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Procédé de préparation de la surface métallique d'un objet,
notamment en tôle d'acier, pour émaillage en mode direct.
L'invention concerne un procédé de préparation de surfaces
métalliques pour émaillage, notamment de tôle d'acier.
5Pour émailler une tôle, on peut déposer successivement sur la tôle une
couche d'émail de "masse" puis une couche d'émail dite de "couverte".
La couche d'émail de masse sert de couche d'accrochage à la tôle.
La couche de couverte est la couche de finition.
Mais on peut également émailler une tôle sans utiliser de couche
10d'accrochage, donc sans émail de masse : c'est ce qu'on appelle
communément l'émaillage "en mode direct".
Dans l'émaillage en mode direct, comme dans toute technique
d'émaillage, on peut aussi superposer plusieurs couches d'émail de
couverte .
15Pour émailler une tôle en mode direct, par application directe d'une
couche de couverte, on prépare la surface métallique à émailler afin
d'obtenir, notamment, une bonne adhérence de la couche d'émail à la tôle.
Globalement alors, pour réaliser un objet comme une marmite ou une
casserole émaillée en mode direct, on met en forme une tôle, on prépare sa
20surface, on l'enduit de fritte d'émail de couverte et on cuit l'émail.
Pour préparer une surface métallique à l'émaillage direct, on connaît
un premier procédé dans lequel on décape la surface métallique puis on
traite la surface par une solution de sulfate contenant du nickel comme
cation formateur de couche; ce traitement de surface est aussi appelé
25"nickelage".
Le décapage et le traitement de surface sont généralement réalisés par
immersion ou par aspersion.
L'inconvénient de ce premier procédé est qu'il nécessite un décapage
profond, correspondant à un enlèvement de matière supérieur à 15 g/m2
30sur la surface a émailler, pour obtenir des émaux présentant des qualités
satisfaisantes sur le plan de l'adhérence et de l'aspect de surface.
Ainsi, dans ce premier procédé, I'enlèvement de matière nécessaire
est couramment de l'ordre de 25 g/m2 de surface à émailler.
Ce décapage profond est un inconvénient dans la mesure où il
35engendre des volumes très importants de boues à traiter.
Pour éviter l'inconvénient du traitement de volumes importants de
boues, le document FR 2 593 522 propose de remplacer le décapage et le
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traitement aux sulfates par une phosphatation à l'aide d'une solution
contenant essentiellement du nickel comme cation formateur de couche;
mais l'adhérence de l'émail s'est révélée dans ce cas très insuffisante, et
en tout cas inférieure à celle qu'on obtient dans le cas du premier procédé
5 cité.
On connaît enfin un troisième procédé de préparation de surface dans
lequel on traite aussi la surface par une solution de phosphates, mais après
un léger décapage: il est important alors que la solution contienne du
molybdène, en plus du nickel comme précédemment.
Selon ce troisième procédé, il ne serait donc plus nécessaire de
décaper aussi fortement la surface métallique à émailler pour obtenir une
adhérence et un aspect de surface à peu près satisfaisants: un décapage
plus léger, inférieur à 15 g/m2 (par face), suffirait.
On parvient alors à diminuer de 40% environ la quantité de boues
15 engendrée lors de la préparation de surface.
D'autres traitements de ce type peuvent être envisagés, par exemple
par des solutions contenant de l'antimoine.
Mais, selon ce troisième procédé, les effluents de traitement
contiennent alors des métaux lourds, notamment du molybdène, et peuvent
20 être coûteux à traiter.
Par ailleurs, en pratique, il semble difficile d'atteindre les mêmes
niveaux d'adhérence d'émail que dans le premier procédé décrit ci-dessus,
notamment d'une manière reproductible.
L'invention a pour but d'obtenir, à la surface métallique d'un objet, un
25 émail de forte adhérence et de bon aspect de surface par une préparation
de la tôle générant des effluents moins volumineux et plus faciles à traiter.
A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de préparation de la
surface métallique d'un objet, notamment en tôle d'acier, pour émaillage en
mode direct, dans lequel on décape puis on traite ladite surface, caractérisé
30 en ce que l'on traite la surface décapée en deux étapes, une première
étape de traitement de phosphatation dite "amorphe" adapté pour former
une couche d'au moins 0,2 g/m2 sur ladite surface, puis une seconde
étape de traitement dit de "nickelage".
Pour le décapage, on utilise de préférence des acides forts, ce qui
35 permet de diminuer le temps de décapage.
