galvaniser

SARRERA DESBERDINA:

Galvanisation

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La galvanisation est l'action de recouvrir une pièce en métal (généralement une fonte ou un acier) d'une couche de zinc, afin de la protéger contre la corrosion (le traitement est dit anticorrosif). Le mot fait référence à l'inventeur Luigi Galvani (1737-1798), un physicien et médecin italien ayant découvert le galvanisme le 6 novembre 1780.
Dans l'industrie, ce terme désigne essentiellement les procédés de « galvanisation à chaud au trempé », pour les distinguer des procédés d'électrozingage.
Les premiers brevets de galvanisation à chaud au trempé (par trempage de l'ensemble des éléments) datent des années 1840. L'ingénieur français Stanislas Sorel obtient un brevet^[1] le 10 mai 1837 pour cette méthode de galvanisation à chaud^[2]. En 1837, le physicien et ingénieur allemand naturalisé russe Moritz Hermann von Jacobi découvre la galvanoplastie à Saint-Pétersbourg. En 1854, l'industriel et chimiste Léopold Oudry crée un atelier électrochimique à Auteuil, au 10 de la rue Cuissard (aujourd'hui rue Félicien-David). Il réussit à cuivrer durablement des petites pièces puis, en modifiant son procédé, il obtient la commande de cuivrage galvanique de tous les objets et monuments en fonte de la ville de Paris, et en particulier plusieurs fontaines^[3].
Le principe est celui de la protection cathodique par anode sacrificielle :
Plusieurs procédés industriels peuvent être utilisés pour galvaniser une pièce^[6] :
Il est à noter que, quel que soit le procédé choisi, il faut préalablement nettoyer la pièce à galvaniser (des graisses, oxydes, calamine, poussières, etc.), sans quoi le zinc se déposerait mal (ou pas du tout) sur les parties « sales », rendant la galvanisation sans effet.
La galvanisation à chaud, ou plus exactement la « galvanisation à chaud au trempé », est une technique de l'industrie de la métallurgie qui est utilisée pour protéger contre la corrosion une pièce d’acier à l'aide de zinc. Ce procédé donne au revêtement protecteur de l'adhérence, de l'imperméabilité, et de la résistance mécanique. Une pièce traitée par la galvanisation est dite galvanisée.
La galvanisation à chaud au trempé consiste à revêtir et à lier de l'acier avec du zinc en immergeant l'acier dans un bain de zinc en fusion à 450 °C environ.
Ce procédé ne consiste pas uniquement à déposer du zinc sur quelques micromètres à la surface de l'acier. Le revêtement de zinc est chimiquement lié à l'acier de base, car il se produit une réaction chimique métallurgique de diffusion entre le zinc et le fer ou l'acier à 450 °C. Quand on retire l'acier du bain de zinc, il s'est formé à sa surface plusieurs couches d'alliages zinc-fer sur lesquelles le zinc entraîné se solidifie. Ces différentes couches d'alliages, plus dures que l'acier de base pour certaines, ont une teneur en zinc de plus en plus élevée au fur et à mesure que l'on se rapproche de la surface du revêtement. Le traitement doit être conforme à la norme ISO 1461 (« Revêtements par galvanisation à chaud sur produits finis en fonte et en acier »)^[9].
Il existe en 2014 environ 55 sites industriels de galvanisation à chaud en France^[2]. Ils galvanisent environ 600 000 tonnes d'acier par an, dont 45 % pour le bâtiment (charpentes, métallerie, éléments de garde-corps, etc.). Les autres usages concernent le mobilier urbain (éclairage public, signalisation, barrières et glissières de sécurité), l'énergie, les transports (dont les porte-caténaires) et divers supports, en particulier dans les piscines ou en mer, c’est-à-dire dans un environnement humide particulièrement agressif et/ou contenant du chlore, dans les usines de traitement des eaux ou stations d'épuration ou dans les bâtiments d'élevage, dans une atmosphère acide^[10].
L'application d'un revêtement de zinc par galvanisation ne se résume pas à l'immersion d'une pièce en acier dans un bain de zinc fondu. La galvanisation de produits finis se déroule en effet par étapes.
La galvanisation de produits finis comprend 8 étapes principales :
Il faut en moyenne de 60 à 70 kilos de zinc pour protéger une tonne d'acier contre la corrosion. La figure suivante représente les différentes étapes de la galvanisation de produits finis.
La galvanisation à chaud ne consiste pas uniquement à déposer du zinc à la surface de l'acier. Le revêtement de zinc est métallurgiquement lié à l'acier de base, car il se produit une réaction métallurgique de diffusion entre le zinc et le fer.
Quand on retire l'acier du bain, il s'est formé à sa surface plusieurs couches d'alliages zinc-fer sur lesquelles le zinc entraîné se solidifie. Ces différentes couches d'alliages plus dures que l'acier de base ont une teneur en zinc de plus en plus élevée au fur et à mesure que l'on se rapproche de la surface du revêtement.
Ainsi, cette spécificité liée au procédé de galvanisation offre au revêtement protecteur adhérence, imperméabilité, et résistance mécanique.
De plus, l'épaisseur de ce revêtement est supérieure à celle obtenue avec les autres techniques de protection.
Le revêtement d'une pièce galvanisée à chaud (épaisseur, structure et aspect) varie principalement suivant la composition de l'acier. Sa teneur en silicium et en phosphore joue un rôle important sur sa réactivité vis-à-vis du zinc liquide.
D'où l'importance de bien choisir l'acier que l'on va galvaniser. La norme NF A 35-503 (2008) définit 3 catégories d'aciers aptes à la galvanisation, suivant la teneur de ces deux éléments.
Les aciers de catégorie A et catégorie B sont normalement réactifs : après galvanisation, ils ont un bel aspect uniforme avec des épaisseurs au moins conformes à la norme NF EN ISO 1461.
