Traitements de surface chimiques et électrochimiques de l'acier inoxydable. Une brève introduction.

Le décapage comme principal traitement chimique de surface

Le traitement de décapage est considéré comme le traitement chimique de surface le plus important pour l'acier inoxydable. Il vise à provoquer une corrosion générale contrôlée, c'est-à-dire une attaque chimique, de l'acier inoxydable. L'objectif principal est d'éliminer le film d'oxyde et la couche de déchromage sous-jacente, qui pourraient nuire considérablement à la résistance à la corrosion. Le décapage permet également d'éliminer efficacement les sulfures, les phosphures et les inclusions, ce qui réduit les faiblesses en termes de corrosion.

Le processus de décapage comprend généralement quatre étapes.

1. Dégraissage approfondi de la pièce à traiter, souvent avec une solution alcaline diluée comme l'hydroxyde de sodium (NaOH)

2. Décapage dans un bain ou avec une pâte ou un spray

3. Un rinçage soigneux à l'eau pure, suivi d'un rinçage à l'eau déminéralisée pour éviter les taches de calcaire

4. Séchage à l'air ou à l'air comprimé pour minimiser les taches

Le processus de décapage consiste à plonger ou à baigner la pièce dans le décapant. Le décapage se compose d'environ 10-20% d'acide nitrique (HNO3) avec un activateur pour attaquer la couche d'oxyde de chrome protectrice. On y ajoute souvent de l'acide fluorhydrique (HF) ou d'autres produits fluorés comme le bifluorure d'ammonium (NH4HF2). Après le décapage, un rinçage approfondi à l'eau pure et un rinçage final à l'eau déminéralisée sont nécessaires. Dans la plupart des cas, une passivation immédiate n'est pas nécessaire, car l'acier se repassive de lui-même dans un environnement légèrement humide.

Il est important de noter que tous les types d'aciers inoxydables ne sont pas adaptés au décapage, entre autres :

• acier martensitique pour couteaux

• aciers ferritiques faiblement alliés

• inox de décolletage allié au soufre

Ces aciers nécessitent des précautions particulières.

Les aciers suivants peuvent être décapés :

• aciers inoxydables austénitiques

• les aciers inoxydables duplex 

• certains alliages d'acier inoxydable ferritique

Une pièce décapée avec succès présente une surface satinée, due au décapage de l'acier, qui entraîne une augmentation de la rugosité de la surface. 

La partie suivante présente la manière dont le traitement de décapage est effectué.

Quels sont les avantages & les inconvénients du traitement par décapage ?

Le traitement de décapage s'effectue le plus simplement en plongeant l'ensemble de la pièce dans un bain de décapage. Ensuite, la pièce est soigneusement rincée à l'eau pure.

Le décapage en bain présente notamment les avantages suivants :

• convient particulièrement aux pièces de petite et moyenne taille 

• processus rapide 

• utilisation simple

• le brassage est facile

• contrôle simple de la température

• le bain de décapage peut être régénéré par l'ajout d'un nouvel acide

• le décapage par circulation ou par aspersion permet de décaper des systèmes de réservoirs et de tuyauteries déjà montés

• le décapage par pulvérisation ou en pâte permet de traiter des pièces particulièrement grandes ou des endroits qui ne doivent pas être entièrement décapés; on applique alors un décapant épais, soit avec une seringue à basse pression, soit avec un pinceau résistant aux acides

Cependant, le bain de décapage a aussi des inconvénients :

• taille limitée de la pièce 

• adaptabilité limitée du bain

• coûts d'installation élevés

• des mesures de sécurité étendues doivent être prises

• processus d'élimination coûteux pour le décapage

Dans la partie suivante, quelques conseils sont donnés pour le décapage.

À quoi faut-il faire attention lors du décapage ?

Le décapage de l'acier inoxydable peut sembler simple à première vue, mais il comporte de nombreuses possibilités d'erreurs et de défis :

• Il est important de noter que toutes les pièces en acier inoxydable ne peuvent pas être décapées. Même si l'acier ne pose pas de problème, certains joints en caoutchouc, comme l'EPDM, ne doivent pas entrer en contact avec l'acide nitrique, très oxydant. Cela peut entraîner des restrictions, notamment dans le cas de grands systèmes de tuyauterie comportant de nombreux joints.

