Depuis environ quinze ans, les aciers inoxydables sont de plus en plus utilisés dans l'industrie aéronautique pour la réalisation de pièces de structures. En effet ils permettent de combiner des résistances mécaniques élevées à de bonnes propriétés anti-corrosion.
Parmi eux l'acier inoxydable martensitique X13VD est utilisé pour différentes applications structurales telles que les actionneurs de commande de vol ou les tulipes de pales d'hélice d'avion. Cet acier, connu pour ses bonnes propriétés mécaniques, peut encore être amélioré en terme de résistance à la corrosion dans certains environnements confinés ou sévères. Ces deux pièces, critiques de par leurs utilisations, présentent notamment des risques de rétention et de confinement d'eau, donc des risques de corrosion localisée difficilement détectables. De plus ces pièces peuvent être fortement sollicitées en fatigue. De nos jours, les procédés anti-corrosion les plus performants pour ces aciers mettent en œuvre du Cr VI qui est un composé classé CMR (Cancérigène, Mutagène et Reprotoxique). Des réglementations nationales (DRIRE et code du travail) et européennes (REACH) visent à limiter, voire même interdire son utilisation. La communauté scientifique travaillant sur les techniques d'élaboration de revêtements par voie sol-gel s'est impliquée dans cette problématique à plus long terme et des résultats intéressants émergent pour certaines applications. Les revêtements sol-gel hybrides ont des propriétés barrière intéressantes pour protéger les métaux de la corrosion. Cependant, ils ne peuvent plus jouer leur rôle de barrière physique lorsqu'ils subissent des dommages tels que des rayures. Dans ce cas, l'ajout d'inhibiteurs de corrosion pouvant être libérés au niveau de la blessure est nécessaire.
Tout d'abord, un état de l'art bibliographique sur les différents aspects abordés au cours de ce travail de thèse est réalisé (les connaissances actuelles sur les inhibiteurs de corrosion vis-à-vis des aciers, les techniques conventionnelles pour la protection anti-corrosion des aciers et enfin les revêtements novateurs issus de la voie sol-gel utilisés pour protéger les métaux de la corrosion). Ensuite, la première partie expérimentale porte en premier lieu sur l'évaluation du comportement en corrosion de l'acier inoxydable X13VD avec une étude entreprise sur l'efficacité d'inhibiteurs de corrosion : Ce(NO3)3 et Na2MoO4 choisis après étude bibliographique et également au vu des performances de deux types de revêtements hybrides élaborés à partir de deux formulations de sol « base méthacrylate » et « base époxy ».
La seconde partie s'intéresse à l'étude de la structure chimique par spectroscopie de résonnance magnétique nucléaire (RMN 13C, 29Si, 27Al) de l'hybride « base époxy », système le plus intéressant pour la protection anti-corrosion de l'acier inoxydable X13VD. Cette investigation permet donc de comprendre l'influence de l'incorporation des inhibiteurs dans la matrice hybride et également du traitement thermique sur les mécanismes réactionnels entrainant la formation du réseau sol-gel.
La dernière partie de ces travaux concerne les caractérisations mécaniques et électrochimiques des différents revêtements hybrides « base époxy » déposés sur l'acier X13VD différant par la nature et la teneur en inhibiteur de corrosion et du traitement thermique. Des corrélations sont proposées avec le chapitre précédent démontrant ainsi les interdépendances entre les performances des revêtements hybrides et leurs structures chimiques étudiées par spectroscopie RMN. |
For about fifteen years, stainless steels are increasingly used in the aerospace industry for the production of structural parts. In fact they can combine high mechanical strength with good anti-corrosion properties.
Among them the martensitic stainless steel is used for different X13VD structural applications such as flight control actuators or plane propeller blade . This steel is known for its good mechanical properties but it can be improved in terms of corrosion resistance in certain environments or confined severe. These two pieces, because of their critical applications, present particular risks of retention and containment of water, so the risk of localized corrosion hardly detectable. Nowadays, anti-corrosion processes most efficient to protect these steels use Cr VI which is a compound classified as CMR (Carcinogenic, Mutagenic and Reprotoxic). National regulations (DRIRE and the Labour Code) and European (REACH) designed to limit or even prohibit its use. The scientific community working on the development of coatings by sol-gel route in and interesting results emerge for some applications. The hybrid sol-gel coatings have interesting barrier properties to protect metals from corrosion. However, they can not play their role as a physical barrier when they suffer damage such as scratches. In this case, the addition of corrosion inhibitors that can be disengaged at the wound is required.
Firstly, a state of the art literature on the various aspects addressed in this thesis is performed (the current knowledge on corrosion inhibitors vis-à-vis steel, conventional techniques for protection -steel corrosion and finally innovative coatings derived from the sol-gel used to protect metals against corrosion). Then, the first experimental part focuses primarily on the assessment of corrosion behavior of stainless steel with X13VD a study undertaken on the effectiveness of corrosion inhibitors: Ce (NO3) 3 and Na2MoO4 selected after literature review. It also comparing the performance of two types of hybrid coatings prepared from two formulations of soil "base methacrylate" and "epoxy base."
The second part focuses on the study of the chemical structure by nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR 13C, 29Si, 27Al) of the hybrid "epoxy base" the most interesting system for corrosion protection of stainless steel X13VD. This investigation makes it possible to understand the influence of the incorporation of inhibitors in the hybrid matrix and also of heat treatment on the reaction mechanisms leading to the formation of the sol-gel network.
The last part of this work concerns the mechanical and electrochemical characterization of different hybrid coatings "epoxy base" deposited on steel X13VD differing in the nature and content of corrosion inhibitor and heat treatment. Correlations are proposed with the previous chapter, demonstrating the interdependence between the performance of hybrid coatings and their chemical structures studied by NMR spectroscopy |