les chocs, ce qui augmente les intervalles entre 25 les opérations d'entretien et facilite l'entretien lui-même. Ce substrat traité est également supérieur, en termes de résistance à la corrosion, aux substrats d'aluminium polis. Ainsi, un substrat traité permet d'obtenir une durée de protection en brouillard salin de plus de 400 heures avant 30 apparition de la corrosion sur ce substrat, alors que dans le cas du procédé d'aluminium plaqué et poli, la corrosion apparaît dans les 20 premières heures d'exposition au brouillard salin. En outre, le choix de l'alliage Zn-Ni génère un couple galvanique avec le substrat en aluminium favorable à sa protection, également dans le cas où une réparation locale (cas de piqûres ou chocs profonds) aurait été réalisée en utilisant un dépôt de nickel si on recouvre ce dernier d'une couche de finition de Zinc-Nickel. Par ailleurs, le revêtement selon l'invention est, en cas d'apparition de fissures ou rayures, réparable par simple apport localisé d'alliage Zn-Ni par la technique d'électrolyse au tampon, suivi d'un polissage des zones concernées par cet apport d'alliage. Outre le fait qu'il répond parfaitement aux contraintes d'esthétique imposées par certaines compagnies aériennes, l'aspect poli-miroir obtenu selon l'invention par l'opération de polissage est au moins d'aussi bonne qualité que celui obtenu actuellement par polissage d'un placage d'aluminium ; il permet de ce fait une amélioration de l'écoulement de l'air et par conséquent pourrait générer un gain de carburant par rapport à une structure non polie. Selon un mode de réalisation préféré, il peut être fait appel pour le dépôt de Zn-Ni à la technique bien connue de dépôt par voie électrolytique, en particulier hors cuve, par exemple par électrolyse au tampon, ce qui permet de traiter localement le substrat, de conserver sa stabilité géométrique et convient parfaitement au cycle de fabrication de ces pièces qui peuvent nécessiter des assemblages et une protection par d'autres procédés sur leur autre face. Selon un mode de réalisation, le dépôt par voie électrolytique comprend la mise en oeuvre d'une solution électrolytique contenant des ions Nie+ et Zn2+, la concentration des ions Nie+ étant de 9 à 49g/L et la concentration des ions Zn2+ étant de 49 à 90g/L. Avantageusement, lesdites concentrations en ions Nie+ et Zne+ sont choisies pour former un revêtement comprenant 5 à 20% en poids, de préférence 10 à 14% en poids, de nickel. On ajoutera que la source d'ions Nie+ pourra par exemple comprendre du chlorure de nickel (par exemple hydraté) et la source d'ions Zne+ pourra par exemple comprendre de l'oxyde de zinc. Selon l'invention, le polissage du revêtement en alliage Zn-Ni n'est pas limité à une technique particulière et peut faire appel à un ponçage manuel ou mécanique (notamment ponceuse rotative ou robot), en particulier à l'aide d'un matériau abrasif tel qu'un papier abrasif ou une pâte de polissage. Selon l'invention, la formation du revêtement en alliage de zinc-nickel et le polissage sont par exemple réalisés pour obtenir, avant polissage, un revêtement d'une épaisseur de 30 à 50pm et après polissage, un revêtement d'une épaisseur de 20 à 45pm. Le procédé selon l'invention peut en outre avantageusement comprendre l'application, sur le revêtement poli en alliage de nickel et de zinc, d'un revêtement de surface transparent et étanche à l'air. Ce revêtement de surface, par exemple appliqué par pulvérisation, aérosol ou au pinceau, d'une épaisseur variable jusqu'à 40pm selon les cas, peut entre autres comprendre un ou plusieurs polymères choisis dans le groupe constitué par les résines acryliques, les résines époxy, les silicones, les polysilanes, les sols-gels et les polyuréthanes, ou être le résultat d'une passivation sans chrome hexavalent. A titre d'exemples, on peut citer les compositions pour revêtement de surface commercialisées par les sociétés Socomor, Coventya, Cytec, Map et Akzo Nobel. Ledit revêtement de surface permettra notamment de retarder et de limiter l'oxydation du revêtement de Zn-Ni qui se produit surtout dans les atmosphères humides et marines. Quant au substrat métallique à traiter, il peut s'agir de substrats en alliage d'aluminium (par exemple alliage 2024 ou 2219) ou de substrats en acier, généralement exposés à des phénomènes d'abrasion et de corrosion, comme cela est le cas dans le domaine aéronautique, de bords d'attaque ou becs d'ailes, d'ailerons ou de dérives d'avion, d'entrées d'air de nacelle de moteur d'avion, de bâtis de hublots ou cockpits d'avion, d'arêtes de pales d'hélices d'avion ou d'hélicoptère et de certains éléments de trains d'atterrissage. La présente invention a également pour objet le substrat métallique protégé obtenu par le procédé décrit ci-dessus, 15 dans lequel le revêtement présente un poli miroir. La présente invention va maintenant être illustrée par la description additionnelle ci-après. L'application du revêtement en alliage de nickel et de zinc est de préférence précédée par la préparation de la 20 surface du substrat à traiter. Cette préparation a pour but de dégraisser cette surface et, si besoin est, de décaper cette dernière, pour en éliminer les graisses, impuretés et oxydes superficiels et ainsi permettre une adhérence optimale du revêtement. 