• La préparation, comme le dégraissage préalable, est également importante. Cela se fait souvent de manière chimique, par exemple avec une solution alcaline diluée ou des produits alcalins contenant des détergents. Un dégraissage insuffisant peut donner un aspect irrégulier et taché.

• Le processus de décapage lui-même est complexe, car il s'agit d'un processus de corrosion contrôlé au cours duquel le résultat souhaité n'est pas toujours facile à obtenir. La création d'une rugosité de surface souhaitée constitue un défi particulier. La concentration d'acide fluorhydrique et le temps de décapage influencent la rugosité.

• Après le processus de décapage, la rugosité de surface varie selon les types d'acier. Les aciers ferritiques sont généralement moins résistants aux acides forts que les aciers austénitiques. Dans le cas de l'acier inoxydable de type 1.4509, la vitesse de corrosion et la rugosité de surface finale sont plus importantes que pour les types 1.4307 et 1.4404.

• Dans la pratique, il est souvent nécessaire de respecter certaines limites de tolérance pour la rugosité de surface, en particulier dans des secteurs tels que les brasseries, les laiteries et les usines pharmaceutiques.

• Il faut également tenir compte du fait que l'acide frais dans le bain de décapage est nettement plus agressif que l'acide usé.

• En outre, l'aspect de la pièce peut donner lieu à des interprétations erronées. L'élimination du film d'oxyde peut entraîner des effets optiques. Selon l'incidence de la lumière, les zones peuvent paraître plus sombres ou plus claires, ce qui laisse supposer que le produit n'a pas été décapé correctement.

• Le processus de rinçage après le décapage peut également être délicat, surtout pour les grandes surfaces. En général, un bain de rinçage est utilisé en combinaison avec un tuyau d'eau. L'obtention d'un résultat uniforme, notamment en raison de la rugosité de la surface, est un défi de taille.

• Pour les systèmes plus grands, l'élimination complète de l'acide peut être difficile. Par exemple, dans le cas des gaines de chauffage, il faut assurer une vidange complète, sinon l'acide de décapage risque de s'infiltrer hors du produit.

Comme nous l'avons vu, le décapage de l'acier inoxydable, malgré sa simplicité apparente, présente un certain nombre de défis et de considérations. Il est essentiel de confier le processus de décapage à un spécialiste.

La partie suivante décrit un type particulier de décapage, le décapage électrolytique.

Décapage électrolytique

Le processus de décapage électrolytique, également connu sous le nom de décapage électrochimique, est une autre méthode de traitement de surface.

Le processus de décapage électrolytique comprend les étapes suivantes :

1. Préparation de la pièce : la pièce est d'abord nettoyée en profondeur afin d'éliminer la saleté, l'huile et la graisse. C'est important, car ces impuretés pourraient nuire à l'efficacité du processus de décapage.

2. Construction du bain électrolytique : un bain électrolytique est préparé, qui contient une solution de décapage spéciale. Cette solution est généralement composée d'un mélange d'acides, de sels et d'autres additifs nécessaires au processus de décapage. La composition exacte dépend des propriétés de la pièce et du résultat souhaité.

3. Installation du bain de décapage électrolytique : la pièce à traiter est immergée dans le bain de décapage électrolytique en tant qu'anode (électrode chargée positivement). Une contre-électrode, généralement en acier inoxydable, fait office de cathode (électrode chargée négativement). Les deux électrodes sont reliées à une source de courant.

4. Application d'un courant : un courant continu est envoyé à travers les électrodes. Cela crée une réaction électrochimique à la surface de la pièce. Les couches d'oxydation et les impuretés sont alors dissoutes et dissoutes dans la solution de décapage.

5. Réactions électrochimiques : pendant le décapage électrolytique, différentes réactions électrochimiques ont lieu à la surface de la pièce. Des ions métalliques sont dissous à l'anode (surface de la pièce), tandis que de l'hydrogène gazeux est produit à la cathode (contre-électrode).

6. Élimination des couches d'oxydation : les réactions électrochimiques entraînent l'élimination des couches d'oxydation et des impuretés de la surface de la pièce. Il en résulte une surface plus lisse et plus propre.