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-
Pour le traitement de phosphatation amorphe, on utilise donc une
solution de phosphate formant une couche; ce traitement est connu en lui-
même, notamment pour la préparation d'une tôle à l'emboutissage.
Le traitement de nicl<elage est connu en lui-même pour la préparation
d'une surface à l'émaillage direct après un décapage profond et correspond
par exemple au traitement du premier procédé de l'art antérieur
précédemment décrit.
Selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, on fixe les
conditions de nickelage pour obtenir un dépôt compris entre 0,5 et 2,5
g/m2 sur la surface à émailler.
Ainsi, grâce au traitement de surface selon l'invention, qui comporte
deux étapes, I'une de phosphatation amorphe, I'autre de nickelage, on
constate qu'un léger décapage suffit pour obtenir d'une manière
reproductible un émail à la fois fortement adhérant et présentant un aspect
1 5 de surface satisfaisant.
On entend par décapage léger un décapage correspondant à un
enlèvement de matière d'au plus 15 g/m2, lorsque la surface à décaper est
en tôle d'acier.
Grâce à l'invention, on limite donc la quantité de boues à traiter, on
évite la présence de métaux lourds dans les effluents de traitement de
surface- tout en obtenant en mode direct une couche d'émail aussi
adhérante que par le premier procédé cité de l'art antérieur, à savoir un
décapage profond suivi d'un unique traitement de nicl<elage par une
solution de sulfates.
A partir d'une tôle métallique, notamment une tôle d'acier, pour
fabriquer un objet fini émaillé en mode direct, comme une casserole ou une
marmite, il faut procéder à une mise en forme de la tôle, évidemment avant
l'émaillage .
Comme la mise en forme, par exemple par emboutissage, est réputée
détruire la préparation de surface pour l'émaillage direct, on met même en
forme avant la préparation de la surface; car, une tôle qui serait, dans
l'ordre inverse, décapée puis mise en forme (y compris huilage et
dégraissage) ne présente plus une réactivité de surface suffisante pour
rendre efficace le traitement de surface.
Ainsi, dans l'art antérieur de fabrication d'un objet en tôle émaillée, la
succession des étapes de fabrication présente alors l'ordre suivant:
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- mise en forme des objets à partir d'une bande de tôle, à savoir
successivement huilage, mise en forme à proprement parler et dégraissage.
- préparation de surface des objets, à savoir décapage puis traitement
de surface;
5- émaillage à proprement parler.
L'inconvénient de l'ordre de ces étapes de fabrication est qu'il est
plus difficile de préparer la surface d'objets déjà mis en forme que celle
d'une bande de tôle; sur une bande de tôle en effet, on peut notamment
décaper et traiter facilement en continu et à grande vitesse.
10L'invention a également pour but de simplifier le procédé de
fabrication d'un objet en tôle émaillée.
A cet effet, I'invention a donc également pour objet un procédé de
fabrication d'un objet en tôle métallique émaillée en mode direct, qui
comprend une opération de mise en forme, une préparation de la surface
15selon l'invention, et une opération d'émaillage, caractérisé en ce que
l'opération de mise en forme est réalisée après décapage et après la
première étape de traitement de surface dite de phosphatation amorphe.
Grâce à l'invention qui porte sur le traitement de surface en deux
étapes, la surface décapée puis phosphatée conserve cependant une
20réactivité suffisante après mise en forme pour rendre efficace le traitement
de nickelage et conférer à l'émail une bonne adhérence et un bon aspect
de surface.
Pour décaper (et phosphater) la tôle, on peut alors profiter
d'installations industrielles très performantes de décapage de bandes de
tôle.
Ce nouvel ordre des opérations de fabrication apporte également un
avantage complémentaire au niveau de la mise en forme puisque, grâce à
la phosphatation préalable, on améliore sensiblement les propriétés
tribologiques de la surface, et donc la lubrification entre la tôle et les outils
30de mise en forme.
Enfin, ce nouvel ordre des opérations de fabrication permet de fournir
des tôles déjà décapées et phosphatées, aptes à l'émaillage direct après
une éventuelle mise en forme et un simple traitement de nickelage; de son
côté, I'émailleur n'a plus besoin d'installations de décapage et se trouve
35libéré du traitement des boues de décapage.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va
suivre, donnée à titre d'exemple, et en référence, pour l'exemple 3, à la
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figure 1 qui représente l'adhérence de couches d'émail pour deux
préparations de surface différentes et en fonction (axe des abscisses) de la
quantité de matière enlevée au décapage préalable (g/m2/face).