25 Selon la nature du substrat (alliage d'aluminium ou acier) et l'état de surface de celui-ci, ladite préparation peut comprendre un ponçage suivi d'une ou plusieurs des opérations suivantes : dégraissage chimique ou électrochimique, décapage chimique ou électrochimique, sablage 30 par voie humide ou à sec, dépassivation chimique ou électrochimique, activation chimique ou électrochimique et formation éventuelle d'une sous-couche métallique, avec rinçage à l'eau entre ces différentes opérations. 6 Pour réaliser le revêtement de zinc-nickel, il est de préférence fait appel à la technique de dépôt par voie électrolytique, hors cuve. A cet effet, utilisation peut être faite d'outils d'électrolyse au tampon bien connus. Les conditions mises en oeuvre pour le dépôt électrolytique sont les suivantes : composition de l'électrolyte : Oxyde de zinc : 62 à 113g/L Chlorure de nickel hexahydraté : 38 à 205g/L Acide sulfamique : quantité nécessaire pour la dissolution du sel de zinc . Agent basique : quantité nécessaire pour ajuster le pH entre 8 et 10 . Eau déminéralisée : pour ajuster au volume anode : graphite, titane platiné, platine courant : continu ou pulsé tension : inférieure à 20V densité de courant : 50 à 300A/dm2 durée : 7,7 à 9,6 minutes pour une épaisseur de dépôt de 40 à 50pm sur 1 dm2, en considérant une couverture d'électrode de 10 % de la surface à traiter et une densité de courant de 200A/dm2 en contact. Après rinçage du substrat ayant reçu son revêtement, celui-ci est soumis à une opération de polissage par mise en 25 oeuvre des techniques listées ci-dessus, jusqu'à l'obtention d'un poli miroir correspondant aux exigences des constructeurs et de leurs clients. Si on le souhaite, on complète le procédé ci-dessus par une étape d'application, sur le revêtement de Zn-Ni poli, d'un 30 revêtement de surface étanche à l'air, par exemple par pulvérisation, ayant l'épaisseur et la composition susvisées. Certaines caractéristiques du revêtement de Zn-Ni poli ont été testées, notamment son adhérence au substrat, sa dureté, sa résistance à la corrosion et sa résistance aux chocs 35 thermiques. 15 20 L'adhérence au substrat a été vérifiée par coupe micrographique, lors des opérations de polissage qui sollicitent le dépôt d'une façon importante et lors d'essais de chocs thermiques comportant 9 cycles entre -80°C et +200°C, avec passage direct d'une température à l'autre. La dureté a été mesurée par des méthodes conventionnelles reconnues. La résistance à la corrosion a été vérifiée lors d'essais comparatifs en brouillard salin neutre réalisés selon les normes ISO 9227 et ASTM B117, éventuellement après soumission aux chocs thermiques décrits plus haut. Il a aussi été vérifié que le revêtement ne réduit pas la tenue en fatigue des pièces traitées ; en effet, il n'est noté aucun abattement sur la tenue en fatigue amorçage. Revendications1. Procédé de protection d'un substrat métallique, notamment en alliage d'aluminium, contre la corrosion et l'abrasion, caractérisé en ce qu'il comprend la formation sur ledit substrat d'un revêtement en alliage de zinc et de nickel, puis polissage du revêtement ainsi formé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la formation dudit revêtement comprend le dépôt par 10 voie électrolytique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dépôt par voie électrolytique est réalisé hors cuve, notamment par électrolyse au tampon. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en 15 ce que le dépôt par voie électrolytique comprend la mise en oeuvre d'une solution électrolytique ayant une concentration en ions Nie+ de 9 à 49g/L et une concentration en ions Zn2+ de 49 à 90g/L. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce 20 que lesdites concentrations en ions Nie+ et ions Zn2+ sont choisies pour former un revêtement comprenant 5 à 20% en poids de nickel. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la source d'ions Nie+ comprend du chlorure de nickel et 25 la source d'ions Zn2+ comprend de l'oxyde de zinc, la solution électrolytique ayant un pH de 8 à 10. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polissage est effectué par ponçage manuel ou mécanique. 30 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la formation du revêtement en alliage de nickel et de zinc et le polissage sont réalisés pour obtenir, avant polissage, un revêtement d'une épaisseurde 30 à 50 }gym et, après polissage, un revêtement d'une épaisseur de 20 à 45pm. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'application, sur le revêtement poli en alliage de zinc et de nickel, d'un revêtement de surface transparent et étanche à l'air. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit revêtement de surface présente une épaisseur pouvant aller jusqu'à 40pm et comprend un ou plusieurs polymères choisis dans le groupe constitué par les résines acryliques, les résines époxy, les silicones, les polysilanes, les sols-gels et les polyuréthanes, ou est le résultat d'une passivation sans chrome hexavalent. 11. Substrat métallique, notamment en alliage d'aluminium, hautement résistant à l'abrasion et à la corrosion, caractérisé en ce qu'il comprend un revêtement constitué d'un alliage de zinc et de nickel, ce revêtement présentant un aspect poli miroir. 12. Substrat selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit revêtement a une épaisseur de 20 à 45pm et comprend de 5 à 20% en poids de nickel. 13. Substrat selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un revêtement de surface transparent et étanche à l'air, appliqué sur le revêtement poli.