Revêtements de zinc

Préparation métallographique des revêtements de zinc

Les revêtements de zinc sont utilisés pour la protection contre la corrosion de l'acier et du fer. Mais les revêtements de zinc varient beaucoup, et la préparation métallographique peut être un véritable défi. Cette note d'application présente des méthodes éprouvées et optimisées qui aideront à préparer les couches de zinc de façon rapide et fiable, ce qui permettra d'obtenir des images de haute qualité pour l'interprétation des structures.

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Les principales caractéristiques des revêtements de zinc

Le revêtement de l'acier ou du fer avec du zinc, un procédé connu sous le nom de galvanisation, est principalement utilisé pour protéger les fontes, les aciers doux et les aciers faiblement alliés contre la corrosion. Les revêtements de zinc assurent une protection cathodique contre la corrosion, c'est-à-dire que lorsqu'il est exposé à l'air et à l'eau, le zinc forme du carbonate de zinc, qui protège l'acier contre la corrosion.

Pour augmenter la protection contre la corrosion ou l'élément décoratif des tôles d'acier galvanisé, des revêtements organiques tels que des feuilles ou de la peinture peuvent être appliqués sur le revêtement de zinc. Par conséquent, les produits revêtus de zinc sont couramment utilisés dans de nombreux secteurs, tels que l'automobile, les produits ménagers, les appareils électriques et la construction.

La métallographie des revêtements de zinc

La métallographie du zinc représente un outil important pour la recherche et le développement de produits, le contrôle de la qualité et l'analyse des défaillances. Lorsque l'on travaille avec des revêtements de zinc, la métallographie est principalement utilisée pour :
  • Analyser les défauts
  • Mesurer l'épaisseur des revêtements de zinc
  • Analyser la microstructure du revêtement et du matériau de base.
  • Vérifier l'adhésion

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Fig. 1 : Galvalume, attaque au Nital à 1 %, 500x

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Fig. 2 : Surface du revêtement de zinc par immersion à chaud, SEM

Production : le revêtement de l'acier avec du zinc

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Fig. 3 : Principes du revêtement par immersion à chaud 

Électrogalvanisation

Le revêtement de zinc est déposé par électrolyse sur la tôle d'acier, ce qui produit une couche très fine et uniforme de zinc pur.

Immersion à chaud

La tôle d'acier passe dans un bain de zinc en fusion dans un processus continu. Le revêtement résultant a généralement une épaisseur comprise entre 7 et 15 µm, mais peut atteindre 20 μm. Après la fabrication, certaines pièces galvanisées à chaud peuvent subir un traitement supplémentaire, notamment un traitement thermique ou une immersion statique dans un bain de zinc fondu.

Il existe un certain nombre de méthodes de galvanisation très spécifiques. Pour plus de détails sur ces méthodes, consultez la rubrique note d'application intégrale.

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Fig. 4 : Revêtement de zinc déposé électrolytiquement, poli à 1 μm. Nettoyage final/polissage à l'alcool pur, 1000x

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Fig. 5 : Revêtement de zinc post-fabrication, attaque au Nital à 0,5%, avec une phase γ à la limite du métal de base et de grandes colonnes δ dans la matrice de zinc, 200x

Difficultés lors de la préparation des revêtements de zinc pour l'analyse métallographique

Comme les revêtements de zinc varient en dureté et en épaisseur, ils se comportent différemment lors de la préparation métallographique. De plus, certains revêtements de zinc réagissent avec l'eau, ce qui rend la préparation particulièrement difficile.

Difficultés pendant l'enrobage
L'enrobage des échantillons revêtus de zinc peut être un défi, surtout lorsque le temps est compté. Pour éviter les écarts, il faut assurer une bonne adhésion entre le matériau d'enrobage et l'échantillon.

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Fig. 6 : Les écarts entre l'échantillon et la résine peuvent provoquer des taches d'eau et d'alcool, ainsi que des arrondis de bords et des débris de prépolissage piégés, 200x. 

