BE1011315A6

BE1011315A6 - Procede pour la formation d'un revetement zinc-aluminium sur une piece en acier et piece revetue de la sorte.

Info

Publication number: BE1011315A6
Application number: BE9700664A
Authority: BE
Inventors: Haeyer Raymond D; Marcel Lamberigts; Vincent Leroy
Original assignee: Centre Rech Metallurgique
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 1999-07-06

Abstract

Procédé pour la formation d'un revêtement sur une pièce en acier dans lequel on fait passer ladite pièce dans un bain métallique de revêtement composé pour la majorité du zinc avec 3 à 15 % en poids d'aluminium et contenant du Mischmetall du type La-Mischmetall (Lanthane-Mischmetall) et/ou Ce-Mischmetall (Cerium-Mischmetall), en proportion supérieure ou égale à 0,0005 %, mais inférieure à 0,01 %. On immerge la pièce dans le bain de revêtement directement après avoir formé sur la surface de ladite pièce une mince couche de cuivre.

Description


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  Procédé pour la formation d'un revêtement zinc-aluminium sur une pièce en acier et pièce revêtue de la sorte. 



  La présente invention a trait à un procédé pour la formation d'un revêtement zincaluminium sur une pièce en acier, de préférence dans le contexte des opérations de revêtement   dites r, à façon" telles que la   galvanisation au trempé de pièces distinctes, ainsi qu'aux pièces obtenues de la sorte. 



  Il est connu, depuis de nombreuses années, de protéger un élément en acier contre la corrosion au moyen de revêtements qui, dans certains cas, sont obtenus par immersion dans un bain métallique de composition appropriée. L'exemple qui vient le premier à l'esprit est celui de la galvanisation au trempé, que ce soit à façon ou en continu. 



  Bien que les procédés de galvanisation traditionnels assurent déjà une protection efficace contre la corrosion, il est apparu que la mise en oeuvre de revêtements obtenus à partir d'alliages de zinc avec un ou plusieurs éléments, donnait naissance à des couches de revêtements à caractère protecteur encore plus marqué. 



  Les recherches développées dans ce sens ont eu pour conséquence l'apparition de nouveaux types de revêtements, tels que   l'alliage Zn - 55   % AI-Si, ou bien des alliages de Zn à basses teneurs en AI comme   le Zn - 5   % AI + Mischmetall. 



  A propos de cette dernière composition, on notera que le bain métallique en question est composé pour la majorité de zinc et d'aluminium (normalement entre 3 et 15 %), mais contient en outre une certaine proportion d'un alliage de terres rares et de métaux particuliers appelé Mischmetall, en proportion supérieure ou égale à 0,0005 %, mais inférieure à 0,01 %. Parmi ces métaux particuliers, on peut citer principalement La et Ce. D'autres éléments tels que Mg, Si,... peuvent être ajoutés volontairement à la composition de l'alliage pour conférer au revêtement des propriétés particulières et enfin d'autres métaux sont encore possibles, mais dans des proportions qui permettent de les considérer comme des impuretés, ou sous forme de 

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 traces.

   Dans certains cas de mise en oeuvre, on utilise un bain métallique contenant du zinc, de l'aluminium, du magnésium et du plomb. Il convient aussi de préciser que parmi les différentes sortes de Mischmetall existantes, il a été préconisé d'utiliser du   Mischmetall appelé La-Mischmetall (Lanthane-Mischmetall),   ou encore du Ce- 
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 Mischmetall (Cerium-Mischmetall). 



  Un des aspects mis en évidence par les études fut l'influence prépondérante de la préparation de la surface à revêtir sur la qualité du revêtement obtenu. Il est ainsi apparu que, pour assurer un revêtement de qualité, certains alliages de revêtement exigeaient des traitements de surface préliminaires fort coûteux et, de ce fait, des installations dont la conception et la mise en oeuvre ne l'étaient pas moins. 



  Dans le cas du revêtement au moyen d'un alliage   Zn-5%AI,   on a souvent recours au procédé du double trempé à chaud, la pièce à traiter étant successivement immergée dans un bain de zinc et dans un bain de l'alliage zinc-aluminium. Le zinc pur est en effet plus tolérant que   l'alliage Zn-5% Al   en ce qui concerne la préparation de surface permettant d'assurer un bon accrochage et une couverture adéquate de la couche déposée. Cette dernière constitue en outre un excellent support pour la couche d'alliage déposée au second trempé. 



