Brevet FR2978970A1 — publié le 20130215

La présente invention concerne le domaine technique des applications de peintures et revêtements sous forme de poudre sur des pièces métalliques. En particulier, l'invention concerne un procédé d'application de peinture poudre thermodurcissable à polymérisation UV sur pièce métallique. La mise en peinture des pièces métalliques doit répondre à certaines contraintes précises, notamment dans des domaines tels que l'industrie automobile. Outre la fonction de décoration, les peintures ou revêtements appliqués sur les pièces métalliques doivent protéger les pièces contre le vieillissement, la corrosion, et doivent adhérer aux pièces métalliques sur une longue période de temps, typiquement pendant au moins 5 ans. Aujourd'hui, les techniques usuelles utilisées pour l'application de peintures sur pièces métalliques ne sont pas satisfaisantes car elles mettent en oeuvre généralement une cuisson de la peinture par convection et nécessitent ainsi la chauffe des pièces à coeur, typiquement à une température de l'ordre de 140 à 220°C pendant 7 à 20 min, pouvant entrainer une modification de la structure du métal. Par ailleurs, ces procédés nécessitent beaucoup d'opérations manuelles, peuvent difficilement être automatisées, et causent des difficultés d'obtention d'un niveau de qualité constant et optimal. Ils requièrent en outre des temps de mise en oeuvre très longs, notamment du fait du temps de traitement de surface et de cuisson des pièces métalliques qui présentent une inertie thermique très importante. De tels procédés sont ainsi chers et peu rentables car ils ne permettent pas de traiter beaucoup de pièces en une journée et on relève des coûts d'utilisation particulièrement élevés en énergie et en main d'oeuvre puisqu'ils nécessitent notamment l'utilisation de températures de chauffe importantes. Par conséquent, il existait un besoin de mettre au point un nouveau procédé visant à appliquer de la peinture sur des pièces métalliques ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur et permettant de respecter les contraintes imposées par certains domaines techniques notamment en terme d'adhérence du film de peinture, de protection et de résistance au vieillissement et à la corrosion. La présente invention vient combler ce besoin. La Demanderesse a ainsi découvert un nouveau procédé d'application sur des pièces métalliques de peinture sous forme de poudre à réticulation par rayonnement UV, nécessitant un temps de mise en oeuvre très court et des températures peu élevées, permettant d'éviter la chauffe des pièces à coeur et permettant ainsi le maintien de la dureté du métal. Par ailleurs, le procédé selon la présente invention permet de traiter de nombreuses pièces à la journée et d'atteindre une productivité élevée, ne nécessite que peu d'énergie en comparaison avec les techniques classiquement utilisées, et est un procédé respectueux de l'environnement puisqu'il conduit à un dégagement de composés organiques volatiles quasi nul et à une diminution du dégagement de CO2 dans l'atmosphère. Un tel procédé permet par ailleurs de traiter différents types de surfaces brutes et de répondre à une tenue anticorrosion particulièrement large et élevée, pouvant varier de 96 à 1000 heures en brouillard salin. La présente invention a ainsi pour objet un procédé d'application de peinture poudre à polymérisation UV sur pièce métallique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes : - le traitement mécanique (1) de la surface de la pièce métallique par impact et/ou le traitement chimique (2) de la surface de la pièce métallique, ledit traitement chimique (2) comprenant une étape de conversion chimique de la surface métallique, - l'application de la peinture (3) sous forme de poudre thermodurcissable photoréticulable à la surface de la pièce métallique, et - la cuisson de la peinture (4), ladite cuisson comprenant : (a) une fusion de la poudre aux rayons Infra Rouge (IR), puis (b) une polymérisation de la poudre fondue par rayonnement Ultraviolet (UV). Les pièces métalliques pouvant être traitées ou revêtues dans le cadre de la présente invention sont des pièces très diverses pouvant provenir de tous secteurs, tels que le secteur des transports, par exemple le secteur automobile, ferroviaire, aéronautique ou nautique, ou encore le secteur éolien ou du bâtiment ou de l'industrie générale. Avantageusement selon la présente invention, les pièces métalliques sont des pièces automobiles, telles que des pièces de transmission automobile, du type bols, arbres, barres, tulipes de transmission, pièces de châssis, barres de torsion, étriers de frein, tubes d'amortisseur,... Les métaux des pièces utilisées dans le cadre de l'invention sont typiquement en acier ou en fonte. Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, le procédé comprend une étape de traitement mécanique (1) de la surface de la pièce métallique, ainsi qu'une étape de traitement chimique (2) de la surface de la pièce métallique, les deux étapes étant opérées l'une à la suite de l'autre. Dans un autre mode de réalisation particulier de la présente invention, le procédé comprend une étape de traitement mécanique (1) de la surface de la pièce métallique, ainsi qu'une étape de traitement chimique (2) de la surface de la pièce métallique, dans lequel ces deux étapes sont opérées simultanément. Typiquement, les surfaces des pièces à revêtir sont des surfaces brutes, présentant à leur surface de la calamine, de la rouille, de l'écrouissage ou d'autres pollutions telles que de la graisse. Avantageusement selon la présente invention, le procédé comprend une étape de traitement mécanique (1) par impact permettant notamment de nettoyer la surface de la pièce et/ou d'augmenter la surface de contact de la pièce. Selon une caractéristique particulière de la présente invention, le traitement mécanique (1) est réalisé par dérochage mécanique, avantageusement par grenaillage ou sablage. Typiquement, au moins un substrat, tel que des microbilles, par exemple des billes en acier ou en verre, ou encore un substrat biologique (noix, blé,...), est projeté à la surface de la pièce métallique, crée des impacts à la surface du métal et vient ainsi modifier la structure superficielle de la pièce, avantageusement en améliorant la rugosité de la pièce. Le substrat projeté est un abrasif venant attaquer la pièce métallique et est choisi en fonction de la pièce métallique à traiter. Le traitement mécanique (1) permet ainsi d'éliminer substantiellement les pollutions à la surface, telles que la calamine la rouille ou les graisses. On obtient ainsi une remise à nu du métal. De manière particulièrement avantageuse selon la présente invention, suite au traitement mécanique (1) de la surface de la pièce métallique par impact, la pièce métallique présente un degré de soin (Ds) compris entre 2,5 et 3 ainsi qu'une rugosité (Ra) comprise entre 0,7 et 1,3 µm, avantageusement entre 0,8 et 1 µm, par exemple de l'ordre de 0,9 µm. Le traitement mécanique (1) par impact selon l'invention peut également être réalisé par d'autres technologies comme le décapage laser, le traitement par cryogénie,... Pour certaines pièces métalliques très propres, il n'est pas nécessaire d'opérer un traitement mécanique de la surface de ces pièces. On peut alors opérer un traitement chimique (2) directement sur la surface de ces pièces. Avantageusement selon la présente invention, le procédé comprend une étape de traitement chimique (2) de la surface de la pièce métallique. Dans un mode de réalisation particulier, le traitement chimique (2) est réalisé à la suite de, simultanément ou préalablement à l'étape de traitement mécanique (1) telle que décrite ci-dessus. Typiquement, le traitement chimique (2) selon l'invention est réalisé à la suite de l'opération de traitement mécanique (1). Dans le cadre du présent procédé, le traitement chimique (2) comprend une étape de conversion chimique de la surface de la pièce métallique à revêtir. Selon une caractéristique particulière de la présente invention, la conversion chimique de la surface est réalisée par aspersion d'au moins un produit chimique tel que des nanomatériaux. La conversion chimique peut également être réalisée par chromatation, phosphatation par exemple au fer ou au zinc, par trication ou encore par oxydation alcaline. L'aspersion est généralement opérée au sein d'un tunnel muni d'anneaux avec des buses projetant le produit chimique, typiquement sous forme liquide, sur la pièce métallique à traiter. Avantageusement selon la présente invention, le produit chimique de conversion permet de protéger la pièce de la corrosion, telle que la rouille, et permet également de faciliter ensuite l'accroche de la peinture poudre sur la pièce métallique. Ainsi, de manière particulièrement avantageuse selon l'invention, le produit chimique de conversion est un agent anticorrosion qui permet également d'augmenter la surface de contact de la pièce métallique, typiquement en créant des rugosités sur la surface de la pièce. Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, lors du traitement chimique (2) de la surface, une étape de dégraissage de la surface est réalisée préalablement à l'étape de conversion chimique. Une telle étape de dégraissage permet ainsi d'enlever les huiles, poussières, sels, et autres substances polluantes présentes à la surface de la pièce, et d'obtenir une pièce propre. Le dégraissage de la surface peut être réalisé avec un agent liquide dégraissant composé notamment d'au moins un tensioactif. Selon une caractéristique particulière de la présente invention, le traitement chimique (2) de la surface de la pièce métallique comprend des étapes de dégraissage, rinçage, conversion chimique et séchage. Au moins une étape de rinçage est typiquement réalisée après l'étape de dégraissage, par exemple avec de l'eau telle que de l'eau déminéralisée, et permet d'éliminer les molécules actives de dégraissant de la surface de la pièce. Une étape de rinçage peut être également réalisée à la suite de la conversion chimique, par exemple avec de l'eau telle que de l'eau déminéralisée, afin d'enlever les excès de produit chimique à la surface des pièces et d'obtenir une surface propre. Un séchage final est généralement réalisé à la fin du traitement chimique, après l'étape de conversion chimique et d'une étape de rinçage éventuelle. Le séchage est effectué généralement dans un tunnel chauffé permettant d'enlever l'eau résiduelle sur les pièces métalliques, avantageusement à une température de l'ordre de 90 à 150°C, typiquement de 95 à 125°C, en particulier de 100 à 120°C, par exemple à 110°C. Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, le traitement chimique (2) de la surface de la pièce métallique les étapes successives suivantes : - dégraissage de la surface à l'aide d'au moins un agent dégraissant, - rinçage, typiquement avec de l'eau déminéralisée, - conversion chimique, - rinçage, typiquement avec de l'eau déminéralisée, puis - séchage, typiquement à une température de l'ordre de 90 à 150°C, avantageusement de 100 à 120°C. Avantageusement selon la présente invention, l'application de la poudre (3) se fait par pulvérisation électrostatique sans solvant, avantageusement par effet Corona. La poudre utilisée dans la cadre de la présente invention est une poudre thermodurcissable et photoréticulable, à polymérisation aux ultraviolets (UV), sans solvant. En particulier, la poudre peut être une poudre à base de polyesters, d'époxy, de mixtes époxy polyesters, de polyuréthanes, ou encore d'acryliques. Selon une caractéristique particulière de la présente invention, on réalise une protection de certaines zones de la pièce métallique à ne pas peindre. Cette étape de protection est avantageusement réalisée avant application de la poudre (3) ou suite à l'application de la poudre (3) et préalablement à l'étape de cuisson de la peinture (4). La cuisson de la poudre (4) contient une première étape de fusion de la poudre aux rayons Infra Rouge (IR). Avantageusement selon la présente invention, la fusion ou préchauffage aux rayons Infra Rouge permet de faire fondre la peinture en poudre afin qu'elle s'étale uniformément sur le support constitué par la surface métallique de la pièce, et d'obtenir un film de peinture à la surface de la pièce. De façon particulièrement avantageuse, la fusion aux rayons Infra Rouge est réalisée à une température comprise entre 100 et 150°C, typiquement entre 120 et 130°C, par exemple de l'ordre de 125°C, avantageusement pendant une période comprise entre 30s et 3 min, typiquement entre 1 min et 2 min, par exemple de l'ordre de lmin30. La cuisson de la poudre (4) contient une seconde étape de polymérisation de la poudre fondue par rayonnement Ultraviolet (UV) suite à la fusion de la poudre aux rayons Infra Rouge (IR). Lors de cette étape, la poudre fondue est réticulée sous l'action des rayons UV. Le film de peinture est ainsi figé et solidifié sur la surface de la pièce métallique. Les rayonnements UV utilisés sont avantageusement des rayonnements UV A, UVB et UV V, en particulier avec une dose UV A+B comprise entre 1,5 et 4 Joules/cm2, typiquement entre 2 et 3 Joules/cm2, par exemple de l'ordre de 2,5 Joules/cm2, et avec une dose UV V comprise entre 1 et 2,5 Joules/cm2, typiquement entre 1,5 et 2 Joules/cm2, par exemple de l'ordre de 1,7 Joules/cm2. Les doses UV appliquées doivent être suffisantes pour bien polymériser et réticuler le film de peinture. Avantageusement selon la présente invention, le rayonnement UV est appliqué pendant une période