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Nouvelles solutions de désanodisation à température ambiante et avec attaque limitée du substrat

BECHERINI, Béatrice | 11 mai 2020 |

Une solution de désanodisation sans CrVI a été développée par Inéosurf. Elle répond à plusieurs de points initialement fixés pour remplacer le chrome hexavalent. Les résultats obtenus encouragent à poursuivre cette voie. Explications.


Par Jérôme Frayret (jerome.frayret@ineosurf.fr), Ineosurf et Rémi Viroulaud (Remi.VIROULAUD@irt-m2p.fr), Joffrey Tardelli (Joffrey.tardelli@irt-m2p.fr), IRT M2P

Plusieurs procédés alternatifs existent cependant pour ces traitements ou sont en voie de développement. Ainsi les procédés de TSA LC (Tartric Sulfuric Anodisation Long Cycle) ou d’OAS NG (Oxydation Anodique Sulfurique New Generation) ont été développés à cette fin et sont actuellement utilisés dans les ateliers de traitement de surface.

Si la recherche d’alternatives aux procédés d’anodisation utilisant du chrome VI a fait l’objet de nombreuses études, la recherche de substituts aux procédés de détraitement utilisant du chrome VI n’a, à ce jour, fait l’objet que de peu de travaux. En effet la solution de désanodisation la plus couramment utilisée est une solution phospho-chromique utilisée à 85 °C. Ce procédé est aussi visé par la réglementation REACH du fait de l’utilisation de chrome hexavalent. Or ce procédé est essentiel pour la réparation des pièces utilisées en vol et qu’il faut détraiter avant réparation puis remontage sur l’aéronef de départ. Les principales propriétés de la désanodisation phopho-chromique sont de retirer la couche anodique sans attaquer le substrat et aucune alternative équivalente n’existe à ce jour. Le décapage sodique pourrait représenter une voie de substitution mais ce procédé ne possède pas les propriétés d’innocuité vis-à-vis du substrat ne peut donc pas être utilisée sur des pièces tolérancées. Il est d’autant plus important de se pencher sur le remplacement des bains phospho-chromiques car ces bains sont quasi inopérants sur les couches anodiques de nouvelles générations, imprégnés CrIII-Zr (procédé TCP : Trivalent Chromium Protection) et colmatés.

Des travaux ont été entrepris par Inéosurf sur cette problématique dans le cadre du projet Newsurf de l’IRT M2P. Différentes solutions ont été testées sans succès avant qu’il ne soit développé une formulation spécifique permettant de répondre au cahier des charges évoqué. La mise au point de cette solution a été réalisée après avoir déterminé et compris les mécanismes chimiques de déprotection des solutions phospho-chromiques. Différentes voies ont ensuite été explorées avec pour objectif de reproduire le mécanisme d’action des solutions phospho-chromiques.

Mécanisme d’action de la solution de désanodisation phospho-chromique

Un bain de désanodisation phospho-chromique possède un mécanisme d’action en deux étapes, du fait de la présence de deux composés aux propriétés chimiques totalement différentes. L’acide phosphorique, à chaud, a d’abord une action de solubilisation de la couche anodique (étape 1 de la figure 1). Une fois la couche anodique dissoute, l’acide chromique joue son rôle d’oxydant sur le substrat en aluminium (étape 2 de la figure 1). Cette action a pour conséquence la formation d’une couche de chromate d’aluminium de composition AlCrO3 voire Al2Cr3O12 passivante conférant des propriétés d’innocuité de la solution vis-à-vis du substrat (étape 3 de la figure 1).

A T851, 5086 H111, 6061 T651, 7010 T7451 et 7175 T7351. L’évaluation de la tenue à la corrosion a été effectuée par exposition des pièces dans une enceinte climatique de brouillard salin neutre pendant 500 heures et les essais ont été conduits selon la norme ISO9227. Aucune dégradation de la tenue à la corrosion des couches d’OAS NG réalisées après désanodisation avec la solution sans CrVI formulée n’a été observée pour les différents alliages testés par rapport à celle observée pour les pièces anodisées pour la première fois (tableau 1). Pour chaque cas (1e couche anodique et 2e couche anodique) les trois lignes associées correspondent à l’évaluation de trois éprouvettes réalisées dans les mêmes conditions.

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Tableau 1 : Évaluation de la résistance à la corrosion des couches d’OAS NG déposées sur alliage 2024 T351 avec ou sans traitement de désanodisation préalable

Conclusion

La solution de désanodisation sans CrVI développée par Inéosurf, présentée dans cet article, répond à beaucoup de points initialement fixés pour remplacer la solution phospho-chromique :

-Élimination de l’acide chromique.

-Désanodisation totale des couches de TSA LC et d’OAS NG imprégnées colmatées.

-Désanodisation totale des couches d’OAS et d’OAC colmatées dans une solution de bichromate de potassium (pièces actuellement sur avion et nécessitant une ou plusieurs réparations futures).

-Attaque limitée du substrat comparable à celle mesurée dans un bain phospho-chromique utilisé à 85 °C.

-Désanodisation – réanodisation sans perte de propriétés fonctionnelles.

-Durée de désanodisation : proche de 20 minutes.

-Température de travail : 15/25 °C.

La compréhension des mécanismes physico-chimiques inhérents au procédé de désanodisation phospho-chromique a été utile pour permettre le développement de cette formulation. Le principe de fonctionnement de cette solution est d’ailleurs aussi composé de deux étapes : attaque et complexation de l’aluminium constituant la couche anodique puis passivation du substrat avec les produits de réaction.

Les résultats obtenus encouragent à poursuivre cette voie jusqu’à son déploiement industriel. Pour cela, des travaux seront engagés et feront l’objet d’un projet dédié, nommé DOORS, porté par l’IRT M2P. Ces travaux viseront notamment à fiabiliser la solution, à valider sa robustesse et à évaluer le comportement en fatigue des pièces désanodisées avec la formulation développée pour permettre la validation d’un TRL6 en fin de projet. Enfin la mise au point d’une méthode simple de suivi du bain sera également réalisée.

Bibliographie

1. G. Hevesy, K. Kimura, The solubilities oth the phosphates of zirconium and hafnium. Journal of the American Chemical Society, 1925. 47(10): p. 2540-2544.

2.Handbook of Chemistry and Physics. Vol. 83rd Edition 2002.

3.P.C. Baldwin, Method for stripping anodized aluminium and aluminium alloys. 1980, Hixson Metal Finishing.



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