Difficultés lors des étapes de prépolissage et de polissage
Les revêtements de zinc deviennent plus tendres et plus sensibles à l'eau en fonction de la pureté du zinc contenu dans le revêtement, en particulier les revêtements ordinaires déposés par immersion à chaud et par électrolyse, qui ont une teneur élevée de zinc. Cela les rend tendres et sensible aux déformations mécaniques et aux rayures. Ils ne peuvent pas être nettoyés à l'eau.

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Fig. 7 : Revêtements tendres, rayures visibles des étapes de prépolissage et de polissage, 500x

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Fig. 8 : La réaction avec l'eau entraîne une décoloration et une attaque du zinc, 1000x

Recommandations pour le tronçonnage de revêtements de zinc

Le tronçonnage des tôles d'acier est relativement simple et peut être effectué avec les meules abrasives en oxyde d'aluminium appropriées. Le tronçonnage à l'aide d'une guillotine ou d'une cisaille à fer blanc peut déformer fortement la feuille et fissurer le revêtement.

 

Recommandations pour l'enrobage de revêtements de zinc

Le plus grand défi lors de l'enrobaged'échantillons revêtus de zinc est d'éviter les écarts entre la résine d'enrobage et l'échantillon enrobé. La solution consiste à dégraisser l'échantillon avec de l'acétone avant l'enrobage et à utiliser les résines d'enrobage appropriées.

Les résines d'enrobage suivantes sont recommandées :
  • Epoxy d'enrobage à froid à durcissement lent qui présente un retrait négligeable et adhère très bien à l'échantillon.
  • L'enrobage par compression à chaud avec une résine phénolique qui contient des fibres de carbone ( PolyFast) est fortement recommandé car il ne laisse aucune écart et possède la dureté appropriée pour maintenir les échantillons à plat.
Comment enrober de grands volumes de revêtements de zinc ?
Lors de l'enrobage des échantillons en feuille, il est recommandé de maintenir les échantillons en position verticale à l'aide de clips en plastique. Cependant, les clips pour échantillons ne peuvent contenir que quelques feuilles, ce qui est trop lent pour les laboratoires de contrôle de qualité à fort volume. Par conséquent, le processus suivant est recommandé :
  • Coller les multiples feuilles ensemble avec de la colle instantanée.
  • Enrobage à chaud des feuilles collées dansPolyFast.
Vous trouverez une description plus détaillée de l'enrobage des échantillons de revêtement de zinc dans la note d'application complète.

Pour en savoir plus

Recommandations pour le prépolissage et le polissage des revêtements de zinc

Les tôles en acier galvanisé ont traditionnellement été meulées avec des feuilles ou du papier de carbure de silicium de différents grains, suivi de deux ou trois étapes de polissage diamanté. Pour raccourcir cette procédure, remplacez le prépolissage fin sur une feuille ou un papier de carbure de silicium par un prépolissage fin à l'aide d'un disque de prépolissage fin spécial (MD-Largo).

Méthode de préparation

La méthode de préparation suivante peut être optimisée en fonction des exigences du processus.
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La méthode de prépolissage et de polissage en cinq étapes est la suivante :
  1. Prépolissage plan avec feuille SiC ou papier SiC #320.
  2. Prépolissage fin avec MD-Largo et suspensionDiaPro Allegro 9 µm/DiaPro Largo 9 µm.
  3. Polissage diamanté avecMD-Dac et suspension DP A, suspension 3 µm avec lubrifiant jaune.
  4. Polissage diamanté avecMD-Dur et suspension DPA, suspension 1 µm avec lubrifiant jaune.
  5. Pour éviter les problèmes de nettoyage de la surface, une étape supplémentaire à l'éthanol dénaturé avec de l'alcool isopropylique sur un drap de polissage MD-Chem est recommandé.
Recommandations générales pour le prépolissage et le polissage des revêtements de zinc :
  • Pour les systèmes de dosage automatique, des suspensions diamantées et des lubrifiants élimineront les taches.
  • Lors de l'utilisation d'un équipement de prépolissage et de polissage sans système de dosage automatique, le spray diamanté donne d'excellents résultats car il ne contient pas d'eau.
  • Les draps en soie permettent de garder les échantillons plats (mais pas complètement exempts de rayures).
  • Le polissage avec des draps doux et nappés est à éviter car il peut entraîner un certain relief.

