Fiche technique n° 26
On parle souvent de galvanisation. Cependant, il existe différentes méthodes d’application du zinc, chacune ayant ses avantages et ses inconvénients. Il est essentiel de comprendre ces différences.
CE QUE VOUS VOYEZ EST CE QUE VOUS OBTENEZ
Rien n’offre plus de sécurité qu’un système équitable.
Depuis plus de 150 ans, la galvanisation à chaud est le champion incontesté de la protection contre la corrosion. Le fait que le zinc, en tant que métal de base, puisse protéger un matériau comme l’acier a longtemps été un mystère. Les alchimistes en ont peut-être tiré un espoir dans leur quête de l’or.
Depuis le début du 18e siècle, nous savons qu’une couche de zinc protège l’acier de la corrosion. Mais ce n’est qu’au XIXe siècle qu’une méthode de production, le décapage, a été mise au point. Il a fallu attendre près de 100 ans pour que des expériences et des recherches en laboratoire permettent de comprendre le processus.
La pratique quotidienne montre l’énorme étendue de l’application de l’acier galvanisé à chaud dans les structures, les outils et le design. Il suffit d’un investissement unique et plus aucun entretien n’est nécessaire ; il n’est donc pas étonnant que l’acier galvanisé à chaud soit toujours le choix préféré près de 300 ans après son invention.
Comment se fait-il que la couche de zinc adhère si bien à l’acier ? Cette fiche technique vous l’explique.
LE PROCESSUS DE GALVANISATION À CHAUD
La galvanisation à chaud est un procédé métallurgique qui consiste à immerger l’acier dans du zinc en fusion. Pour que le zinc se liquéfie et permette ainsi l’immersion, la température du zinc doit être supérieure à son point de fusion, qui est de 419°C. Presque toujours, une température de 450°C est maintenue dans le bain de zinc. Lorsque l’objet en acier est immergé, le zinc liquide autour de l’objet se solidifie (comparable à de l’eau gelée). Une fois que l’objet a presque atteint la température du bain de zinc, la couche de zinc peut se former. Plusieurs couches d’alliage zinc-fer se forment à ce moment-là, et également en succession rapide, recouvertes d’une couche de zinc pur due à la solidification du zinc lorsque l’objet est sorti du bain de zinc.
POURQUOI 450°C ?
Le zinc fond à 419°C. La température du bain de zinc doit rester supérieure à cette valeur, notamment parce que le bain se refroidit en immergeant des objets beaucoup plus froids. En outre, l’excédent de zinc devra s’écouler de la surface du profilé lorsque l’objet sera hissé hors du bain. De même, il faut prévoir suffisamment de temps pour effectuer des réparations en cas d’urgence. Par exemple, si l’alimentation en énergie du bain chauffé stagne, il faut éviter la solidification du zinc dans le bain. La solidification réduirait le volume du zinc, créant un espace entre le bain de zinc et le zinc solidifié. Il serait alors impossible de fondre le zinc après la solidification sans soumettre la casserole à une contrainte thermique.
Une température trop élevée, outre une facture d’énergie élevée, endommage également le bac en zinc. Ce bac en acier se dissout plus rapidement à des températures supérieures à 480°C, car le zinc réagit de manière particulièrement agressive avec le fer à partir de cette température. Outre les résultats optimaux de la galvanisation, ce sont les raisons pour lesquelles le bain de zinc est chauffé à une température de 450°C.
Il existe également des installations à plus haute température et des bains de zinc en céramique pour des applications spéciales, mais celles-ci ne sont pas incluses dans cette fiche d’information technique.
Le revêtement galvanisé est créé par un processus de diffusion Fe-Zn à la surface de l’acier, suivi par la formation d’alliages Zn-Fe qui sont « métallurgiquement ancrés » à la surface de l’acier. Cela permet d’obtenir une excellente adhérence et une résistance à l’usure. Dès que l’objet est immergé dans le bain de zinc et que la réaction chimique commence, la couche Zeta se forme. La diffusion ultérieure crée ensuite la couche Delta et la couche Gamma (-double) (anciennement appelée double couche Gamma en raison de sa structure). Lors de l’extraction du bain de zinc, le zinc liquide s’écoule de l’objet et, lors de la solidification, forme une couche de zinc presque pur (couche Eta = au moins 98 % de zinc pur), également appelée couche de solidification pour des raisons compréhensibles.
