Développement d'un procédé couplé sol-gel/électrophorèse pour des applications en anti-corrosion

Development of a couple process between sol-gel and electrophoresis for anti-corrosion application

• Auteur / Autrice : Candida Ana Patricio Magalhaes
• Direction : Florence Ansart, Pierre-Louis Taberna
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance le 02/12/2016
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Inter-universitaire de Recherche et d’Ingénierie des Matériaux (Toulouse ; 1999-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anticorrosion

Électrophorèse

Sol-gel, Procédé

Mots clés libres

Sol-gel

Electrophorèse

Boehmite

Revêtements

Aluminium

Anti-corrosion

Sol-gel

Electrophoresis

Boehmite

Coatings

Aluminium

Anti-corrosion

Résumé

L'objectif de ces travaux de thèse a été de développer un système de protection anticorrosion sur alliages d'aluminium 2024 en combinant le procédé sol-gel à la technique de dépôt par électrophorèse (ou EPD). Dans cette optique, nous nous sommes intéressés à l'évaluation du couplage de la technique de dépôt par EPD, technique offrant l'avantage de réaliser des dépôts à la fois épais, couvrants et homogènes en épaisseur même sur pièces complexes, au procédé sol-gel, bien connu et fortement prometteur pour développer des revêtements anti-corrosion performants. Le travail de thèse s'est focalisé sur la réalisation de dépôts par électrophorèse à partir d'un sol hydride, chargé ou non en particules de boehmite (NPs), et sur l'étude de différents paramètres électrophorétiques (paramètres à la fois liés au medium et au procédé lui-même). Nous avons ensuite cherché à connaître les propriétés des revêtements mis en forme par EPD (propriétés anti-corrosion et perméabilité des films en particulier) via des caractérisations électrochimiques (étude par Spectroscopie d'Impédance Electrochimique (SIE), électrode à disque tournant (EDT)). Ces dernières études ont été réalisées sur alliage d'aluminium 2024 (AA2024), dans un premier temps, puis sur substrat modèle (substrat inerte tel que l'or (Au)) dans le but d'évaluer la réponse électrochimique intrinsèque du revêtement. Dans un premier temps, nous avons pu obtenir par EPD et de façon répétable, des dépôts homogènes et d'épaisseurs contrôlées sur AA2024 et Au. La croissance de ces dépôts est à la fois le résultat de la migration des NPs et de l'augmentation du pH interfacial, provoqué par l'électrolyse de l'eau mais responsable, à terme, d'une redissolution du film. Ce phénomène de redissolution/décollement a pu néanmoins être limité en modulant la forme du signal électrique (application d'un potentiel périodique). Aussi, nous avons démontré que la quantité de NPs présente dans le sol précurseur joue un rôle clé dans les épaisseurs de dépôts obtenues (des épaisseurs dans la gamme 7 à 20 µm ont pu être atteintes en doublant uniquement la concentration en NPs vectrices dans le sol précurseur). En ce qui concerne le comportement électrochimique des différents systèmes mis en forme par EPD, la modélisation des spectres SIE, via le logiciel Z view, montre que les propriétés barrières des revêtements chargés tendent à se dégrader plus vite avec le temps d'immersion que pour ceux obtenus sans particules. Nous avons finalement cherché à mesurer la perméabilité des films électrophorétiques via un dispositif de type électrode à disque tournant (EDT). Les résultats obtenus ont montré que le coefficient de perméabilité kf des films électrophorétiques évolue fortement, dès les premières heures d'immersion, et augmente d'autant plus que le système est chargé en NPs.

The realisation of organic/inorganic coatings on metal substrates, prepared by sol-gel route and shaped by electrophoretic deposition (EPD), is a new combined process which has been the subject of only few studies. EPD technique offers an easy control of the thickness and morphology of the film even on substrates of complex shape, which are the main challenges for all kinds of deposition techniques used in various industrial fields. Moreover, sol-gel route has been extensively studied as a potential alternative pre-treatment to prepare a variety of materials with versatile applications from anti-corrosion to anti-wear. So, coupling these two techniques is one way to obtain both benefits on a same system. In this work, the electrophoretic deposition was performed on AA2024 from an aqueous sol suspension containing sol-gel boehmite nanoparticles (NPs). The influence of the applied voltage and deposition time on the deposit thickness was studied. The effect of the concentration of NPs, added in the precursor sol, on the thickness was also investigated. It is shown that an increase in the applied voltage and deposition time increased the thickness of the deposit film (from 2 to 11 µm). However, for a same voltage, increasing the concentration of NPs in the precursor sol, progressively increases the coating thickness (Figure 1.) and appears as a key parameter to adjust the coating thickness. Finally, it was demonstrated that a perfect control of the microstructure and the deposit thickness was achievable, thanks to both EPD parameters and sol properties. The electrochemical properties of the electrophoretic coatings are then studied by Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and by rotating disk electrode and showed that the permeability of the coatings increased with the particles concentration.