Evaluation de la résistance à la corrosion de l’aluminium anodisé et colmaté
Question
L’anodisation est un traitement de surface couramment appliqué sur l’aluminium, le titane ou d’autres métaux pouvant être passivés pour améliorer leurs propriétés de surface (tenue à la corrosion, dureté coloration ...). En choisissant l’électrolyte adéquat, le procédé d’anodisation peut conduire à la formation d’une structure colonnaire poreuse qui permet, par exemple, l’imprégnation d’un colorant. Nos techniques d'analyses permettent de caractériser cette structure.
Pour certaines applications, il est nécessaire de colmater ces pores, notamment lorsque les conditions d'utilisation du matériaux exigent une bonne résistance chimique et /ou à la corrosion.
Dans ce cas d'étude, nous montrons comment évaluer rapidement la qualité d’une couche d’anodisation poreuse colmatée ?
Expertise
Materia Nova possède une expertise de longue date dans le domaine de l’anodisation de l’aluminium, du titane et du niobium ainsi que de l’équipement d’application (à l’échelle pilote) et des méthodes d’évaluation. Outre les techniques de caractérisation classique (brouillard salin, dureté, etc) Materia Nova a mis en place une plateforme de caractérisation des couches anodiques combinant des mesures d’impédance électrochimique (EIS) et des examens microscopiques (MEB).
Dans ce cas d’étude, l’aluminium 1050 a été anodisé en milieu sulfurique. Les mesures d’impédance permettent d’évaluer la protection contre la corrosion offerte par les couches anodiques. La technique est très sensible à la qualité de la couche poreuse et permet d’obtenir en des temps courts (quelques heures de contact) des informations pertinentes.
Dans le cas de l’aluminium anodisé en milieu sulfurique, le système est constitué d’une couche barrière et d’une couche poreuse. Si l’anodisation est suivie d’une étape de colmatage, on distingue généralement les deux contributions caractéristiques des couches barrière (dans le domaine des basses fréquences) et poreuse (dans le domaine des hautes fréquences). Ce système peut être représenté par un schéma électrique équivalent dans lequel Cp et Rp représentent la capacité et résistance de la couche poreuse et Cb et Rb la capacité et résistance de la couche barrière.
Le module de l’impédance à basse fréquence renseigne sur la résistance à la corrosion de l’aluminium anodisé et colmaté. Plus sa valeur est élevée, plus la résistance à la corrosion est importante. Les spectres d’impédance illustrés ici montrent la réponse d’aluminium anodisé et correctement ou insuffisamment colmatés. Dans le premier cas, la contribution résistive de la couche poreuse (fréquences intermédiaires) se maintient à 105 Ohms.cm² jusqu’à 13 jours de contact avec la solution agressive. Si le colmatage est insuffisant, la résistance de la couche poreuse diminue au cours du temps comme illustré ici. En utilisant un logiciel adapté, il est possible d’analyser plus finement l’évolution des paramètres caractérisant les couches barrière et poreuse. La détermination de la capacité de la couche barrière permet d’estimer son épaisseur en vertu de la relation qui lie la capacité d’un condensateur à l’épaisseur et la constante diélectrique du matériau (connue pour l’alumine). Par exemple, dans le cas traité, l’épaisseur de la couche barrière est de 17 nm.
Solution
La technique EIS a permis de mettre en évidence, dans un temps relativement court, la qualité du colmatage de la couche d’anodisation poreuse de l’aluminium 1050 et de déterminer l’épaisseur de la couche barrière. Les examens MEB complémentaires permettent l’observation de surface des échantillons et d’analyser leur porosité (taille moyenne des pores, densité) en utilisant des techniques d’analyse d’image adaptées. L’utilisation d’une technique de cryofracture permet l’obtention rapide de l’épaisseur mais également un examen morphologique en coupe.