La Norme AFNOR NF 35-503 : Ce qu'il faut en retenir :
Ces éléments sont purement indicatifs.
Les aciers de catégorie C sont plus réactifs : leur aspect après galvanisation est plus mat, avec possibilité de zones grisées marbrées ou rugueuses, sans conséquence sur la tenue à la corrosion. Les épaisseurs atteignent 120 à 200 microns, voire plus. Elles peuvent dépasser 200 microns pour des pièces nécessitant des temps d'immersion plus importants.
( * ) Classification des aciers suivant leur teneur en silicum et en phosphore
Par accord à la commande, l'analyse sur produit peut être effectuée.
Afin de galvaniser une pièce, celle-ci doit être impeccable et dépourvue de saletés (calamine, graisse). Afin de la décaper il existe deux méthodes principales : le décapage à l'acide (chlorhydrique ou sulfurique) et le grenaillage :
Les lignes continues de galvanisation à chaud se composent des éléments suivants :
L'épaisseur de ce revêtement est supérieure à celle obtenue avec les autres techniques de protection. Par exemple, pour les normes EDF / SNCF en France, l'épaisseur de zinc en surcouche est de 70 µm. La norme EN ISO 1461 impose un minimum de 55 µm pour des aciers d'épaisseur comprise entre 1,5 et 3 mm, 70 µm pour les aciers d’épaisseur comprise entre 3 et 6 mm et 85 µm pour les aciers d’épaisseur supérieure à 6 mm.
La propriété sacrificielle de la galvanisation est un facteur important du choix de ce procédé. En effet si le métal est mis à nu sur une pièce galvanisée à chaud au trempé alors la réaction entre fer (Fe⁺) et zinc (Zn⁻) fait en sorte que la partie vive sera cicatrisée par dépôt de sel de zinc.
L'American Galvanizer Association donne comme résistance à la corrosion des métaux galvanisés :
À la suite d'un travail mené par l’association Galvazinc, vous trouverez les deux tableaux qui vous indiqueront la durée de vie et la vitesse de corrosion à prévoir suivant les différents environnements auxquels l’acier galvanisé peut être soumis :
C'est un abus de langage pour l'électrozingage. Ce terme est souvent utilisé pour les peintures aérosol, qui contiennent souvent de la poudre d’aluminium ou de la poudre de zinc en quantité très faible. Avec ce système, il n’y a pas création d’intermétallique, soit une réaction (mélange) entre le fer et le zinc. D’autres industries peuvent aussi utiliser ce terme pour des dépôts de zinc via un procédé électrolytique que l’on appelle l’électrozingage.
La galvanisation à chaud a de tels atouts que son champ d'application continue de s'étendre. De plus en plus de pièces de petites dimensions (pièces de fixation, visserie, tiges filetées, etc.) sont galvanisées à chaud.
La technique mise en œuvre pour ce type de production est la galvanisation par centrifugation, appelée aussi galvanisation par essorage.
Au lieu d'être accrochées à des montages ou suspendues sous des balancelles, les pièces à galvaniser sont disposées par lots dans des paniers et sont centrifugées en sortie du bain de zinc. Avantages de la centrifugation :
La shérardisation est une méthode inventée par Sherard Cowper Cowles (en) au début du XX^e siècle. Ce procédé thermochimique anticorrosion consiste en une diffusion et pénétration du zinc dans l'acier. La shérardisation permet d'obtenir un revêtement de type alliage fer-zinc de deux couches d'alliage fer-zinc, la couche gamma en partie diffusée qui contient 21 à 28 % de fer et la couche compacte delta qui renferme 8 à 10 % de fer.
Lors de la shérardisation, les pièces en phase solide sont chauffées de 380 à 450 °C dans un caisson fermé animé d'une rotation lente en présence de poudre de zinc et d'un matériau inerte. Les aciers au carbone non allié, les aciers HR, la matière frittée, le fer et la fonte se prêtent très bien à la shérardisation.
Plusieurs post-traitements peuvent être réalisés :
La shérardisation est un traitement anti-corrosion et anti-abrasion, elle répond à de nombreuses applications dans l'industrie :
La shérardisation a les avantages suivants :
Selon Galvazinc Association (association des galvanisateurs), l'écobilan du matériau présente un intérêt, car la galvanisation à chaud, bien que consommatrice d'énergie et de produits chimiques est « comparativement à d’autres procédés anticorrosion comme les peintures, énergétiquement 2 fois plus économe, sur une durée de vie considérée de 60 ans […] grâce à l’absence totale d’entretien nécessaire sur les pièces traitées, sans aucune remise en peinture à faire tous les 15 ans »^[10].
La durée de vie des pièces galvanisées serait également plus longue, notamment dans les milieux les plus agressifs. Cinq paramètres influeraient sur le phénomène — inéluctable — de corrosion : la température, l’hygrométrie, la quantité de précipitations, la concentration en polluants (type SO₂) et le taux de chlore. « En fonction de la localité, l’agressivité de l’atmosphère peut diminuer de moitié la durée de vie de la pièce ». Un traitement local à base de peinture duplex spéciale serait toujours possible, afin de prolonger d’une dizaine d’années la durée de vie des éléments exposés.
Cette définition provient du site de l’association française pour le développement de la galvanisation GALVAZINC (norme ISO 1461) et du site d'un spécialiste en galvanisation Galva Union SA. Ce site propose également des vidéos sur les procédés de galvanisation disponibles dans la médiathèque du site ; voir notamment la vidéo galvanisation à chaud par centrifugation. Voir aussi le site du groupe PRESTIA (membre de Galvazinc) et celui de Galva Atlantique (membre de Galvazinc).
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