Mécanismes de corrosion de l’acier revêtu de zinc lamellaire : synergies entre effets mécaniques et électrochimiques

Corrosion mechanisms of steel coated by zinc flake : synergies between mechanical and electrochemical effects

• Auteur / Autrice : Arthur Boidot
• Direction : Jean-Bernard Vogt, Charafeddine Jama
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux denses, matériaux et composants
• Date : Soutenance le 16/03/2023
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux et Transformations - Unité Matériaux et Transformations - UMR 8207 / UMET
• Jury : Président / Présidente : Rose-Noëlle Vannier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Bernard Vogt, Charafeddine Jama, Marie-Georges Olivier, Anouk Galtayries, Fouad Bentiss, Naoufel Haddour
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marie-Georges Olivier, Anouk Galtayries

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie d'impédance

Interface organique-inorganique

Sol-gel, Procédé

Revêtements

Mots clés libres

Électrochimie

Caractérisation mécanique

Formulation

Corrosion

Revêtement

Zinc

Electrochemistry

Mechanical characterisation

Formulation

Corrosion

Coating

Zinc

Résumé

Les revêtements riches en zinc sont des films anticorrosion, constitués de particules de zinc maintenues ensemble par un liant. Cette thèse s’intéresse aux mécanismes de corrosion et de mécanique-corrosion de ces revêtements sur acier dans un milieu salin (NaCl à 30 g/L). Les formules étudiées, développées par NOF Metal Coatings Europe, ont plusieurs particularités : les particules de zinc ont une géométrie lamellaire, et le liant est un sol-gel hybride organique-inorganique en phase aqueuse. Ces revêtements ont été étudiés d’un point de vue électrochimique, par Spectroscopie d’Impédance Electrochimique (SIE) notamment, et d’un point de vue microstructural, par DRX, IR et MEB. Plusieurs mécanismes ont été identifiés pour expliquer l’effet protecteur apporté par ces formules à un substrat d’acier en milieu salin. D’abord un effet cathodique, apporté par le potentiel électronégatif du zinc, assure une protection galvanique à l’acier. Le zinc réagit, s’oxyde progressivement et les produits de corrosion formés, notamment la simonkolleite, procurent alors un effet autocicatrisant au revêtement. Les oxydes protecteurs viennent ainsi colmater les défauts du film et ralentissent la diffusion des espèces chimiques agressives à travers le revêtement. Lorsque le substrat revêtu, immergé dans le milieu corrosif, subit une déformation mécanique, ce mécanisme d’autocicatrisation est limité car des fissures se forment dans le film. Le zinc est alors exposé à l’électrolyte et réagit trop rapidement pour former en quantité suffisante les oxydes protecteurs. Cependant, lorsque la déformation est suffisamment lente, un effet auto-cicatrisant efficace peut se mettre en place et apporter une protection temporaire

Zinc-rich coatings are anticorrosion coatings made of zinc particles held together by a binder. This thesis focuses on the corrosion and stress-corrosion mechanisms of these coatings on steel in saline environment (NaCl at 30 g/L). The studied formulations, developed by NOF Metal Coatings Europe, have several specificities: the zinc particles have a lamellar geometry, and the binder is a water-based hybrid organic-inorganic sol-gel. These coatings have been studied using Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) technique and microstructural analysis, such as XRD, FTIR and SEM. Several mechanisms were identified to explain the protective effect of these formulae for steel substrate in saline environment. First, a cathodic effect, granted by the electronegative potential of zinc, provides a galvanic protection to the steel. The zinc reacts and progressively oxidizes to form corrosion products, notably simonkolleite, providing a self-healing effect to the coating. The protective oxides seal the defects in the film and slow down the diffusion of aggressive species through the coating. When the coated substrate, immersed in the corrosive environment, is submitted to a mechanical deformation, the self-healing mechanism is limited because of cracks formation in the film. The zinc is then more exposed to the electrolyte and reacts too fast to form enough protective oxides. However, when the deformation is slow enough, an effective self-healing effect can take place and provide temporary protection