  Outre d'évidentes difficultés technologiques liées à l'utilisation simultanée de deux bains métalliques fondus, la technique du double trempé, rapidement décrite cidessus, ne permet pas le contrôle parfait de l'épaisseur totale du revêtement, ni de sa composition (problème de surconsommation d'AI). Le double trempé pose en outre de nombreux problèmes de pollutions mutuelles des bains métalliques (entraînement 
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 ou"drag-out"du pot de Zn vers le pot de Zn-AI) et de gestion du bain d'alliage Zn-AI (contrôle de la composition chimique et réajustements). 



  En outre, il s'est avéré de plus en plus crucial de tenir compte dans les diverses opérations d'un processus industriel de son impact dans le cadre de la protection de l'environnement. Malheureusement, les procédés de préparation des surfaces, préalablement à l'opération de revêtement, sont souvent considérés comme polluants, 

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 car ils utilisent des produits qui sont difficilement épurables ou recyclables sauf à gros frais. 



  On peut scinder les opérations précitées de préparation des surfaces avant leur immersion dans le bain métallique de revêtement en deux grandes catégories, d'une part celles dites de"nettoyage"de la surface et d'autre part celles dites de"fluxage" de la même surface. 



  Les opérations de nettoyage ont pour but de débarrasser la surface des éléments perturbateurs issus des processus de mise à forme, comme par exemple les huiles de laminage ou les lubrifiants d'emboutissage, et pour ce faire utilisent des produits tels que des lessives alcalines, des solvants chlorés,... 



  Les opérations de fluxage sont destinées à favoriser l'accrochage de la couche métallique protectrice en modifiant la surface à revêtir suivant différentes modalités. Classiquement, les flux utilisés pour la préparation de surface des pièces à galvaniser dans un bain de zinc pur sont constituées de solutions aqueuses de chlorures de zinc et d'ammonium. Ils ne sont pas applicables au cas de la galvanisation au moyen d'alliage contenant de l'aluminium, car cet élément réagit pour former des chlorures AICI3 pendant l'immersion, conduisant ainsi à l'apparition de défauts de couverture (zones non revêtues) ou de défauts usuels graves (taches noires ou"black spots"). Cette difficulté peut être contournée en effectuant un électrofluxage assurant un dépôt électrolytique flash de Zn avant trempé dans le bain d'alliage Zn-AI.

   Cette procédure ne va pas sans difficultés techniques multiples, son efficacité n'étant d'ailleurs pas garantie dans le cas des pièces de formes complexes revêtues à façon. Une autre solution consiste à modifier la composition du flux et de lui ajouter une quantité adéquate de fluorures (K2AIF6, Na2AIF6,...). Certaines variantes de flux contenant de l'étain ont récemment été proposées, mais leur efficacité n'est pas établie de façon indiscutable dans tous les cas. 

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 Il est évident que les opérations de nettoyage et de fluxage précitées, par la nature des produits mis en oeuvre, sont totalement contraires à une évolution écologique des procédés de revêtement à chaud dans lesquels elles sont cependant indispensables pour obtenir un revêtement de qualité. 



  S'il est vrai que bon nombre de solutions ont été élaborées dans le cadre des revêtements effectués sur des substrats continus tels que des bandes en acier et ce, notamment en procédant à une succession d'opérations de préparation dans des enceintes closes à travers lesquelles on peut faire passer en continu les bandes en question, il s'est avéré que ces modalités n'étalent pas ou très peu applicables au traitement de pièces distinctes, ou alors au prix d'accommodations fort coûteuses des processus opérationnels. 



  Afin de mieux situer le contexte du procédé de la présente invention et sans que cela soit une limitation à son domaine d'application, nous expliciterons le cas de la protection des composants des systèmes de suspension dans l'industrie automobile. 



  A l'heure actuelle, les éléments constitutifs des suspensions automobiles sont en général fabriqués en aciers à haute résistance. Quoique soumis par leur service à diverses agressions comme les projections de pierres et la corrosion saline, ces éléments n'ont habituellement comme protection que des peintures cataphorétiques et des cires. 