Selon le mode de réalisation principal de l'invention, on prend un objet
métallique à émailler.
Cet objet est réalisé par mise en forme d'un flan de tôle, ici d'acier.
Selon l'invention, on décape la tôle puis on opère un premier
traitement de surface de phosphatation amorphe.
La composition du bain de décapage est connue en elle-même; pour
raccourcir le temps de décapage, on utilise de préférence des bains à base
d'acide fort, par exemple d'acide sulfurique.
On choisit les conditions de décapage de manière à enlever au plus 15
g/m2 d'acier (par face~.
Le bain de phosphatation amorphe est connu en lui-même.
On choisit les conditions de phosphatation pour déposer une couche
d'au moins 0,2 g/m2 par face sur la tôle à émailler.
De préférence, on choisit une solution de phosphatation et des
conditions d'application adaptée pour que le poids de la couche ne dépasse
pas 2 g/m2 par face.
De préférence, on choisit une solution de phosphatation adaptée pour
obtenir une couche à base de phosphate amorphe de sodium, de calcium et
de fer.
La solution de phosphatation qu'on utilise ne contient pas de métaux
lourds et les effluents de phosphatation n'en contiennent pas non plus.
Les opérations de rinçage et de séchage qui accompagnent le
décapage et la phosphatation sont connues en elles-mêmes et ne sont pas
décrites ici en détail.
Toujours selon l'invention, on procède ensuite au deuxième traitement
de surface du procédé de préparation selon l'invention.
Ce traitement est d'un type classique de nickelage par une solution
contenant des cations de nicl<el, connue en elle-même pour préparer une
surface métallique à l'émaillage direct.
La solution contient par exemple des anions sulfates ou phosphites.
De préférence, les conditions de nickelage sont adaptées d'une
manière connue en elle-même pour obtenir un dépôt de 0,5 à 2,5 g/m2 à la
surface de l'objet à émailler.
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Les effluents de nickelage sont ceux qu'on trouve habituellement en
amont des installations d'émaillage en direct de l'art antérieur et ne posent
aucun problème particulier pour leur traitement; un avantage de l'invention
est qu'ils ne contiennent pas de métaux lourds.
Les opérations de rinçage et de séchage qui accompagnent le
nickelage sont connues en elles-mêmes et ne sont pas décrites ici en détail.
L'objet ainsi préparé selon l'invention est maintenant prêt pour
l'émaillage direct.
On enduit l'objet d'une seule couche d'émail de couverte que l'on cuit
d'une manière connue en elle-même.
Selon l'invention, et alors même qu'on n'a procédé qu'à un décapage
léger pour préparer la surface, on obtient une couche d'émail présentant
une forte adhérence et un bon aspect de surface.
On entend par décapage léger un décapage correspondant à un
enlèvement de matière d'au plus 15 g/m2 si la surface de l'objet à émailler
est en acier.
On entend par forte adhérence une adhérence au moins comparable à
celle qu'on obtiendrait en préparant la surface de l'objet selon le premier
procédé cité de l'art antérieur; ce procédé se différencie essentiellement
de celui de l'invention par un décapage plus important et par l'absence du
traitement de phosphatation.
Grâce à l'invention, on génère également une quantité de boues de
décapage très inférieure à celle du premier procédé cité de l'art antérieur;
la quantité de boues peut être notamment diminuée de 40%.
Enfin, toujours grâce à l'invention, les effluents de traitement de
surface ne contiennent pas de métaux lourds, contrairement au troisième
procédé cité de l'art antérieur, utilisant des solutions de traitement
contenant du molybdène.
L'invention peut être également mise en oeuvre dans le cadre d'un
procédé de fabrication d'un objet en tôle émaillée en mode direct.
Par exemple, on part d'une bande de tôle d'acier sortant d'un train de
laminage à froid, plus précisément de la cage d'écrouissage.
Selon l'invention, on décape la bande de tôle puis on opère un premier
traitement de surface de phosphatation amorphe.
Avantageusement le décapage et le traitement de phosphatation sont
réalisés en ligne après l'écrouissage, à cadence élevée, par exemple à la
vitesse de 30 m/min.; le temps de décapage peut être notablement réduit
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par rapport aux temps de décapage des procédés de préparation de l'art
antérieur: par exemple 2 à 25 secondes par rapport à couramment plus de
cinq minutes dans l'art antérieur.
Comme précédemment, on choisit des conditions de décapage d'une
5 manière connue en elle-même pour obtenir une adhérence forte de l'émail
tout en enlevant au plus 15 g/m2 par face.