Nettoyage et séchage des revêtements de zinc

Comme le zinc réagit avec l'eau, le nettoyage des échantillons peut être difficile. L'effet de l'eau est sans importance pendant le prépolissage, mais l'eau peut provoquer une décoloration du revêtement lors des étapes de polissage ultérieures, ce qui pourrait affecter l'analyse.

Comment éviter la décoloration :
  • Ne pas utiliser d'eau pour nettoyer entre les étapes du polissage diamanté. Au lieu de cela, tamponnez et rincez l'échantillon à l'éthanol dénaturé avec de l'alcool isopropylique. Sécher avec de l'air comprimé propre.
  • Pour le nettoyage final, un polissage très bref à l'éthanol dénaturé avec de l'alcool isopropylique sur un drap de polissage MD-Chem. Rincer et sécher l'échantillon.
  • Si vous utilisez un système de dosage automatique, programmez le système de dosage pour donner une grande dose de lubrifiant sans eau immédiatement après le polissage final. Cela facilitera le nettoyage ultérieur.

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Fig. 9 : Couche d'immersion à chaud nettoyée à l'eau, 500x

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Fig. 10 : Revêtement par immersion à chaud nettoyé à l'alcool, 500x

Pour en savoir plus

Recommandations pour l'attaque de revêtements de zinc

Le réactif d'attaque le plus courant pour les revêtements de zinc est l'acide nitrique à 0,5-2 % d'alcool. Les temps d'attaque sont très brefs, quelques secondes seulement. La sur-attaque se produit très facilement, l'attaque doit donc être effectuée avec précaution.

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Fig. 11 : Revêtement Galfan, attaque au Nital à 0,5 %. Structure dendritique primaire, 500x

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Fig. 12 : Le même revêtement que Fig. 9. Le plus fort grossissement montre une solution solide riche en zinc α et une structure eutectique lamellaire constituée de α et de la phase riche en aluminium, β, 1000x.

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Fig. 13 : Revêtement Galvaneal attaque au Nital à 1%. Une fine couche de diffusion γ, riche en fer, apparaît entre la base en acier et le revêtement de zinc. La structure du revêtement est zinc-fer, avec des concentrations variables en fonction de la distance avec le métal de base, 1000x.

Approfondir le sujet

Pour une description plus détaillée des difficultés et des recommandations lors de la préparation des échantillons revêtus de zinc pour l'analyse matérialographique.

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Résumé

Le revêtement de l'acier avec du zinc est couramment utilisé dans les industries de l'automobile, de l'électroménager et du bâtiment pour protéger de la corrosion les fontes, les aciers doux et les aciers faiblement alliés.

Selon le procédé de galvanisation, les revêtements de zinc varient en épaisseur et en dureté. Par conséquent, ils se comportent différemment durant la préparation métallographique. De plus, certains revêtements de zinc réagissent avec l'eau, ce qui rend la préparation particulièrement difficile. En général, les revêtements de zinc nécessitent :
  • Une technique d'enrobage fiable avec la résine d'enrobage appropriée.
  • Un polissage fin avec une suspension diamantée sur un disque rigide (MD-Largo).
  • Un polissage et nettoyage approfondi à l'éthanol dénaturé à l'alcool isopropylique.
  • Un temps d'attaque très court.

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Holger Schnarr

Toutes les images sont de Ólafur Ólafsson, spécialiste application, Danemark.
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