Passivation des aciers inoxydables

[invitea83ee58b]

Bonjour,

Après avoir consulté Futura de nombreuses fois, je me décide enfin à poster directement une demande ;

Étudiant en Licence Pro Techniques Analytiques, je travaille actuellement sur un projet concernant la passivation des aciers inoxydables.

Mes objectifs sont les suivants :

- Formuler un passivant à base de peroxyde d'hydrogène H2O2, si possible à pH neutre.

- Trouver un moyen de mesurer l'ÉPAISSEUR de la couche passive après traitement.

Je me suis renseigner, la passivation se fait beaucoup avec de l'acide nitrique/citrique, mais voilà, peu de pistes pour le peroxyde !
Pareil pour l'épaisseur, il y a des moyens de valider la passivation (test au brouillard salin...) mais pas grand chose pour quantifier cette passivation. J'ai pensé éventuellement aux rayons X.

J'espère que quelqu'un pourra me donner un coup de pouce pour ce projet !

Merci d'avance

Clément
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[40CDV20]

Bjr,
De la façon dont c'est présenté ça donne l'impression "de sortir du chapeau"
Y a t-il eu une présentation même sommaire des lois générales de l'oxydation et plus particulièrement des travaux de Pilling & Bedworth, facteurs fondamentaux, processus d'oxydation, influence de la densité relative du métal et de son oxyde, capacité de protection de la couche formée ?
Il est vrai qu'aujourd'hui le gros du bataillon est assuré par la passivation nitrique, la chromique étant en perte de vitesse.
Sur le papier il y a quantité de "prétendants", H2CrO4, HNO3, HClO4,..(et pourquoi pas H2O2,...), il faut et il suffit que le point de corrosion du système soit dans le domaine de passivation du métal. Néanmoins, il faut noter que le risque d'une corrosion n'est pas strictement nul, mais est considéré comme négligeable.
A défaut de disposer d'une formulation de tambouille certifiée, il faut expérimenter, et tracer les courbes anodique et cathodique pour savoir si la passivation est stable ou métastable par exemple.
D'autres aspects pratiques sont aussi à considérer, efficacité, dangerosité, facilité de mise en oeuvre, stabilité formulaire, rejets, coûts,.....voire aujourd'hui "l'écobio" !
Cdt.

[invitea83ee58b]

Bonjour, et merci d'avoir répondu si rapidement !
Alors pour expliquer un peu mieux ma situation, je suis en alternance, et ce projet est aussi en lien avec mon entreprise, qui fait dans la métallurgie.
Du coup, j'ai eu quelques notions d'oxydation, mais rien de très poussé ! J'apprend sur le tas
Oui côté nitrique et citrique, il y a de quoi faire ! Mais pour l'H2O2 un peu moins...

tracer les courbes anodique et cathodique pour savoir si la passivation est stable ou métastable

Là par exemple j'ai du mal à te suivre, est-ce que tu pourrais développer s'il te plaît ?
Et oui, après il faudra que je fasse l'étude des coûts, de l'impact sur l'environnement...
Cordialement

[40CDV20]

Bsr,
Nombres de métaux et d'alliages sont "naturellement" à l'état passif dans divers milieux (le titane par ex.), ils sont donc utilisables en l'état avec de bonnes caractéristiques anticorrosion. Néanmoins, en y regardant de plus près on s’aperçoit que certaines exigences de durabilité ne sont pas entièrement satisfaites :
-stabilité de la couche passive,
-auto réparation,
-étendue de la zone passive,....
Quant aux inox vrais, on sait que leur passivation est en relation avec la présence de l'élément d'addition chrome, et quasiment lui seul, car le second métal nickel également "noble" est lui difficilement passivable dans cette configuration. attention, ce n'est plus le cas pour les alliages Ni/Cr/Mo tels les inconel, hastelloy,....Il convient donc d'être précis. Il faut une teneur minimale en chrome, l'action du nickel sera renforcée en présence de molybdène, ce qui conduit à des inox austénitiques de grande performance tel le 316.
Il en résulte que pour produire une couche passive de qualité on dispose de plusieurs options, dont la passivation chimique nitrique, technique largement diffusée.
Pour développer des solutions passivantes, on n'y va pas au pif, on examine expérimentalement le comportement du métal ou de l'alliage dans différents milieux, en traçant sa courbe de polarisation anodique (e/lgI) qui va permettre de mettre en évidence diverses zones selon la valeur de la tension (e) et les états résultants du matériau, actif, passif, transpassif,..(chercher sur la toile courbe de polarisation schématique d'un alliage inoxydable, voir également diagramme de Pourbaix, voir aussi du côté des formulateurs d'aciers inoxydables,....)
On continu en examinant et superposant les courbes cathodiques qui préciseront le statut de la passivité, stable, métastable,...
Au final ça demande un minimum de recherche et d'expérimentation, surtout si ça fonctionne car là il faudra nécessairement expliquer pourquoi .
Cdt.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite68a5a870]

