L'aluminium et ses alliages sont classiquement utilisés dans le milieu de l'aéronautique et du spatial. Les alliages d'aluminium de la série 2XXX occupent une place très importante dans la structure d'un aéronef (80%) car ils possèdent une faible masse volumique tout en présentant de hautes caractéristiques mécaniques. Cependant l'introduction de cuivre dans ces alliages visant à améliorer la résistance mécanique du matériau, engendre une hétérogénéité dans leur microstructure les rendant très sensibles à la corrosion lorsqu'ils sont exposés à un environnement agressif. Ainsi la plupart des pièces industrielles réalisées subissent un ou plusieurs traitements de surface visant à leur conférer des propriétés anticorrosion. Ces traitements de surface mettent le plus souvent en œuvre des composés à base de chrome(VI), ce dernier étant reconnu comme un inhibiteur de corrosion très efficace et simple d'utilisation. Cependant, le chrome(VI) a été classé CMR (Cancérigène, Mutagène et Reprotoxique) par la nouvelle réglementation européenne REACH (Registration Evaluation Authorization of CHemicals). Cette règlementation impose aujourd'hui la substitution totale des composés chromatés par des produits moins toxiques. Ainsi de nombreuses recherches sont actuellement en cours dans ce domaine. Les travaux de cette thèse portent sur l'élaboration de revêtements hybrides multifonctionnels innovants pour la protection contre la corrosion de l'alliage d'aluminium AA2024-T3 en utilisant le procédé sol-gel.
Le premier chapitre présente une étude bibliographique situant la problématique des revêtements anticorrosion élaborés par voie sol-gel.
Le deuxième chapitre reprend l'ensemble des protocoles expérimentaux mis en œuvre lors de l'élaboration des sols, de la mise en forme des revêtements et des techniques d'analyse utilisées pour évaluer leurs performances.
La troisième partie de ce travail décrit la caractérisation des revêtements hybrides élaborés par voie sol-gel. Le choix s'est porté sur une matrice sol-gel innovante à base d'organoalkoxysilane et d'alkoxyde métallique contenant un inhibiteur de corrosion. L'effet de la concentration de chaque précurseur a été étudié en estimant les performances anticorrosion des revêtements obtenus à l'aide du test du brouillard salin neutre (BSN) et de la spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE). Ces résultats ont été ensuite complétés par des analyses RMN de xérogels pour corréler les performances anticorrosion et la structure chimique des revêtements en fonction des formulations utilisées. Pour finir, une évaluation de la durée de vie des sols stockés à différentes températures a été réalisée sur la base de données RMN. Cette étude a montré que l'abaissement de la température permet de prolonger de façon significative la durée de vie des sols.
Le quatrième chapitre décrit la synthèse et la caractérisation des nanoparticules de boehmite (notées NP) préparées selon la méthode de Yoldas. Ces NP ont été modifiées par physisorption de cations métalliques en utilisant le même inhibiteur de corrosion. Elles ont été analysées par plusieurs techniques de caractérisation à la fois en solution et à l'état solide, telles que la rhéologie et la spectroscopie infrarouge, de sorte à confirmer la physisorption de l'inhibiteur à l'extrême surface des particules. La SIE a permis de démontrer leur rôle potentiel de réservoir d'inhibiteur de corrosion.
Dans la dernière partie de ce travail l'élaboration de revêtements multifonctionnels est abordée de deux façons. Tout d'abord en proposant une architecture originale pour de nouveaux revêtements présentant à la fois des nanoréservoirs d'inhibiteur de corrosion et une extrême surface hydrophobe. Enfin nous décrivons l'obtention de revêtements anticorrosion colorés. L'évaluation des propriétés anticorrosion de ces nouveaux revêtements est systématiquement réalisée en couplant BSN et SIE. Ainsi un revêtement optimal présentant une architecture originale et innovante a été mis au point permettant de relever le défi du cahier des charges établi par les partenaires industriels.
Ce travail de thèse a donné lieu à une publication acceptée, au dépôt de deux brevets dont l'extension à l'international est en cours, deux autres articles sont en cours de rédaction. |
Aluminum and its alloys are conventionally used in the field of the aeronautics and space. Aluminum alloys of the 2XXX series dedicate a very important place in the structure of an aircraft (80%) because they have a low density while having high mechanical characteristics. However, the introduction of copper in these alloys to improve the mechanical strength of the material creates heterogeneity in their microstructure making them very susceptible to corrosion when exposed to aggressive environments. Indeed, industrials parts made undergo one or more surface treatments to impart anticorrosion properties. These surface treatments are often incorporated based compounds of chromium (VI), the latter being recognized as a corrosion inhibitor highly effective and easy to use. However, this reagent has been classified CMR (Carcinogen) by the new European regulation REACH (Registration Evaluation Authorization of CHemicals). This regulation imposes today a total substitution of chromate compounds by no CMR product. Consequently, a lot of research is currently underway in this area. The work of this thesis focuses on the development of innovative multifunctional hybrid coatings for protection against corrosion of aluminum alloy AA2024-T3 using the sol-gel process.
The first chapter presents a literature review situating the issue of anticorrosion coatings prepared by sol-gel route.
The second chapter summarizes all experimental protocols implemented in the development of formulation, coatings and analytical techniques used to evaluate their performance.
The third part of this work describes the characterization of hybrid coatings prepared by sol-gel route. The sol-gel innovative matrix is based on organoalkoxysilane and metallic alkoxide containing a corrosion inhibitor. The effect of the concentration of each precursor has been studied by estimating the anticorrosion performance of the coatings obtained with the neutral salt spray test (BSN) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). These results were then supplemented by NMR analyzes of xerogels to correlate performance corrosion and chemical structure based coatings formulations used. Finally, an assessment of the life time sol stored at different temperatures was performed on the basis of NMR data. This study showed that lowering the temperature can significantly extend the life time of the solution.
The fourth chapter describes the synthesis and characterization of boehmite nanoparticles (noted NP) prepared according to the method Yoldas. These NP were modified by physisorption of metallic cations using the same corrosion inhibitor. They have been analyzed by several characterization techniques both in solution and in the solid state, such as the rheology and infrared spectroscopy, so to confirm the physisorption of the inhibitor at the outer surface of the particles. The EIS has demonstrated their potential role nanocontainers corrosion inhibitor.
In the last part of this work, the development of multifunctional coatings is addressed in two ways. Firstly by providing a new architecture for original coatings with both nanocontainers corrosion inhibitor and an extreme hydrophobic surface. Finally we describe the achievement of anticorrosion coatings colored. The evaluation of corrosion properties of these new coatings is systematically performed by coupling BSN and EIS. Finally coatings with an optimal and innovative original architecture have been developed to challenge the industrial requirements established by the industrial partners.
This work resulted in a publication accepted to two patents whose international expansion is in progress, two other articles are being written |