On utilise un bain de phosphatation amorphe connu en lui-même,
comme le bain dénommé commercialement Bonderite 901 de la Société
PARKER, à une température de 60C environ.
On choisit comme précédemment des conditions adéquates de
phosphatation, pour obtenir une couche ou un dépôt d'au moins 0,2 g/m2
par face.
Les boues de décapage et les effluents de phosphatation peuvent être
traités dans des installations de traitement d'effluents prévues par ailleurs
15 pour traiter les effluents de laminage et d'écrouissage.
La tôle décapée et phosphatée peut être bobinée et expédiée vers les
émailleurs, qui procèdent à la mise en forme et à l'émaillage en direct après
simple nickelage.
La tôle décapée et phosphatée peut être alors considérée comme un
20 produit commercial intermédiaire, apprêté à l'émaillage direct.
Avantageusement, le traitement de phosphatation apporte une
protection temporaire contre la corrosion et prépare à la mise en forme.
Selon l'ordre du procédé de fabrication selon l'invention, on procède
donc ensuite à la mise en forme, avant le deuxième traitement de surface
25 de type nickelage.
Ainsi, on huile la tôle, on met en forme, notamment par
emboutissage, et on dégraisse la pièce formée, par exemple dans une
solution alcaline.
Grâce au traitement de phosphatation, et tout en utilisant une huile
30 d'emboutissage classique, le coefficient de frottement de la tôle traitée
contre les outils de mise en forme est plus faible qu'avec une tôle non
traitée, ce qui facilite l'opération de mise en forme.
On procède ensuite comme précédemment au deuxième traitement de
surface du procédé de préparation selon l'invention, c'est à dire au
35 nickelage.
La tôle mise en forme et nickelée est maintenant prête pour
l'émaillage direct.
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On enduit la tôle d'une seule couche d'émail de couverte que l'on cuit
d'une manière connue en elle-même: on obtient alors l'objet en tôle
émaillée.
Selon l'invention, et alors même que la mise en forme est réalisée
5 après décapage, on obtient une couche d'émail présentant une adhérence
tout à fait comparable à celle qu'on obtient dans le premier mode de
réalisation; ce résultat indique que, même après mise en forme, la surface
décapée et phosphatée est restée suffisamment réactive pour rendre
efficace le traitement de nicl<elage.
Grâce au procédé de fabrication selon l'invention, on déplace
avantageusement une partie du traitement de préparation de la surface,
notamment le décapage, avant la mise en forme: le décapage peut alors
être effectué en continu sur la bande de tôle directement en aval du
laminage, sur des installations industrielles de grande capacité qui
bénéficient d'installations largement dimensionnées de traitement des
effluents et des boues.
Le traitement de phosphatation amorphe, qui est partie intégrante de
la préparation à l'émaillage, facilite la mise en forme.
Les exemples suivants illustrent l'invention.
Dans les exemples qui suivent, on indique la composition de solutions
de traitement et de dépôts réalisés à la surface de tôles d'acier; les
méthodes d'analyse employées pour obtenir ces compostions sont:
I'analyse chromatonionique, I'absorption atomique et l'analyse par plasma
à couplage inductif pour les analyses de solution, comme pour les analyses
de dépôt qui sont effectuées après remise en solution.
Exemple comparatif 1:
Cet exemple a pour but d'illustrer le premier procédé cité de l'art
antérieur dans lequel on procède à un décapage profond suivi d'un seul
traitement de nickelage de la surface métallique à émailler.
La tôle à émailler est une tôle d'acier décarburé d'épaisseur 1 mm,
dénommé SOLFER de la Société SOLLAC.
On met en forme la tôle, puis on la dégraisse dans une solution
alcaline.
On décape ensuite la tôle par immersion pendant 6 à 11 minutes dans
une solution acide à 70C environ contenant environ 70 g/l d'acide
sulfurique .
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On ajuste le temps de décapage pour obtenir une perte de poids de la
tôle de 20 à 40 g/m2 par face.
Cette perte de poids est nécessaire pour obtenir les qualités
d'adhérence et d'aspect de surface de l'émail à déposer.
Ce décapage engendre des boues à traiter; la quantité de boues
engendrée est proportionnelle à la perte de poids visée.
On traite ensuite la surface décapée par immersion pendant 3 à 6
minutes dans une solution de nickelage à 70C environ contenant 11 g/l
environ de sulfate de niclcel dont le pH a été ajusté à 2,8 environ par
addition d'acide sulfurique.
