Conversion chimique des surfaces d'alliages d'aluminium sans chrome hexavalent

Conversion coating on aluminium alloy without hexavalent chromium

• Auteur / Autrice : Marion Ely
• Direction : Philippe Marcus
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique et Chimie Analytique
• Date : Soutenance le 15/12/2016
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche de chimie Paris
• Jury : Président / Présidente : Claire-Marie Pradier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Tingaut, Jolanta Światowska
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Blanc, Roland Oltra

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydation

Chrome

Matériaux résistant à la corrosion

Aluminium -- Alliages

Mots clés libres

AA 2024-T3

TCP (Trivalent Chromium Protection)

Prétraitement

Post-traitement

Conversion sans chrome

Analyse de surface (XPS, ToF-SIMS)

TCP (Trivalent Chromium Protection)

Post-treatment

Conversion without chromium

Résumé

Les couches de conversion actuellement utilisées dans l'industrie aéronautique, pour protéger le métal de la corrosion et favoriser l'adhérence de la peinture, contiennent du chrome hexavalent, composé toxique et cancérigène dont l'utilisation va prochainement être interdite par la réglementation européenne REACh. L'une des pistes envisagée pour remplacer ces couches chromatées est l'utilisation de couches de conversion TCP (Trivalent Chromium Protection). Ces travaux portent sur l'étude des couches de TCP et s'attachent à caractériser chaque étape du traitement de surface industriel, incluant les étapes de prétraitement et de post-traitement. Des techniques d'analyse de surface (XPS, ToF-SIMS, AFM, MEB et PM-IRRAS) ont été utilisées pour analyser la composition chimique et la morphologie de la surface après chaque étape du traitement. Cette étude a été réalisée sur un alliage d'aluminium AA 2024-T3, très utilisé en aéronautique pour ses propriétés mécanique, mais présentant une faible résistance à la corrosion. Les résultats obtenus ont notamment mis en évidence que la couche de TCP se forme sur toute la surface de l'alliage (composés intermétalliques et cavités), et ont permis de comprendre comment le post-traitement permet d'améliorer la résistance à la corrosion de la couche de TCP. Ces travaux s'intéressent également à des couches de conversion sans chrome, à base de zirconium, étudiées ici pour servir de point de départ au développement d'une conversion sans chrome qui respecterait les exigences de résistance à la corrosion.

Conversion coatings are used in aerospace industry to protect the metal from corrosion and to promote paint adhesion. Currently, chromate conversion coatings are used, but chromate is toxic and carcinogenic and its use will be forbidden by the European REACh regulation. TCP (Trivalent Chromium Protection) conversion coatings, are considered as a promising alternative to replace chromate conversion coating. This work focuses on the characterisation of the TCP layer and considers each step of the industrial surface treatment, including pre-treatment and post-treatment steps. Surface analytical techniques (XPS, ToF-SIMS, AFM, SEM and PM-IRRAS) were used to analyse the chemical composition and morphology of the surface after each step in the process. This work was done on an aluminium alloy AA 2024-T3, commonly used in the aerospace industry for its good mechanical properties, but poorly resistant to corrosion. The results obtained demonstrate, among other things, that the TCP layer totally covers the surface (intermetallic compounds and cavities) and enable to understand how the post-treatment can improve the corrosion resistance of the TCP coating. This work also focuses on conversion coating based on zirconium, which are studied here to be used as a starting point to develop a new conversion coating without chromium, meeting the corrosion resistance requirement.