  Il va de soi que bon nombre de procédés connus de protection par une couche métallique seraient utilisables dans le cas des dits éléments de suspension. Toutefois, dans le contexte particulier de ces éléments de formes et dimensions fort variables, il ne peut être question que de revêtement à façon par passage d'une enceinte à une autre et trempage dans différents bains tant pour la préparation de la surface que pour réaliser la ou les couches métalliques de protection.

   Le mode opératoire précité a pour inconvénients majeurs d'une part, d'être coûteux en raison de la multiplication des opérations et d'autre part, de fournir des pièces qui présentent souvent tant un excès général dans l'épaisseur des couches métalliques déposées que des accumulations du métal de protection suivant les différentes topologies de la pièce à protéger. 

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 Opérations multiples et excès de poids du revêtement sont à la base d'un rejet des procédés précités au nom respectivement d'un plus grand respect de l'environnement et de la recherche continuelle visant à l'allégement des différents constituants automobiles. 



  Dans le but de résoudre les difficultés mentionnées précédemment, le Demandeur a élaboré un procédé qui permet la réalisation de revêtements métalliques sur des pièces distinctes de formes complexes sans présenter les inconvénients   précités.   



  Conformément à la présente invention, un procédé pour la formation d'un revêtement zinc-aluminium sur une pièce en acier telle qu'un élément de suspension automobile, est caractérisé en ce que l'on forme sur la surface de ladite pièce une mince couche de cuivre et en ce que l'on fait passer ensuite ladite pièce dans un bain métallique de revêtement composé pour la majorité de zinc avec 3 à 15% en poids d'aluminium. 



  Suivant une modalité de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on fait passer ladite pièce dans un bain métallique de revêtement directement après avoir formé sur la surface de ladite pièce une mince couche de cuivre. 



  La séquence opérationnelle précitée présente le très grand avantage de supprimer les opérations de fluxage avant immersion dans le bain de revêtement et donc aussi les inconvénients y inhérents explicités antérieurement. 



  Suivant une première modalité de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on forme la couche de cuivre par cémentation chimique. 



  Suivant une variante de la modalité précédente, on immerge la pièce dans un bain maintenu à une température comprise entre 10 et   300C   et contenant du CuS04, du H2S04 et solde en   H20 jusqu'à   saturation de la réaction de dépôt, lorsque   t'entièreté   de la surface est couverte. 



  Suivant une variante   préférentielle   de la modalité précédente, on immerge la pièce pendant une durée comprise entre 20 et 30 secondes dans un bain maintenu à une 

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 température comprise entre 10 et   300C   et contenant 15   g/l   ( 10 %) de CuS04, 0,7   9/1   ( 10 %) de H2S04 et solde en H20. 



  Suivant une autre modalité de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on forme la couche de cuivre par dépôt sans électrolyse, communément   appelé"electroless   deposition", en plongeant la pièce dans un bain maintenu à une température comprise entre 40 et   700C   et contenant du CuS04, du NaOH, du Formaldéhyde, de l'acide éthylènediaminetetraacétique   (EDTA),   du   Méthyidichlorosilane   et solde en H20. 



  Suivant une variante préférentielle de la modalité précédente, on forme la couche de cuivre par"electroless deposition"en plongeant la pièce dans un bain maintenu à une température comprise entre 40 et   70*C   et contenant 10 9/1 ( 10 %) de CuS04, 
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 10 g/) ( 10 %) de NaOH, 20 mill ( 10 %) de Formaldéhyde, 20 g/) ( 10 %) de EDTA, 0. 25   g/)   ( 10 %) de   Méthyidichlorosilane   et solde en H20. 



  Suivant encore une autre modalité de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on immerge   la pièce, préalablement   cuivrée, dans un bain métallique composé pour la majorité de zinc avec 3 à 15 % en poids d'aluminium et contenant en outre une certaine proportion d'un alliage de terres rares et d'autres métaux, appelé   Mischmetall,   en proportion supérieure ou égale à 0,0005 %, mais inférieure à 0,01 %, Suivant une variante   préférentielle   des modalités relatives à un bain d'alliage zinc avec 3 à 15 % en poids d'aluminium contenant du Mischmetall, ce dernier est du type La- 
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 Mischmetail (Lanthane-Mischmetall) ou Ce-Mischmetail (Cerium-Mischmetall).