On ajuste le temps de niclcelage pour obtenir un dépôt de nickelage
compris entre 0,5 et 2,5 glm2 par face.
On enduit ensuite d'émail de couverte la surface traitée.
On prend par exemple un émail blanc liquide dénommé L138 de la
Société FERRO et on dépose une couche de environ 300 g/m2 par face.
On cuit ensuite l'émail dans des conditions spécifiques de sa
composition, ici 3 minutes environ à 820c environ.
On obtient alors une tôle d'acier émaillé.
On évalue ensuite les qualités d'adhérence et d'aspect de surface de
I'émail.
On évalue l'adhérence de la couche d'émail au substrat de tôle d'acier
selon la norme EN 10209, qui définit une échelle de cinq cotations, de la
valeur 1 pour une adhérence excellente à la valeur 5 pour une mauvaise
adhérence .
L'homme de métier évalue la qualité de surface d'une manière connue
en elle-même, en vérifiant notamment visuellement l'absence de défauts
comme des défauts de type piqûres, bouillons, coups d'ongle.
Ici, I'émail obtenu présente un niveau d'adhérence de 1 et un aspect
de surface qualifié de bon.
Exemple comparatif 2:
Cet exemple a pour but d'illustrer le troisième procédé cité de l'art
antérieur dans lequel on procède à un décapage léger suivi d'un seul
traitement de la surface métallique à émailler avec une solution de
phosphatation contenant du nickel et du molybdène.
On procède sur le même substrat que dans l'exemple comparatif 1, on
met en forme et on dégraisse comme précédemment.
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On décape ensuite la tôle par immersion pendant 4 à 12 minutes dans
une solution acide à 65C environ contenant 25 g/l d'acide sulfurique
environ.
On ajuste le temps de décapage pour obtenir une perte de poids de la
tôle de 5 à 15 g/m2 par face.
Avantageusement selon ce procédé, la perte de poids au décapage
peut être inférieure de 50% environ à celle de l'exemple comparatif 1 et la
quantité de boues engendrée par le décapage est diminuée dans les mêmes
proportions.
On traite ensuite la surface décapée par immersion pendant 6 à 12
minutes dans une solution de phosphatation à 60C environ.
La solution de phosphatation est commercialement disponible sous la
dénomination VP 10091 de la Société CHEMETALL.
Cette solution contient principalement les éléments suivants: P205:
15 à 20 g/l - sodium: 4 à 6 g/l - nitrates (exprimé en NO3-): 3 à 4 g/l -
nickel : 1 à 2 g/l - sulfates (exprimé en S04= ): 0,5 à 1,5 g/l - fluor
texprimé en F-): 0,5 à 1 g/l - silicium: 0,1 à 0,3 g/l - fer: 0,01 à 0,1 g/l -
ammonium (exprimé en NH4+): 0,08 à 0,12 g/l - molybdène: 0,03 à
0,1 g/l - calcium: 0,05 à 0,5 g/l.
On ajuste le temps de traitement pour obtenir un dépôt compris entre
1 et 1,5 g/m2 par face.
La solution de phosphatation contient ici des métaux lourds,
notamment du molybdène, et engendre des effluents qui peuvent être
coûteux à traiter.
Le dépôt obtenu contient typiquement les éléments suivants: P205:
0,1 à 0,2 g/m2/face - Na : 0,05 à 0,1 g/m2/face - Ni : 0,05 à
0,1 g/m2/face - Mo: 0,05 à 0,1 g/m2/face - Ca: 0,05 à 0,1 g/m2/face.
Comme on le voit, la proportion molybdène/nickel est beaucoup plus
élevée dans le dépôt que dans la solution de traitement, ce qui indique que
le molybdène se dépose préférentiellement au nickel; ainsi, la proportion
de nickel déposé reste inférieure à celle de l'exemple comparatif 1.
On enduit ensuite de fritte d'émail, on cuit comme dans l'exemple
comparatif 1 et on obtient une tôle d'acier émaillé.
On évalue comme précédemment les qualités d'adhérence et d'aspect
de surface de l'émail; on obtient les résultats suivants: adhérence: 3 -
aspect de surface: "bon".
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Ainsi, comme déjà indiqué en préambule, ce procédé ne permet pas
d'atteindre le même niveau d'adhérence que le premier procédé cité de l'art
antérieur (cf. exemple comparatif 1) .
Exemple 1:
Cet exemple a pour but d'illustrer le procédé de préparation de
surface selon l'invention.
