Galvanisation

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La galvanisation est l'action de recouvrir une pièce d'une couche de zinc dans le but de la protéger contre la corrosion. Le traitement est dit anti-corrosif. Le vocable vient du nom de l'inventeur Luigi Galvani (1737-1798), physicien italien ayant découvert le galvanisme.

Dans l'industrie, on utilise surtout ce terme pour le procédé de « galvanisation à chaud au trempé ».

Introduction[modifier | modifier le code]

Histoire[modifier | modifier le code]

Les premiers brevets de galvanisation à chaud au trempé (par trempage de l'ensemble de l’élément) datent des années 1840. Ils ont été déposés par le Français Stanislas Sorel[1].

Principe chimique[modifier | modifier le code]

Le principe est celui de la protection cathodique par anode sacrificielle :

  • Le zinc a une tendance anodique plus forte que l'acier et va donc s'oxyder à la place de l'acier qu'il protège[2].
  • Le zinc ayant une cinétique d'oxydation environ 25 fois plus lente que celle de l'acier, l'oxydation est retardée[3].

Les différents procédés[modifier | modifier le code]

Plusieurs procédés industriels peuvent être utilisés pour galvaniser une pièce :

  • La galvanisation à chaud par immersion. Ce procédé permet aussi la galvanisation en continu de tôles d'acier[4].
  • La shérardisation (sherardizing) : projection de poudre de zinc fondue.
  • L'électrodéposition
  • La projection thermique (thermal spray)

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 inutile.

Shérardisation[modifier | modifier le code]

La shérardisation est une méthode inventée par Sherard Cowper Cowles au début du XXe 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.

Processus[modifier | modifier le code]

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 :

  • Une passivation sans chrome VI, finition grise,
  • Une finition organo-minérale, finition noire,
  • Une finition lubrifiée.

Applications[modifier | modifier le code]

La shérardisation est un traitement anti-corrosion et anti-abrasion, elle répond à de nombreuses applications dans l'industrie:

  • Visserie, boulonnerie classique et de haute résistance
  • Chaînes
  • Rambardes de sécurité routière
  • Industrie navale, marine et sous-marine
  • industrie du bâtiment

Avantages[modifier | modifier le code]

La shérardisation a les avantages suivants :

  • Une longue tenue au brouillard salin ;
  • Une forte résistance abrasive ;
  • Une absence de fragilisation par l'hydrogène ;
  • Une bonne adhérence sur la fonte ;
  • Un bon respect des cotes dimensionnelles de la pièce dû à une faible épaisseur du revêtement.

Galvanisation à Chaud[modifier | modifier le code]

La surface cristalline d'un objet galvanisé

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 renforcer 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.

Principes chimiques[modifier | modifier le code]

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, 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 »).
Il existe en 2012 environ 60 sites industriels de galvanisation à chaud en France[1], suivis par les DREAL en tant qu'à risque en termes de pollution par les solvants, acides et métaux (dont zinc en France principalement importé de d'Amérique latine, de Chine ou d’Europe de l'Est et acides[1]). Selon les fabricants[1] ces installations comportent maintenant toutes des bassins de rétention et des systèmes de récupération des acides. Elles galvanisent environ 700 000 tonnes d'acier par an, surtout (40 % du total) pour le bâtiment (charpentes, métallerie (éléments de garde-corps, etc.). Le secteur représente 40 % de la consommation totale. Les autres usages concernent le mobilier urbain (éclairage, signalisation, barrières), les porte-caténaires et divers supports dont dans les piscines ou en mer (environnement humide particulièrement agressif et/ou contenant du chlore), dans les usines de traitement des eaux ou stations d'épuration ou bâtiments d'élevage (atmosphère acide)[6].

Fabrication industrielle (pour la galvanisation des bobines d'acier en continu uniquement)[modifier | modifier le code]

Schéma de principe

Décapage[modifier | modifier le code]

Afin de galvaniser une pièce, celle-ci doit être impeccable et dépourvue de saleté (calamine, graisse). Afin de la décaper il existe deux méthodes principales : le décapage à l'acide (chlorhydrique ou sulfurique) et le grenaillage :

  • le décapage à l'acide consiste en la trempe de la pièce durant quelques heures (en fonction de la teneur en acide du bain de décapage) dans un bain d'acide auquel on ajoute un réactif. C'est la méthode la plus commune car elle permet de décaper plusieurs centaines de kg en une seule opération. Ce procédé est bon marché mais il est inadapté aux pièces de haute qualité (classe 10.9 par exemple) parce que l'acide fragilise la matière ;
  • le grenaillage est l'envoi de petites granules d'acier de différentes duretés à très haute vitesse sur la pièce. Il est obligatoire sur les pièces de haute qualité. La qualité est meilleure mais le prix de revient est plus élevé et les quantités traitées plus faibles.