Bonjour,

Je me permet de prendre part à la conversation car je suis aussi en alternance et mon projet concerne aussi la passivation..
Je suis en BTS Conception et Réalisation en Chaudronnerie Industrielle et mon étude porte sur la fabrication d'un bac de passivation.
Je devrais défendre cette étude devant un jury et même si je dois surtout justifier le choix du mode de réalisation de la pièce, il me semble inévitable de
parler de corrosion et donc de comparer la résistance de quelques nuances aux attaques du bain de passivation.
J'avais d'abord pensé aux classiques 304L et 316L puis j'ai entendu parlé de nuances Super Duplex et après quelques recherches j'ai découvert la nuance 904L.
Cependant je cherche de information qui permettraient de justifier mon choix avec de meilleurs arguments que : "Acier inoxydable offrant une bonne résistance à la corrosion" ou bien à propos du 904L :
"offre une meilleure résistance à la corrosion que le 316L"
Je me suis renseigné sur ce que propose 40CDV20 mais mes compétences en chimies sont trop insuffisantes pour comprendre ces courbes et ces calculs, d'autant que ce qui m'intéresse serait
plutôt la "vitesse" de la corrosion.

En espérant que quelqu'un puisse m'aider dans mes recherches.

Merci !

[40CDV20]

Bsr,
Il faut préciser un peu car en l'état ça part dans tous les sens.
Pour ce que j'ai compris, il s'agit de réaliser une installation industrielle de passivation des inox ou à minima la cuverie, elle même en inox et présentant une certaine originalité dans son mode de fabrication ?
Quel est le type de passivation retenu, la gamme operatoire intègre t'-elle une opération de
décontamination (des cordons de soudure TIG par ex.) en fluonitrique ou autre ?
Cdt

[invite68a5a870]

Bonjour,

Merci de votre rapidité.
Vous avez bien compris, c'est un ensemble de passivation réalisé en acier inoxydable.
Je sais que ça "marche" car on utilise déjà un bac en inox pour passiver des petites pièces..

Nous utiliserons un produit à diluer je pense à base d'acide nitrique type : http://www.acier-inox-dbpmayet.com/m...0DBP%20601.pdf
Et il est prévu un décapage/dégraissage au karcher à l'eau chaude avant passivation.

Pour la réalisation des soudures du bac, je pensais au procédé 131, car de ce que j'ai compris, la résistance à la corrosion diminue sous l'effet de la chaleur..
De plus la soudure TIG avec son fort apport de chaleur comparé au MIG apportera plus de déformations.

Mon problème porte sur les critères permettant de mettre en avant une nuance par rapport aux autres sur le plan de la résistance à la corrosion.

Cordialement,
George

[40CDV20]

Bjr,
C'est pas si simple, dans votre cas il faut tout à la fois examiner les caractéristiques de l'inox, ce qui est souvent disponible sur les FT des élaborateurs, mais également au soudage s'il représente une part significative du travail.
On sait et pour toutes nuances qu'il faut employer la plus basse énergie possible, je ne suis pas convaincu que le MIG fasse mieux ? le bombardement électronique, oui. Les austénitiques sont de façon générale sensibles à la corrosion inter-granulaire préférentiellement au droit des ZAC. Ici, la seconde faiblesse qui est la fissuration à chaud est hors conditions d'exploitation.
Est ce que vous avez déjà quelques notions du diagramme de Schaeffler de Long qui traite de la constitution des joints soudés ? On sait assez bien compenser cette sensibilisation par traitement thermique, par emploi de nuances bas carbone (304L, 316L,..), ou en utilisant des inox stabilisés au titane ou au nobium qui inhibent la formation de carbure de chrome (Z6CNT 18-10, Z6 CN Nb 18-10 ou 321 et 327)
Mais très rapidement et c'est là le risque vous risquez de vous engluer dans ce qui est une vraie spécialité sans pour autant convaincre et vous éloigner de la partie chaudronnerie si elle représente le gros du dossier à soutenir.
Cdt.