7. Contrôle du processus : le processus de décapage est soigneusement contrôlé afin de s'assurer que le résultat souhaité est obtenu. L'intensité du courant, la durée du décapage et la composition du bain électrolytique peuvent être réglées différemment en fonction de la pièce et de l'objectif.

8. Rinçage et neutralisation : après le décapage électrolytique, la pièce est soigneusement rincée à l'eau afin d'éliminer les résidus de décapage restants. Cette opération est souvent accompagnée d'une neutralisation afin de s'assurer que les éventuels résidus d'acide restants sont neutralisés.

9. Séchage et finition : la pièce nettoyée et décapée est séchée et peut être soumise à d'autres étapes telles que la passivation ou le revêtement, en fonction de l'application.

Le processus de décapage électrolytique présente l'avantage de ne pas entraîner de rugosité excessive de la surface, ce qui peut tout à fait être le cas lors d'un décapage chimique normal. Le processus peut être contrôlé avec précision et un traitement de surface uniforme est possible.

La passivation est un autre processus important du traitement de surface. La partie suivante présente ce processus et donne un aperçu de l'effet de la passivation sur l'acier inoxydable.

Passivation

Pour les pièces soumises à des contraintes chimiques immédiatement après le décapage ou l'électropolissage, il est recommandé de passiver l'acier inoxydable. La passivation de l'acier inoxydable accélère chimiquement le processus naturel de formation de la couche passive et améliore sensiblement la résistance à la corrosion du matériau. Pour ce faire, les produits sont plongés dans un bain de passivation.

Un bain de passivation contient généralement une solution acide spécialement adaptée aux métaux à traiter. Typiquement, les aciers inoxydables sont passivés, en particulier les aciers inoxydables austénitiques tels que 304 (1.4301) ou 316 (1.4401). Le processus peut être effectué après le décapage ou après d'autres traitements de surface afin de favoriser la formation d'une couche passive protectrice.

La passivation s'effectue dans une solution d'acide nitrique pur à 18-25 % (HNO3). La température est généralement de 20 à 50 degrés et le processus dure au maximum une heure. Le bain de passivation doit en outre toujours être dilué avec de l'eau déminéralisée plutôt qu'avec de l'eau du robinet. Le bain de passivation ressemble à un décapage, mais son mode d'action est différent. Il s'agit d'un processus beaucoup plus doux en raison de l'absence d'activateur.

En conséquence, aucun film d'oxyde ou d'oxyde de chrome ne peut être éliminé, mais tous les types d'acier inoxydable peuvent être passivés.

Il est important de noter que la passivation ne peut pas dissoudre la couche naturelle d'oxydes de chrome de l'acier et donc le film d'oxyde ou la couche déchromée de l'acier.

Une autre mesure permettant de débarrasser l'acier inoxydable de ses impuretés est la décontamination. Ce processus est abordé dans la partie suivante.

Décontamination

En ce qui concerne l'acier inoxydable, des bains de décontamination peuvent être utilisés pour éliminer les salissures ou les impuretés tenaces des surfaces en acier inoxydable. Les liquides ou solutions utilisés dans ces bains sont généralement composés de 2 à 10 % d'acide, comme l'acide phosphorique, l'acide formique ou autre. Tous ces acides sont inoffensifs pour l'acier inoxydable. Les impuretés doivent ainsi disparaître et l'acier inoxydable doit rester tel qu'il est. La décontamination est beaucoup plus simple à réaliser que le décapage. On peut se passer d'équipement de protection et l'élimination des eaux usées est moins problématique. De plus, la décontamination n'a pas d'effet négatif sur la rugosité de la surface. 

Un autre processus qui permet de traiter l'acier inoxydable est l'électropolissage. Avec le décapage électrolytique, l'électropolissage est le seul processus de surface qui nécessite une source d'énergie externe. Ce processus est présenté dans la partie suivante.

Electropolissage

L'électropolissage est un processus électrochimique utilisé pour lisser, nettoyer et améliorer la surface de l'acier inoxydable et d'autres métaux. Ce processus est utilisé dans différents secteurs, dont la technologie médicale, la pharmacie, la transformation des aliments, l'industrie des semi-conducteurs et bien d'autres encore, où la plus grande pureté, la résistance à la corrosion et l'esthétique sont requises. L'électropolissage est le seul processus qui permet d'augmenter considérablement la résistance à la corrosion par rapport à une surface 2B normale.  

