vignette|Galvanisation d'un métal pour le protéger de l'oxydation.
La galvanisation est l'action de recouvrir une pièce en métal (généralement une fonte ou un acier) d'une couche de zinc, afin de la protéger contre la corrosion (le traitement est dit anticorrosif). Le mot fait référence à l'inventeur Luigi Galvani (1737-1798), un physicien et médecin italien ayant découvert le galvanisme le .
Dans l'industrie, ce terme désigne essentiellement les procédés de « galvanisation à chaud au trempé », pour les distinguer des procédés d'électrozingage.
Introduction Histoire Les premiers brevets de galvanisation à chaud au trempé (par trempage de l'ensemble des éléments) datent des années 1840. L'ingénieur français Stanislas Sorel obtient un brevet. le pour cette méthode de galvanisation à chaud. En 1837, le physicien et ingénieur allemand naturalisé russe Moritz Hermann von Jacobi découvre la galvanoplastie à Saint-Pétersbourg. En 1854, l'industriel et chimiste Léopold Oudry crée un atelier électrochimique à Auteuil, au 10 de la rue Cuissard (aujourd'hui rue Félicien-David). Il réussit à cuivrer durablement des petites pièces puis, en modifiant son procédé, il obtient la commande de cuivrage galvanique de tous les objets et monuments en fonte de la ville de Paris, et en particulier plusieurs fontaines..
Principe chimique 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., même dans le cas où l'acier est exposé au milieu extérieur (griffure). La réduction du dioxygène a lieu sur l'acier et le zinc est oxydé, les électrons pouvant circuler entre le zinc et l'acier. Le zinc ayant une cinétique d'oxydation environ plus lente que celle de l'acier, l'oxydation est retardéeLa galvanisation à chaud et la protection cathodique , sur progalva.be.. Différents procédés 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'acierGalvanisation , sur arcelormittal.com. et la galvanisation à chaud par centrifugationGalvanisation par centrifugation, sur ZINQ.fr. ; la shérardisation (sherardizing) : projection de poudre de zinc fondue ; l'électrozingage ; la projection thermique (thermal spray) ; la matoplastie.
Il est à noter que, quel que soit le procédé choisi, il faut préalablement nettoyer la pièce à galvaniser (des graisses, oxydes, calamine, poussières), sans quoi le zinc se déposerait mal (ou pas du tout) sur les parties « sales », rendant la galvanisation sans effet.
Zingage à chaud vignette|Galvanisation à chaud de pièce (immersion). vignette|Feuillard d'acier à la sortie du pot de zinc, sur une ligne de galvanisation en continu.
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 protéger contre la corrosion 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 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 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 . Quand on retire l'acier du bain de zinc, 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 2014 environ industriels de galvanisation à chaud en France. Ils galvanisent environ d'acier par an, dont 45 % pour le bâtiment (charpentes, métallerie, éléments de garde-corps). Les autres usages concernent le mobilier urbain (éclairage public, signalisation, barrières et glissières de sécurité), l'énergie, les transports (dont les porte-caténaires) et divers supports, en particulier dans les piscines ou en mer, c’est-à-dire dans un environnement humide particulièrement agressif et/ou contenant du chlore, dans les usines de traitement des eaux ou stations d'épuration ou dans les bâtiments d'élevage, dans une atmosphère acide.
Procédé de zingage à chaud sur produits finis (à façon)
L'application d'un revêtement de zinc par galvanisation ne se résume pas à l'immersion d'une pièce en acier dans un bain de zinc fondu. La galvanisation de produits finis se déroule en effet par étapes.