[invite68a5a870]

Re-bonjour!

Pour le soudage, c'est un bac en 3 parties : le bac en 2 parties (en "U") et un fond en pointe de diamant afin de créer une pente pour la vidange, il y a donc 2 soudures longitudinales de 600mm, le fond sera soudé en continu sur tout le périmètre du bac soit environ 4000mm (Dim. Lxlxh : 1200x800x600mm).
Je ne comprends pas votre question sur le MIG..
Concernant le diagramme de Schaeffler, le programme du BTS se limite au choix du métal d'apport, cependant je peux me renseigner.
Je comprends que je vais me lancer dans quelque chose de trop pointue si je cherche à justifier par des chiffres le choix de la matière, mais je préfère être sûr :
Le choix du 316L en épaisseur 5mm vous semble t-il convenable? Et je pourrais peut-être aborder le thème de la métallurgie dans le choix d'un métal d'apport qui pourrait limiter la corrosion intergranulaire dans le joint soudé?
Merci pour votre implication!

Cordialement.

[40CDV20]

Bsr,
Perso, j'essayerais de répartir les tâches pour profiter au mieux des compétences/connaissances que chacun ici est prêt à partager.
-un volet chaudronnerie et les calculs qui vont bien
-un volet métallurgie,
-un volet électrochimie (en restant raisonnable car comme il s'agit d'alliages et non de métaux ça se complique rapidement)
il peut y avoir également d'autres considérations tel un volet économique ?
le tout remis en forme et bien documenté.
Pour le premier, c'est hors de mes compétences, mais je pense naturellement à Jaunin qui est très bon pour dire si ça tient la route ou si ça s'affaisse ! ne pas hésiter à lui envoyer un mp. En électrochimie, pourquoi pas Chalco qui a l'art et la manière de résumer tout en restant consistant et compréhensible. J'en oublie bien entendu,...mais c'est aussi l'esprit du forum d'aider d'abord ceux qui n’hésitent pas à "mouiller leur chemise".
Pour le MIG je ne posais pas de question, je n'étais pas convaincu que ça apporte un grand + rapporté au TIG.
Métallurgiquement c'est assez simple, on dispose d'une cuve en inox qui contient une solution oxydante. Il va se produire une passivation chimique et le tour est joué,..enfin dans la mesure ou le procédé de fabrication n'altère pas de trop les caractéristiques de l'inox. Ce qui doit être examiné avec soin est le soudage.
Les inox austénitiques sont facilement soudables et si le job est bien fait il y a peu voire très peu de fragilisation de la ZAC à attendre (zone affectée par la chaleur). Néanmoins contenant une solution particulièrement agressive il faut réduire à minima le risque de sensibilisation d'une partie de la ZAC à une corrosion intergranulaire.
Généralement on estime l'aire de la ZAC à 3 a 4 largeurs de cordons (en cherchant un peu on doit trouver un schéma de corrosion inter-granulaire). En simplifiant, la zone sensibilisée ne se trouve pas au contact direct du cordon mais environ à un demi-cordon de part et d'autre de celui-ci.
Sur des austénitiques basiques tel le 304, le risque résultant est une corrosion préférentielle aux joints de grains si le métal est au contact de solutions agressives. Heureusement il existe des parades, un traitement thermique contrôlé mais pas toujours aisé à réaliser sur de grandes pièces, et plus simplement l'utilisation de bas carbone ou de nuances stabilisées comme déjà dit. C'est ce que perso je ferais, un 316 L, je pense qu'à des teneurs en carbone < à 0.02% le risque de précipitation des carbures peut être considéré comme négligeable. En version + un 321 ou un 347 mais le tarif monte.
Pour passiver un métal on dispose de 2 options principales :
-soit on impose au matériau une tension (électrique) de valeur ad-hoc via un potenstiostat par ex.,
-soit on utilise un agent oxydant de façon à ce que le point de corrosion du système, soit dans le domaine de passivation du matériau. Il arrive aussi que l'on utilise les deux couplés (ce fut longtemps le cas pour la cuverie inox des bains de nickelage chimique Ni/P, voir nickel Kanigen).
Cdt.

[invitea83ee58b]

Bonjour,

Je me permet de relancer la conversation par une petite question : est-il possible (avec quelque produit que ce soit) de passiver les inox à ph neutre ?