On procède toujours sur le même substrat que dans l'exemple
comparatif 1 que l'on met en forme et que l'on dégraisse dans une solution
alcaline .
On décape ensuite la tôle par immersion pendant 1,5 à 4,5 minutes
dans une solution acide à 70C environ contenant 70 g/l d'acide sulfurique
environ .
On ajuste le temps de décapage pour obtenir une perte de poids de la
tôle de 5 à 15 g/m2 par face, avec le même avantage au niveau de la
quantité de boues générées que dans l'exemple comparatif 2.
On traite ensuite la surface décapée par immersion pendant 0,5 à 6
minutes dans une solution de phosphatation à 60C environ.
La solution de phosphatation est commercialement disponible sous la
dénomination Bonderite 901 de la Société PARKER.
Cette solution contient principalement les éléments suivants: P205:
5 à 15 g/l - sodium: 10 à 20 g/l - nitrates (exprimé en N03-): 0 à 4 9/l -
calcium: 5 à 20 g/l - et, pour les éléments Ni, Mo, Si, Fe, S04, F: <
0,05 9/l.
On ajuste le temps de traitement pour obtenir un dépôt compris entre
0,2 et 2 g/m2 par face.
Le dépôt obtenu présente typiquement les éléments suivants: P205:
0,02 à 0,5 g/m2/face - Na: 0,02 à 0,1 g/m2/face - Ca: 0,2 à
0,5 g/m2/face; les teneurs en nickel et molybdène ne sont pas mesurables
et sont inférieures à 0,005 g/m2/face.
On traite ensuite la surface phosphatée par immersion pendant 3 à 6
minutes dans une solution de nickelage comme dans l'exemple comparatif
n1.
On enduit ensuite d'émail et on cuit comme dans l'exemple comparatif
1 pour obtenir une tôle d'acier émaillé.
On évalue comme précédemment les qualités d'adhérence et d'aspect
de surface de l'émail; on obtient les résultats suivants: adhérence: 1 -
aspect de surface: "bon".
21~6327
Le niveau d'adhérence est comparable à celui de l'exemple
comparatif 1, c'est-à-dire à celui qu'on obtient avec le premier procédé cité
de l'art antérieur.
Selon l'invention, on a donc pu obtenir une couche d'émail présentant
5 des qualités satisfaisantes d'adhérence et d'aspect de surface tout en
limitant la quantité de boues générées par le décapage et sans produire
d'effluents contenant des métaux lourds.
Exemple 2:
Cet exemple a pour but d'illustrer le procédé de fabrication d'un objet
10 en tôle émaillée selon l'invention, dans lequel on met en forme après
décapage, en particulier après le traitement de phosphatation et avant le
traitement de nicl<elage.
On procède toujours sur le même substrat que dans l'exemple
comparatif 1 que l'on dégraisse dans une solution alcaline.
On décape ensuite la tôle par immersion pendant 5 à 15 secondes
dans une solution acide à 1 00C environ contenant 750 g/l d'acide
sulfurique environ.
On ajuste le temps de décapage pour obtenir une perte de poids de la
tôle de 5 à 15- g/m2 par face, avec le même avantage au niveau de la
20 quantité de boues générées que dans l'exemple comparatif 2~
On traite ensuite la surface décapée par immersion pendant 5 à 25
secondes dans la même solution de phosphatation que dans l'exemple 1, à
60C environ.
Comme dans l'exemple 1 également, on ajuste le temps de
25 phosphatation pour obtenir un dépôt compris entre 0, 2 et 2 g/m2/face
présentant la même composition environ.
Selon cette variante de l'invention, on procède ensuite à la mise en
forme de la tôle phosphatée pour former un objet, selon une séquence
classique comprenant un huilage de la tôle, la mise en forme à proprement
30 parler et un dégraissage alcalin.
Avantageusement, alors qu'on utilise une huile classique, la mise en
forme est facilitée grâce au traitement préalable de phosphatation: on
observe en effet une diminution du coefficient de frottement par rapport à
celui qu'on observerait avec la même huile sur la même tôle, brute ou
35 sortant directement de décapage.
~186~27
_,
Après mise en forme, on traite ensuite la surface métallique de l'objet
par immersion pendant 3 à 6 minutes dans une solution de nickelage
comme dans l'exemple comparatif n1.
On enduit ensuite d'émail et on cuit comme dans l'exemple
5 comparatif 1.
On obtient alors un objet en tôle émaillée.
On évalue comme précédemment les qualités d'adhérence et d'aspect
de surface de l'émail; on obtient les résultats suivants: adhérence: 1 -
aspect de surface: "bon".