Les pièces en acier inoxydable à traiter sont plongées dans l'électrolyte en tant qu'anodes (électrodes chargées positivement). Un électrolyte contient des produits chimiques spécifiques qui ont un effet d'électropolissage sur le métal. Une source de courant continu est connectée, les pièces en acier inoxydable faisant office d'anode et une autre pièce métallique ou une électrode en platine de cathode (électrode chargée négativement). Un courant électrique constant circule entre les électrodes. Pendant l'électropolissage, des ions métalliques se détachent de la surface de l'acier inoxydable. Une oxydation correspondante a lieu à l'anode. Ce processus agit de manière sélective sur les bosses et les irrégularités de la surface, ce qui les rend plus lisses. Au cours du processus, les irrégularités, les microstructures et les impuretés sont éliminées de la surface de l'acier inoxydable. Il en résulte une surface lisse et réfléchissante, exempte de rayures, de fissures et d'autres défauts. 

L'électropolissage a également pour effet de renforcer la passivation de l'acier inoxydable. Cela signifie qu'une couche fine et dense d'oxyde de chrome se forme à la surface, ce qui augmente la résistance à la corrosion. Toutefois, si le matériau n'est pas utilisé directement après l'électropolissage, une passivation à l'air suffit à rétablir la couche d'oxyde protectrice et la résistance à la corrosion qui y est associée.

Quels types d'acier ne peuvent pas être électropolis ?

• Le martensite mais aussi les ferrites les moins alliées ne se prêtent pas à l'électropolissage.  

• L'inox de décolletage allié au soufre (1.4305). Cela s'explique par sa faible résistance à la corrosion générale. 

• De manière générale, on peut dire que les ferrites sont moins résistantes au traitement acide que les austénites, ce qui les rend moins adaptées à l'électropolissage. 

• Il faut tenir compte du fait que les austénites stabilisées au titane, comme par exemple les qualités 1.4541 et 1.4571, ne conviennent pas à l'électropolissage.

L'électropolissage apporte une multitude d'avantages :

• des produits avec une résistance maximale à la corrosion 

• facilité de nettoyage extrêmement élevée par rapport aux surfaces traitées mécaniquement 

• faible risque de croissance bactérienne 

• réduction de la tension superficielle dans les composants tournés ou rectifiés 

• avantage d'une application sur des pièces complexes pour lesquelles le polissage mécanique n'est pas possible, etc.

Les inconvénients de l'électropolissage sont entre autres : 

• la nécessité d'un équipement coûteux

• les acides exigent un haut niveau de sécurité 

• l'électropolissage est coûteux 

• l'obtention d'une surface homogène est difficile à réaliser 

• le maintien coûteux de la température et le contrôle continu du bain

Conclusions

Le traitement de surface chimique et électrochimique de l'acier inoxydable ouvre des perspectives brillantes et confère à ce matériau une présence éclatante.

Les procédés chimiques et électrochimiques suivants sont les méthodes les plus courantes pour traiter les surfaces de l'acier inoxydable :

• décapage

• décapage électrolytique

• passivation

• electropolissage

Ces procédés permettent de traiter la surface de manière ciblée tout en influençant les propriétés du matériau. Des ajustements précis et une qualité élevée des produits sont ainsi garantis. Le traitement de surface de l'acier inoxydable présente en outre l'avantage d'être polyvalent. Il peut être appliqué dans différents secteurs industriels, de l'industrie automobile à la transformation alimentaire. De nombreuses possibilités s'ouvrent ainsi à l'utilisation de composants en acier inoxydable. Globalement, on peut dire que le traitement chimique de surface de l'acier inoxydable est une option attrayante pour améliorer les propriétés de surface. Ce procédé permet non seulement de protéger les composants en acier inoxydable contre la corrosion, mais aussi de leur donner un aspect brillant et de qualité. La polyvalence et les avantages techniques font du traitement chimique de surface un choix optimal pour le traitement ultérieur de l'acier inoxydable. 

Il est crucial que le traitement soit mis en œuvre par des professionnels dans le respect des règles de sécurité. Seule une application correcte des procédés permet d'obtenir le résultat souhaité.

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