Merci d'avance.

Cdt,

Clément

[40CDV20]

Bsr pizoum,
Peut être, la règle est simple il faut et il suffit de disposer d'oxygène et mieux d'un électrolyte oxygéné.
Ce qui fonctionne le mieux est l'acide nitrique, qui présente tout à la fois des propriétés d'acide fort et des propriétés d'oxydant fort. Dans ce qui nous occupe, les propriétés acides sont sans grand intérêt, ce sont les propriétés oxydantes de l'ion nitrate qui nous intéressent, mais les choses sont ainsi faites que l'on utilise les propriétés oxydantes de l'ion nitrate en milieu acide.
En ce qui concerne l'acide citrique, c'est un électrolyte oxygéné(C6H8O7 il me semble), son domaine d'application est plus modeste mais il est en pointe dans le domaine du détartrage oxydant des cafetières et autres centrales vapeur. La pratique montre qu'il améliore considérablement la durée de vie des matériels, dont les constituants en inox, en comparaison de l'ancien détartrage à l'acide sulfanilique.
Il a été également été testé les chlorates et perchlorates alcalins, les peroxodisulfates,.....et bien entendu (j'imagine) ton eau oxygénée.
Quand on procède à ce type d'investigations, le temps étant de l'argent on ne fait pas les choses au pif ! Les inox se prêtent remarquablement à la passivation, chimique ou anodique, et pour que cette passivation soit performante et durable on doit distinguer lors de l'étude potentiodynamique trois domaines distincts :
-pour les très basses tensions la ddc croit avec la polarisation, c'est la phase de dissolution du métal
-pour les tensions supérieures, à la tension de passivation la ddc devient quasi nulle , c'est la phase de croissance de la couche passivée
-au dessus de la tension minimale de dégagement d'O2 la ddc croit avec la polarisation.
Si on n'observe pas ceci, inutile de perdre son temps on passe au candidat suivant. Je pense qu'industriellement l'acide nitrique représente la quasi totalité des procédés, les dichromates (où on opérait autour de +60°C) étant disqualifiés pour d'autres raisons. On trouvera sans doute aussi ici ou là des options bios, vertes ou folkloriques
Cdt.

[invitea83ee58b]

Bonjour,

Merci de votre réponse rapide ; je ne suis pas très familier de l'étude potentiodynamique, cela se fait grâce aux courbes anodiques/cathodiques ? Auriez-vous un exemple (au pif pour H2O2 ). Pour comprendre un peu mieux les 3 étapes dont vous parlez !
Pour l'instant, mes essais ont été uniquement chimique, pas de courant mis en jeu. Cela peut-il faciliter les choses ?

Merci des connaissances et de l'aide que vous pourrez m'apportez.

Bien cordialement,

Clément

[40CDV20]

Bjr pizoum,
En ce qui concerne l'EN, j'ai renoncé à suivre les errements de ces vingt dernières années, c'est quoi une licence PTA ?
On constate que tu disposes de bases dans cette affaire, tu dois donc savoir que ce sont les travaux de Bedworth et Pilling qui ont posé les lois de l'oxydation, et d'en comprendre les mécanismes. Par la suite, l'observation de nombreuses lois expérimentales a permis une approche plus fine des alliages et en particulier des variations de composition chimique du film d'oxyde, de son adhérence ou de sa structure. Je passe sur les préparations chimiques et en particulier la décontamination ferreuse des inox avant passivation, son mode de suivi et de contrôle à l'aire du fameux test colorimétrique au bleu de Prusse. Tu fais également référence aux moyens de contrôle et de caractérisation des films d'oxydes, en contrôle destructif (car l'éprouvette représentative a vite atteint ses limites) on dispose effectivement du brouillard salin à 5% (me semble t-il) nettement plus performant que la version d'origine des années 70, à 20%.
En non destructif ça a bien évolué, les contrôles basés sur la mesure de l'impédance surfacique, d'ordre morphologique, les microscopie optique, électronique, à balayage,...d'ordre structural, la diffraction des électrons et autres rayons X
Bien entendu, on fera la différence entre de la cuverie du nucléaire et celle dédiée à la préparation des yaourts aux fruits
Précise ce qui tu maîtrises et ce que tu maîtrises moins, clarifie et justifie tes objectifs,....ça aide souvent à activer un post et aussi d'éviter "le côté ouverture de chantier" qui dissuade d'intervenir.
Cdt.