La norme relative à la galvanisation (EN-ISO 1461) cite l’aspect de l’adhérence et mentionne immédiatement qu’il n’existe pas de méthode appropriée et normalisée connue pour tester l’adhérence du revêtement galvanisé.
Il ressort clairement de l’explication qui précède qu’il n’est généralement pas nécessaire d’évaluer l’adhérence du revêtement de zinc. L’ancrage chimique des couches d’alliage zinc-fer est plus que suffisant pour presque toutes les applications.
Pour des applications spéciales, cependant, un client peut avoir intérêt à ce que le revêtement de zinc ait une certaine adhérence minimale. Prenons l’exemple des surfaces de roulement des chemins de roulement des grues. Dans ce cas, des méthodes d’essai peuvent être convenues à l’avance pour évaluer l’adhérence.
Ainsi, on peut utiliser le test du dolly (EN-ISO 4624), normalement appliqué pour les revêtements organiques, ou le « test du couteau » dans lequel on utilise un couteau pointu et solide (semblable à un couteau à huîtres). Il est parfois fait référence au test du diamant (ISO 16276-2 ou EN-ISO 2409), comme c’est également le cas pour les revêtements organiques. Le test au marteau, selon la norme américaine ASTM A123, n’est plus guère utilisé de nos jours. Ce test montre tout au plus que la couche de zinc est plus dure que l’acier sous-jacent. En laissant tomber un marteau sur la couche de zinc « dure », qui ne se déforme donc pas, le zinc se détache de l’acier parce que l’acier est « plus dur » et se cabosse sous l’impact du marteau.
Dans de rares cas, l’adhérence entre le revêtement de zinc et l’acier est nulle ou presque. Dans ce cas, seule une couche de zinc excédentaire se solidifie. A la moindre sollicitation mécanique, telle qu’un coup, une chute ou un pliage, la totalité de la couche de zinc se détache. Ce phénomène est dû à l’état de surface et à la composition chimique de l’acier. Certains aciers, comme l’acier inoxydable*, l’acier au manganèse, l’acier autodurcissant, l’acier à ressorts et l’acier auto, ne conviennent tout simplement pas à la galvanisation. Toutefois, cela ne se produit jamais avec les aciers de construction ordinaires. Il ne s’agit donc pas d’un problème d’adhérence, mais d’un processus chimique insuffisant qui perturbe la formation des couches d’alliage zinc-fer. Ce phénomène est immédiatement visible après la galvanisation, ce qui fait de la galvanisation un système fiable. Les défauts éventuels sont immédiatement visibles, contrairement aux peintures ou aux revêtements en poudre, par exemple, où les problèmes n’apparaissent parfois qu’après un certain temps.
*Certains types d’acier inoxydable peuvent être recouverts d’une couche galvanisée, ce qui peut être déterminé par des essais pratiques.
EN ISO 1461
Revêtement galvanisé à chaud sur des objets en fer et en acier - Spécifications et méthodes d’essai.
EN ISO 14713 partie 1
Revêtements de zinc - Directives et recommandations pour la protection du fer et de l’acier dans les structures contre la corrosion - Partie 1 : Principes généraux de conception et résistance à la corrosion.
ASTM A123/A123M-13
Standard Specification for Zinc (Hot-Dip Galvanised) Coatings on Iron and Steel Products
EN ISO 4624
Peintures et vernis - essai d’arrachement pour déterminer l’adhérence
ISO 16276-2
Protection des structures en acier contre la corrosion par des systèmes de peinture - Évaluation et critères d’acceptation de l’adhérence/cohésion (résistance à la rupture) d’un film sec - Partie 2 : Essai au diamant et essai de coupe transversale simple
EN ISO 2409
Peintures et vernis - Essai transversal