Le niveau d'adhérence et l'aspect de surface sont comparables à ceux
de l'exemple 1, ce qui indique que la mise en forme n'a pas détérioré la
réactivité de surface obtenue au décapage, bien qu'effectuée après le
décapage .
Selon l'invention, on ajoute aux avantages déjà cités de l'exemple 1 la
possibilité de réaliser les premières étapes de préparation de surface, à
savoir le décapage et la phosphatation, sur des lignes industrielles à grand
débit, notamment directement en sortie de laminage, plus précisément
d 'écrouissage .
Selon cette variante de l'invention, la mise en forme est également
facilitée.
ExemPle 3:
Cet exemple a pour but d'illustrer, dans le procédé de préparation de
surface selon l'invention, I'importance de l'étape de phosphatation
amorphe pour obtenir une bonne adhérence, lorsqu'on n'effectue au
préalable qu'un décapage léger d'au plus 15 g/m2/face environ.
On prépare d'une part une série d'échantillons comparatifs selon le
mode opératoire de l'exemple comparatif 1, à la différence près qu'on fait
varier les conditions de décapage préalable pour obtenir différentes pertes
de poids : O, 5, 10, 15, 20, 25 g/m2/face respectivement pour les
échantillons Ec1, Ec2, Ec3, Ec4, Ec5 et Ec6.
On prépare d'autre part une série d'échantillons selon le mode
opératoire de l'exemple 1, à la différence près que:
- on fait varier les conditions de décapage préalable pour obtenir les
mêmes différentes pertes de poids : O, 5, 10, 15, 20, 25 g/m2/face
respectivement pour les échantillons E1, E2, E3, E4, E5 et E6.
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- on ajuste les conditions de phosphatation amorphe (à l'aide de la
même solution dénommée Bonderite 901 ) pour obtenir un poids de couche
de phosphatation de environ 1,4 g/m2/face.
La courbe de la figure 1 représente les résultats d'adhérence obtenu
pour les deux séries d'échantillons (en ordonnée: 1 pour une très bonne
adhérence, 5 pour une mauvaise adhérence) en fonction de la quantité de
matière enlevée au décapage (en abscisse: 0 à 25 g/m2/face).
La courbe repérée par des carrés -"phosphaté"- correspond aux
échantillons préparés selon l'invention, la courbe repérée par des losanges -
"non phosphaté"- correspond aux échantillons préparés selon l'art antérieur
avec un simple nickelage après décapage.
Cet exemple illustré par la figure 1 montre bien qu'on observe des
différences sensibles d'adhérence entre les deux procédés de préparation
de surface, dès que le décapage est inférieur ou égal à 20 g/m2/face,
notamment lorsqu'il est au plus de 15 g/m2/face.
La figure 1 montre également que pour obtenir une adhérence
suffisante de la couche d'émail lorsqu'on procède selon l'invention, il
convient que le décapage préalable soit de préférence supérieur ou égal à 5
g/m2/face: le niveau d'adhérence est alors de 3; pour obtenir le même
niveau d'adhérence en procédant sans phosphatation amorphe, il faudrait
décaper la surface au moins au niveau de 15 g/m2/face.
Exemple 4:
Cet exemple a pour but de montrer que la surface décapée puis
phosphatée conserve, après mise en forme, une réactivité suffisante pour
rendre efficace un traitement direct de nickelage et obtenir une bonne
adhérence de la couche d'émail.
L'opération de mise en forme d'une tôle consiste à la huiler, à la
déformer, notamment par emboutissage, enfin à la dégraisser.
Une telle opération de mise en forme serait donc susceptible de
dégrader la couche de phosphatation et la surface de décapage sous-
jacente, notamment par frottement.
On va d'abord montrer que la présence d'une couche de
phosphatation amorphe sur la tôle facilite la mise en forme, dans la mesure
où elle améliore les propriétés tribologiques de la surface.
On prépare quatre échantillons:
- M1: acier non phosphaté huilé par une huile de protection,
- M2: acier phosphaté puis huilé par une huile de protection,
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- M3: acier non phosphaté huilé par une huile de protection puis une
huile d'emboutissage,
- M4: acier phosphaté puis huilé par une huile de protection puis une
huile d'emboutissage.
5On appelle acier non phosphaté un acier brut non traité.
On appelle acier phosphaté un échantillon d'acier décapé recouvert
d'une couche de phosphate amorphe d'au moins 0,2 g/m2 obtenu dans les
conditions suivantes:
-dégraissage de l'échantillon une solution à 90C, puis rinçage à
1090C, enfin rinçage à froid.