Galvanisation et conditionnement (pour la galvanisation en continu uniquement)[modifier | modifier le code]

Les lignes continues de galvanisation à chaud se composent des éléments suivants :

  • Dérouleuse (alimentation en bobines d'acier)
  • Cisaille
  • Soudeuse (toutes les bobines sont soudées de manière à assurer la continuité de présence de bande sur la ligne de production)
  • Dégraissage (permet d'assurer une bonne adhérence du revêtement à venir)
  • Tour à boucle (assure la continuité de l'alimentation en cas d'arrêt de la section d'entrée)
  • Four de recuit continu pour assurer la recristallisation de l'acier qui lui conférera de bonnes propriétés mécaniques
  • Bain de zinc
  • Essorage et séchage
  • Skin-pass
  • Tour à boucles (assure la continuité du défilement en section centre lors des arrêts de la section sortie)
  • Cabine d'inspection (caméra à reconnaissance de formes et contrôle visuel) dont l'objectif est de vérifier la conformité du produit galvanisé (absence de défaut)
  • huileuse et marqueuse
  • Cisailles
  • Bobineuses

Caractéristiques des pièces galvanisées[modifier | modifier le code]

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 européenne donne 50 µm. Dans les faits les pays comme l'Allemagne et la Suède utilisent une épaisseur au minimum de la tolérance.

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 :

  • Milieu industriel : 65 ans
  • Milieu tropical : 70 ans
  • Milieu suburbain : 85 ans
  • Milieu rural : 120 ans.

Alternatives au « 100 % Zinc »[modifier | modifier le code]

Quelques variantes à la traditionnelle galvanisation à chaud « 100 % Zinc » ont été développées pour améliorer certaines caractéristiques :

  • Galvanneal : contraction de Galvanized-Annealed (galvanisé-recuit). Un recuit après la galvanisation provoque la diffusion du Fe dans le Zn et améliore la peintabilité ainsi que la soudabilité.
  • Galfan® (Zn - 5 % Al) : meilleure aptitude au formage, meilleure peintabilité.
  • Galvalume® (Zn - 55 % Al) ou Aluzinc® : compromis entre galvanisation et aluminisation. Améliore la résistance à la corrosion.
  • Magnelis® (Zn, Al et Mg) Améliore la résistance à la corrosion tout en diminuant la couche de protection et ainsi le poids.

Grâce aux performances anticorrosion apportées par ce dernier type de produit, les procédés de revêtement par galvanisation en continu peuvent permettre, malgré des épaisseurs déposées plus faibles, d'obtenir les mêmes performances que les procédés de galvanisation à chaud après fabrication.

La galvanisation à froid n'existe pas[modifier | modifier le code]

C'est un abus de langage pour l'électrozingage. On peut néanmoins et sous réserve parler de galvanisation à froid en parlant de peinture à 99 % de teneur en zinc.

Galvanisation par centrifugation[modifier | modifier le code]

Généralités[modifier | modifier le code]

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,...) sont galvanisées à chaud.

La technique mise en œuvre pour ce type de production est la galvanisation par centrifugation, appelée aussi galvanisation par essorage.

Procédés[modifier | modifier le code]

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. Les avantages de la centrifugation :

  • Toutes les qualités traditionnelles de la galvanisation à chaud pour des pièces de petite dimension ;
  • Une qualité de finition remarquable ;
  • Un prix très compétitif ;
  • Une technique unique développée pour la galvanisation des tiges filetées.

Aspects environnementaux[modifier | modifier le code]

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 », [6]  ».
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.

Sources[modifier | modifier le code]

Cette définition provient du site d'un spécialiste en galvanisation, Galva Union SA Le site propose également des vidéos sur les procédés de galvanisation disponibles dans la médiathèque du site. Voir la vidéo galvanisation à chaud par centrifugation Voir aussi le site du : groupe PRESTIA Voir aussi le site de l'Association Française de Galvanisation ISO 1461: [1]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

  • (fr)

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]