Protection against corrosion of aluminium alloys by TCP conversion coatings : influence of the surface chemistry

Protection contre la corrosion des alliages d'aluminium par la conversion TCP : influence de la chimie de surface

Rémi Viroulaud (1)

1 ENSCP - Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL

Light 2xxx aluminium alloys are widely used in the aircraft industry because of their good mechanical properties. However, they are prone to localized corrosion and must be protected. Conversion coatings allow such protection. Nowadays, chromate conversion coatings (CrVI) are still used but they must be replaced. New systems are tested, and in this work we investigated the Trivalent Chromium Process (TCP, CrIII based), by combining surface analysis techniques (XPS, ToF-SIMS, AFM), corrosion tests and electrochemical measurements.The influence of surface pretreatments on the TCP coating deposition has been studied. During the etching step, a metallic copper enrichment, the dissolution of Cu-rich intermetallic particles and the removal of the native aluminium oxide are observed. The subsequent TCP deposited layer is less continuous on such pretreated alloy surfaces than on non-etched, only cleaned alloy surfaces. These results show the importance of the presence of the native oxide layer on the alloy surface. A study of the TCP coating deposition on a pure aluminium pre-coated with a thin homogeneous alumina layer (deposited by Atomic Layer Deposition) shows a critical thickness of the alumina, beyond which, the TCP deposition is blocked. A deposition mechanism of the TCP layer on a thin aluminium oxide is presented.

Les alliages légers d'aluminium de la série 2000 sont utilisés dans l'industrie aéronautique en raison de leurs excellentes propriétés mécaniques. Ils sont néanmoins sensibles à la corrosion localisée, et nécessitent d'être protégés. Les couches de conversion permettent une protection efficace. La conversion utilisée aujourd'hui est à base de chrome hexavalent (CrVI), composé cancérogène, devant être remplacé. L'étude de nouveaux procédés est nécessaire, et ce travail a porté sur l'utilisation de couches de conversion au chrome trivalent (CrIII, procédé TCP), en combinant des méthodes d'analyse des surfaces (XPS, ToF-SIMS, AFM), des essais de corrosion et des mesures électrochimiques. L'influence des prétraitements sur le dépôt de la couche TCP a été étudiée. Lors du décapage sulfo-ferro-nitrique, un enrichissement en cuivre métallique, la dissolution des particules riches en cuivre et le retrait de l'oxyde d'aluminium natif sont observés. La couche de conversion déposée après ce décapage est moins couvrante que sur une surface qui a été nettoyée mais non décapée par cette méthode. Les résultats de tenue en corrosion confirment l'influence néfaste du décapage sur la protection apportée par les couches TCP. Une étude du dépôt de la couche TCP sur un substrat d'aluminium préalablement recouvert par ALD d'une couche fine et homogène d'alumine a été réalisée. Une épaisseur critique d'oxyde d'aluminium a pu être déterminée au-delà de laquelle le dépôt d'une couche TCP est bloqué. Un modèle a été proposé pour expliquer le mécanisme de dépôt de la couche de conversion sur une surface recouverte d'une couche mince d'oxyde d'aluminium.

Mots clés: Aluminium alloys; Conversion coatings; Corrosion

Mots clés: Alliages d'aluminium; Couche de conversion; Procédé TCP; Corrosion; Prétraitements; Analyses chimiques de surface (XPS, ToF-SIMS)

Domaines: Chimie-Physique [physics.chem-ph]

Rémi Viroulaud. Protection contre la corrosion des alliages d'aluminium par la conversion TCP : influence de la chimie de surface. Chimie-Physique [physics.chem-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2016. Français. ⟨NNT : 2016PA066606⟩. ⟨tel-01647213⟩