Procédé d'application La galvanisation de produits finis comprend huit étapes principales : le dégraissage, qui a pour but d'enlever toutes les salissures et graisses qui empêcheraient la dissolution des oxydes de fer superficiels. Le dégraissage est effectué dans des bains contenant du carbonate de sodium ou de la soude avec addition de détergents et de tensioactifs à / . Parfois, des dégraissants acides peuvent être utilisés ; le rinçage, qui est effectué après le dégraissage afin de ne pas polluer les opérations suivantes ; le décapage, qui a pour but d'enlever la calamine et les autres oxydes présents à la surface de l'acier. Le décapage est effectué dans une solution d'acide chlorhydrique dilué à température ambiante, additionné d'un inhibiteur qui permet d'éviter l'attaque de l'acier lorsqu'il est débarrassé de ses oxydes. Des solutions d'acide sulfurique sont parfois utilisées avec l'inconvénient d'une mise en œuvre à nécessitant un chauffage. Un décapage mécanique (grenaillage) peut parfois remplacer le décapage chimique, en particulier dans le cas de la fonte, afin d'éliminer la silice se trouvant en surface ; le rinçage, également effectué après le décapage afin de laver les pièces des sels de fer et des traces d'acide qui pollueraient l'opération suivante ; le fluxage, qui permet d'éviter que l'acier ne se ré-oxyde avant l'entrée dans le bain de zinc. La décomposition du flux permet également de favoriser la réaction métallurgique fer/zinc lors de l'immersion de la pièce dans le bain de zinc. Le fluxage est effectué par une solution aqueuse de chlorure de zinc et de chlorure d'ammonium portée à ; le séchage, effectué dans une étuve afin d'éviter les projections de zinc au moment de l'immersion de la pièce ; le zingage à chaud (feu). Les pièces sont immergées dans le bain de zinc fondu à . Les temps d'immersion varient suivant l'importance des charges, des dimensions et de l'épaisseur des pièces : de pour des pièces de forme simple, et de pour des ensembles massifs ou des corps creux de grandes dimensions. Pour des raisons environnementales, le plomb autrefois utilisé est désormais remplacé par de l'étain dans les bains de zinc. L'aluminium est également présent (moins de 0,01 %). L'étain est utilisé en raison de sa faculté à favoriser la fluidité du zinc tandis que l'aluminium permet d'éviter l'oxydation superficielle du bain et de favoriser la brillance. D'autres éléments d'addition (nickel, bismuth, par exemple) peuvent également être intégrés dans le bain. Ils agissent, entre autres, sur la réactivité fer-zinc qui a lieu lors de cette opération ; le refroidissement et le contrôle. Les pièces galvanisées sont refroidies à l'air libre et contrôlées.
Il faut en moyenne de de zinc pour protéger une tonne d'acier contre la corrosion. La figure suivante représente les différentes étapes de la galvanisation de produits finis.
Protection anticorrosion qui va au-delà d'un simple dépôt de zinc vignette|redresse|Effet protecteur : boîte à lettres rouillée, apposée sur une surface galvanisée. La galvanisation à chaud ne consiste pas uniquement à déposer du zinc à la surface de l'acier. Le revêtement de zinc est métallurgiquement lié à l'acier de base, car il se produit une réaction métallurgique de diffusion entre le zinc et le fer.
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 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.
Ainsi, cette spécificité liée au procédé de galvanisation offre au revêtement protecteur adhérence, imperméabilité, et résistance mécanique.
De plus, l'épaisseur de ce revêtement est supérieure à celle obtenue avec les autres techniques de protection.
Technique qui repose sur un choix pertinent de l'acier
Le revêtement d'une pièce galvanisée à chaud (épaisseur, structure et aspect) varie principalement suivant la composition de l'acier. Sa teneur en silicium et en phosphore joue un rôle important sur sa réactivité vis-à-vis du zinc liquide.
D'où l'importance de bien choisir l'acier que l'on va galvaniser. La norme NF A 35-503 (2008) définit trois catégories d'aciers aptes à la galvanisation, suivant la teneur de ces deux éléments.
Les aciers de catégorie A et catégorie B sont normalement réactifs : après galvanisation, ils ont un bel aspect uniforme avec des épaisseurs au moins conformes à la norme NF EN ISO 1461.
La Norme AFNOR NF 35-503 : Ce qu'il faut en retenir : Aspect Résistance mécanique du revêtement Masse de revêtement Utilisation Cat. A Excellent Excellente Standard, conforme au minimum de la norme Recherche esthétique et anticorrosion Cat. B Bon Bonne Standard, généralement supérieure au minimum de la norme Recherche anticorrosion et aspect correct Cat. C Moyen Moyenne Plus forte - pour milieux agressifs Recherche optimum de protection Ces éléments sont purement indicatifs.
Les aciers de catégorie C sont plus réactifs : leur aspect après galvanisation est plus mat, avec possibilité de zones grisées marbrées ou rugueuses, sans conséquence sur la tenue à la corrosion. Les épaisseurs atteignent 120 à , voire plus. Elles peuvent dépasser pour des pièces nécessitant des temps d'immersion plus importants.
( * ) Classification des aciers suivant leur teneur en silicium et en phosphore
Elément % Catégorie A Catégorie B Catégorie C Si ≤ 0,030 ≤ 0,040 0,14 ≤ Si ≤ 0,25 Si +2,5 P ≤ 0,090 ≤ 0,110 - P - - ≤ 0,035 Décapage
Afin de galvaniser une pièce, celle-ci doit être impeccable et dépourvue de saletés (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 petits 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)
Les lignes continues de galvanisation à chaud se composent des éléments suivants : dérouleuse (alimentation en bobines d'acier) ; cisaille ;