   Suivant une variante de la modalité précédente, le bain métallique de revêtement présente la composition suivante : solde Zn, 5 % ( 10 %) en pods d'AI, 0,02% ( 10 %) en poids de La et/ou Ce avec au maximum 0, 1 % en poids de Si. 



  La présente invention porte aussi sur différentes pièces traitées suivant l'une ou l'autre variante du procédé décrit ci-dessus. 

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 Conformément à l'application du procédé de la présente invention suivant l'une ou l'autre de ses modalités de mise en oeuvre, une pièce de la structure d'un véhicule tel qu'une moto, une automobile, un camion, un autobus ou tout autre engin mobile de même type, est caractérisée en ce qu'elle est revêtue d'un alliage zinc-aluminium déposé sur une mince couche de cuivre. 



  Suivant une variante   préférentielle de la modalité   précédente, la pièce fait partie du dispositif de suspension du véhicule.

Claims

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REVENDICATIONS 1. Procédé pour la formation d'un revêtement zinc-aluminium sur une pièce en acier, caractérisé en ce que l'on forme sur la surface de ladite pièce une mince couche de cuivre et en ce que l'on fait passer ensuite ladite pièce dans un bain métallique de revêtement composé pour la majorité de zinc avec 3 à 15 % en poids d'aluminium.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait passer ladite pièce dans un bain métallique de revêtement directement après avoir formé sur la surface de ladite pièce une mince couche de cuivre.
3. Procédé suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on forme la couche de cuivre par cémentation chimique.
4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'on immerge la pièce dans un bain maintenu à une température comprise entre 10 et 30. C et contenant du CuS04, du H2S04 et solde en H20 jusqu'à couverture totale de la surface et saturation de la réaction de dépôt.
5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'on immerge la pièce pendant une durée comprise entre 20 et 30 secondes dans un bain maintenu à une température comprise entre 10 et 30. C et contenant 10 g/t ( : t 10 %) de CuS04, 0, 7 g/) ( 10 %) de H2S04 et solde en H20.
6. Procédé suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on forme la couche de cuivre par"electroless deposition"en plongeant la pièce dans un bain maintenu à une température compnse entre 40 et 70. C et contenant du CuS04, du NaOH, du Formaldéhyde, de l'acide éthylènediaminetetraacétique (EDTA), du Méthyldichlorosilane et solde en H20.
7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'on forme la couche de cuivre par"electroless deposition"en plongeant la pièce dans un bain maintenu à une <Desc/Clms Page number 9> température comprise entre 40 et 70 C et contenant 10 g/) ( 10 %) de CuS04, 10 g/) ( 10 %) de NaOH, 20 moi/1 ( 10 %) de Formaldéhyde, 20 g/) ( 10 %) d'acide éthylènediaminetetraacétique (EDTA), 0.25 g/t ( 10 %) de Méthyldichloro- silane et solde en H20.
8. Procédé suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on immerge la pièce dans un bain métallique de revêtement composé pour la majorité de zinc avec 3 à 15 % en poids d'aluminium et contenant en outre une certaine proportion d'un alliage de terres rares et d'autres métaux, appelé Mischmetall, en proportion supérieure ou égale à 0,0005 %, mais inférieure à 0,01
%, 9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'on immerge la pièce, préalablement cuivrée, dans un bain métallique de revêtement composé pour la majorité de zinc avec 3 à 15 % en poids d'aluminium et contenant du Mischmetall du type La-Mischmetall (Lanthane-Mischmetall) et/ou Ce-Mischmetall (Cenum-Mischmetail).
10. Procédé suivant les revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que l'on Immerge la pièce dans un bain métallique de revêtement présentant la composition suivante : solde Zn, 5 % ( 10 %) en pods d'AI, 0,02% ( 10 %) en poids de La et/ou Ce avec au maximum 0,1 % en pods de Si.
11. Pièce de la structure d'un véhicule obtenue par l'application du procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle est revêtue d'un alliage zinc-aluminium déposé sur une mince couche de cuivre.
12. Pièce suivant la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle fait partie du dispositif de suspension du véhicule.