Mouillage des surfaces hétérogènes texturées fer-silice par le plomb liquide

Wetting on heterogeneous metal-oxides regular patterned surfaces by a non-reactive liquid metal

• Auteur / Autrice : Moustapha Diallo
• Direction : Marie-Laurence Giorgi, Hervé Duval
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des Matériaux
• Date : Soutenance le 18/01/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Chatain
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Laurence Giorgi, Hervé Duval, Dominique Chatain, Yann Le Petitcorps, Fiqiri Hodaj, Alexey Koltsov, Jean-Michel Mataigne, Benoît Goyeau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Yann Le Petitcorps, Fiqiri Hodaj

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métaux -- Surfaces

Galvanisation

Métaux liquides

Mots clés libres

Chute de goutte

Surfaces texturées

Métal liquide

Dynamique de mouillage

Drop impact

Tailored surfaces

Liquid metal

Wetting dynamics

Résumé

Dans la galvanisation à chaud, les aciers sont protégés contre la corrosion par une mince couche de zinc obtenue par immersion dans un bain d’alliage de zinc. Avant ce processus, les tôles d'acier subissent un recuit de recristallisation afin d'éliminer l’écrouissage après laminage à froid. Les conditions de recuit utilisées réduisent le film d'oxyde de fer natif, ce qui favorise la mouillabilité de la surface de l'acier par le zinc liquide. Cependant, les nouveaux aciers à haute résistance contiennent des quantités importantes d'éléments d’addition, tels que le silicium et le manganèse. Ces élements diffusent à la surface de l'acier pendant le recuit de recristallisation et forment des particules ou des films d'oxyde par oxydation sélective externe. Si le fer pur est bien mouillé par le zinc liquide, ces oxydes ne le sont pas et leur présence à la surface peut entraîner des défauts dans le revêtement final.Pour étudier l'influence de la taille et de la distribution des oxydes sur le mouillage par le métal liquide, nous avons étudié un mouillage non réactif du plomb liquide sur une surface hétérogène texturée Fe / silice en utilisant la technique de chute de goutte.Ces surfaces ont été conçues par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma, suivi d'un procédé photolithographique.Après l'impact, la goutte s'étend jusqu'à son diamètre d'étalement maximal. S’ensuit une phase de recule de la goutte. Pendant son recul, la goutte est plus ou moins retenue, en fonction du taux de couverture de silice, sur le fer pur: phénomène d’accrochage-glissement. Sur les surfaces à faible teneur en silice, ce phénomène entraîne une déformation de la forme de la goutte qui est plus allongée dans un sens et quelquefois à la division de la goutte.Il a été démontré que le mouillage est affecté principalement par la fraction de surface de la silice.Enfin, nous avons modélisé les différentes phases de l'étalement de la goutte sur ces surfaces hétérogènes. Des modèles de littérature ont été revus et adaptés et nous avons proposé des modèles macroscopiques de l'oscillation de la goutte pendant son étalement.

In hot-dip galvanizing, steel sheets are protected against corrosion by a thin layer of zinc obtained by immersion in a zinc alloy bath. Before this process, the steel sheets undergo recrystallization annealing to eliminate stresses after cold-rolling. The annealing conditions used reduce the native iron oxide film, which promotes the wettability of the steel surface with liquid zinc. However, new high-strength steels contain significant quantities of addition elements, such as silicon and manganese. These elements diffuse on the surface of the steel sheets during recrystallization annealing and form oxide particles or films by selective external oxidation. If pure iron is well wet with liquid zinc, these oxides are not and their presence on the surface can lead to defects in the final coating.To study the influence of oxide size and their distribution on liquid metal wetting, we studied a non-reactive wetting of liquid lead on a heterogeneous Fe / silica textured surface using the dispensed technique.These surfaces were designed by plasma-assisted chemical vapour deposition followed by a photolithographic process.After impact, the drop extends to its maximum spreading diameter. This is followed by a phase of drop receding. During this, the drop is more or less retained, depending on the silica coverage rate, on the pure iron: stick-slip motion. On surfaces with low silica content, this phenomenon causes a deformation of the drop shape which is more elongated in one direction and sometimes at the division of the drop.We showed that wetting is mainly affected by the surface fraction of silica.Finally, we modelled the different phases of drop spreading on these heterogeneous surfaces. Literature models were reviewed and adapted and macroscopic models of the oscillation of the drop during its spreading were proposed.