comprise entre 20 s et 1 min, typiquement entre 20 s et 30 s. Le temps d'application des rayonnements UV qui permet de cuire la peinture sur la pièce est très court. Lors de l'étape de cuisson (4) selon la présente invention, les pièces ne sont pas chauffées à coeur et les températures de peau ne sont pas très élevées. De manière particulièrement avantageuse selon l'invention, suite à l'étape de polymérisation, on obtient un film de peinture sur la pièce métallique avec une épaisseur de film comprise entre 60 et 120 µm, avantageusement entre 80 et 100 µm. Avantageusement, le film de peinture adhère parfaitement au support métallique. En outre, un tel film présente typiquement : - une tenue anticorrosion pouvant varier de 96 à 1000 heures, en particulier de 400 à 800 heures en brouillard salin et de 35 à 45 cycles en ECC1, - une adhérence après quadrillage avantageusement de a-a-a après immersion de 7 jours dans de l'huile moteur à 100°C ou 250 h dans un bac FORD, et/ou - une bonne tenue au gravillonnage avantageusement avec moins de 5 impacts au support (typiquement entre 2 et 5 impacts) lors de tests de projection de 500g de grenailles à une pression de 1 bar pendant 10 secondes. Dans un mode de réalisation particulier, la pièce métallique est une pièce de transmission automobile et, suite à la mise en oeuvre du procédé, on obtient une pièce métallique revêtue d'un film de peinture présentant les propriétés de résistances suivantes : - une absence de corrosion et de cloquage sur l'ensemble des échantillons testés tant sur des surfaces pleines que sur des arrêtes, et est en particulier conforme aux exigences du test ECC1 (norme RENAULT D172028/C (10/2007)) après 42 cycles, - une absence de corrosion en plein panneau et une adhérence après quadrillage de a-a-a, et est en particulier conforme aux exigences du test de corrosion en atmosphères artificielles (Brouillards Salins - norme NFENISO9227 (03/2007)) après 440 h, - une perte de dureté comprise entre 10 et 15 % et une adhérence après quadrillage de a-a-a, et est en particulier conforme aux exigences du test d'immersion dans l'huile moteur (norme PSA B155220/C (02/2008) code 250) après 7 jours à 100°C, - une cotation de cloquage de 0 et une cotation d'adhérence après quadrillage de a-a-a, et est en particulier conforme aux exigences du test de résistance aux liquides (méthode par immersion dans l'eau - norme EN ISO 2812-2 (01/1995)) après 250 h, - moins de 5 impacts au support (entre 2 et 5 impacts) lors de tests de projection de 500g de grenailles à une pression de 1 bar pendant 10 secondes, et est en particulier conforme aux exigences du test de gravillonnage (normes PSA D24 1312/D (05/2003) et PSA B15 5220/C (02/2008)). L'exemple suivant est donné à titre non limitatif et illustrent la présente invention. Exemple 1 : Une pièce métallique automobile du type arbre, bol ou tulipe en acier est traitée mécaniquement par impact par grenaillage à l'aide de microbilles en acier projetées à la surface de la pièce. La pièce métallique présente alors une surface propre avec un degré de soin de 2,5 et une rugosité de l'ordre de 0,9 µm. On fait alors subir à la pièce un traitement chimique comprenant les étapes suivantes : - dégraissage de la surface à l'aide d'au moins un agent dégraissant tel que des tensio-actifs, - rinçage avec de l'eau déminéralisée, - conversion chimique avec des solutions enrichies en nanomatériaux, - rinçage avec de l'eau déminéralisée, puis - séchage à une température de l'ordre de 110°C. De la poudre thermodurcissable photoréticulable sous UV est pulvérisée sur la pièce par effet Corona, puis la pièce recouverte de poudre est chauffée à une température de l'ordre de 125°C pendant 1 min sous des rayons infrarouge, ce qui permet d'obtenir une pièce recouverte d'un film de peinture liquide. La pièce est alors soumise à une étape de polymérisation par rayonnement UVA, 20 UVB et UVV, avec une dose UV A+B de 2,5 Joules/cm et une dose UV V de 1,5 Joules/cm2 pendant 30s, ce qui permet de réticuler et de solidifier le film de peinture. On obtient alors une pièce recouverte d'un film de peinture présentant une épaisseur de l'ordre de 80 µm et présentant les performances de résistance suivantes : - Absence de corrosion et de cloquage tant sur des surfaces pleines que sur des 25 arrêtes après 42 cycles du test ECC1, - Absence de corrosion en plein panneau et une adhérence après quadrillage de aa-a, après 800 h en atmosphères artificielles (Brouillards Salins), - Perte de dureté de 12,8 % et une