- décapage par une solution d'acide sulfurique ~H2S04 à 600 g/l~ à
90C dans des conditions adaptées pour enlever sur chaque face 10 g/m2.
- rinçage acide de la surface décapée, puis traitement par une solution
de phosphatation dénommée Bonderite (cf. exemple 1) à 70C pendant 10
15secondes, puis rinçage et séchage.
L'huile de protection est une huile habituellement utilisée pour la
protection temporaire contre la corrosion, notamment pour le stockage de
tôles.
L'huile d'emboutissage est une huile habituellement utilisée pour des
20opérations d'emboutissage, adaptée pour améliorer les propriétés
tribologiques d'une surface de tôle.
On mesure les propriétés tribologiques des surfaces des différents
échantillons de la manière suivante, tous les échantillons présentant les
mêmes dimensions.
25On serre l'échantillon à mesurer dans un serre flan avec une force de
serrage prédéterminée Fs -
On caractérise les propriétés tribologiques en mesurant alors la force
maximale d'étirage Fd de la tôle dans le serre-flan.
Cette force maximale d'étirage Fd est évidemment proportionnelle à la
30force de serrage Fs~
Plus la force maximale d'étirage Fd est faible pour une force de
serrage Fs donnée, meilleures sont les propriétés tribologiques de la
surface.
Pour des forces de serrage Fs comprises entre 1 et 6 kN, on constate
que:
- pour l'échantillon M3, Fd est 3% à 4% inférieur aux forces de
serrage mesurées pour l'échantillon M1 dans les mêmes conditions.
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- pour les échantillons M2 et M4, Fd est 8% à 11% inférieur aux
forces de serrage mesurées pour l'échantillon M1 dans les mêmes
cond itions .
On en déduit que le traitement de phosphatation amorphe (M2 et M4)
5 améliore les propriétés tribologiques beaucoup plus sensiblement que
l'application d'une huile d'emboutissage (M3), ce qui est non seulement un
avantage pour la mise en forme elle-même, mais aussi limite a priori les
risques de dégradation de la surface par frottement et contribue donc au
maintien de la réactivité de la surface.
Le maintien de la réactivité de surface en cas de frottement est illustré
par la suite de l'exemple.
On met ensuite en forme un échantillon de type M2 ou M4 (voir ci-
dessus), par emboutissage.
On repère, sur l'échantillon mis en forme, des zones dites "frottées"
et des zones dites "non frottées".
Les zones "frottées" sont des zones où la surface a été sensiblement
modifiée par frottement sur l'outil d'emboutissage, où donc la réactivité de
surface a pu être dégradée.
Par opposition, les zones non frottées sont des zones qui ne semblent
pas avoir subi de frottements particuliers et qui ont conservé l'aspect
qu'elles avaient avant mise en forme.
Après mise en forme, I'échantillon est soumis aux opérations
suivantes:
- dégraissage électrolytique par traitement anodique dans une solution
à 60C, à pH # 12, sous # 10 A/dm2 pendant 2 fois 30 secondes.
- nickelage électrolytique dans une solution à 60C, sous 18 A/dm2
pendant 6,5 secondes.
- émaillage blanc par une composition référencée L138 de la Société
FERRO, la cuisson de l'émail étant effectuée au four tunnel à environ
820C.
On mesure alors comme précédemment l'adhérence de l'émail sur des
zones frottées et sur des zones non frottées; les résultats sont les
suivants:
- zones non frottées: adhérence = 1 (comme exemple 1)
- zones frottées: adhérence = 2 .
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1 7
Le résultat obtenu sur des zones frottées doit être comparé à celui
qu'on obtient sur un échantillon non phosphaté, directement nickelé après
un décapage de l'ordre de 10 g/m2/face.
En se reportant à la figure 1, on constate que pour ce type
5 d'échantillon non phosphaté, I'adhérence n'est que de 4.
On en déduit que, même sur les zones frottées, la couche d'émail
adhère à un niveau tout à fait acceptable et que le traitement de
phosphatation amorphe reste efficace même si la surface est sensiblement
modifiée par frottement.
La mise en forme ne dégrade donc pas la réactivité de surface, ce qui
permet, selon l'invention, de nickeler directement après la mise en forme,
sans refaire de décapage.
Toujours selon l'invention, il n'est pas nécessaire de protéger
particulièrement la couche de phosphatation avant d'effectuer la mise en
1 5 forme.