adhérence après quadrillage de a-a-a après 7 jours d'immersion dans l'huile moteur à l00°C, 30 - Cotation de cloquage de 0 et une cotation d'adhérence après quadrillage de a-a-a après 250 h d'immersion dans l'eau à 40°C dans un bac Ford, REVENDICATIONS1. Procédé d'application de peinture poudre à polymérisation UV sur pièce métallique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes : - le traitement mécanique (1) de la surface de la pièce métallique par impact et/ou le traitement chimique (2) de la surface de la pièce métallique, ledit traitement chimique comprenant une étape de conversion chimique de la surface métallique, - l'application de la peinture (3) sous forme de poudre thermodurcissable photoréticulable à la surface de la pièce métallique, et - la cuisson de la peinture (4), ladite cuisson comprenant : a. une fusion de la poudre aux rayons Infra Rouge (IR), puis b. une polymérisation de la poudre fondue par rayonnement Ultraviolet (UV). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce métallique est une pièce automobile, telle qu'une pièce de transmission automobile. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le traitement mécanique (1) de la surface permet d'augmenter la surface de contact de la pièce et est avantageusement réalisé par grenaillage ou sablage. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le traitement mécanique de la surface (1) permet d'obtenir une pièce métallique avec un degré de soin compris entre 2,5 et 3 et une rugosité comprise entre 0,7 et 1,3 µm, avantageusement entre 0,8 et 1 µm. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors du traitement chimique (2) de la surface, la conversion de la surface est réalisée par aspersion d'au moins un produit chimique tel que des nanomatériaux. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le produit chimique de conversion est un agent anticorrosion qui permet également d'augmenter la surface de contact de la pièce métallique. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que, lors du traitement chimique (2) de la surface, une étape de dégraissage de la surface est réalisée préalablement à l'étape de conversion chimique. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le traitement chimique (2) de la surface de la pièce métallique comprend les étapes successives suivantes : - dégraissage de la surface à l'aide d'au moins un agent dégraissant, - rinçage, typiquement avec de l'eau déminéralisée, - conversion chimique, - rinçage, typiquement avec de l'eau déminéralisée, puis - séchage, typiquement à une température de l'ordre de 90 à 150°C, avantageusement de 100 à 120°C. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'application de la poudre (3) se fait par pulvérisation électrostatique sans solvant, avantageusement par effet Corona. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors de la cuisson de la peinture (4), la fusion de la poudre aux rayons IR est réalisée à une température comprise entre 100 et 150°C, typiquement entre 120 et 130°C, avantageusement pendant une période comprise entre 30s et 3 min, typiquement entre 1 min et 2 min. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, suite à la fusion de la poudre, on procède à la polymérisation de la poudre fondue par rayonnement UV A, UVB et/ou UV V, avantageusement avec une dose UV A+B comprise entre 1,5 et 4 Joules/cm2, typiquement entre 2 et 3 Joules/cm2, et/ou avec une dose UV V comprise entre 1 et 2,5 Joules/cm, typiquement entre 1,5 et 2 Joules/cm2. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le rayonnement UV est appliqué pendant une période comprise entre 20 s et 1 min, typiquement entre 20 s et 30 s. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, suite à l'étape de polymérisation, on obtient un film de peinture sur la pièce métallique avec une épaisseur de film comprise entre 60 et 120 µm, avantageusement entre 80 et 100 µm. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, suite à l'étape de polymérisation, on obtient une pièce métallique revêtue d'un film de peinture présentant les propriétés suivantes : - une tenue anticorrosion pouvant varier de 96 à 1000 heures, en particulier de 400 à 800 heures en brouillard salin et de 35 à 45 cycles en ECC1, - une adhérence après quadrillage de a-a-a après immersion de 7 jours dans de l'huile moteur à 100°C ou 250 h dans un bac FORD, - une bonne tenue au gravillonnage avec moins de 5 impacts au support lors de tests de projection de 500g de grenailles à une pression de 1 bar pendant 10 secondes.