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WO 2023/088890 1
PCT/EP2022/081976
DESCRIPTION
TITRE : Procédé d'évaluation de la résistance à la corrosion d'une
surface
Domaine technique
La présente invention concerne, de manière générale, la résistance à
la corrosion d'une surface.
Plus précisément, l'invention se rapporte à un procédé d'évaluation
de la résistance à la corrosion d'une surface, telle que la surface d'une
pièce d'aéronef.
Etat de la technique
Dans le domaine de l'aéronautique, la protection contre la corrosion
des pièces constitutives d'un aéronef est un enjeu important afin de
pouvoir garantir leur fiabilité et leur longévité.
Plusieurs moyens de protection contre la corrosion peuvent être
obtenues par traitement de la surface de la pièce d'aéronef.
Une solution existante consiste à appliquer un revêtement à la
surface de la pièce en un matériau possédant des propriétés de résistance
à la corrosion supérieure aux propriétés de la pièce recevant le revêtement.
Selon un exemple, il est possible de déposer une couche de peinture.
Classiquement, des essais au brouillard salin sont réalisés afin de
discriminer différents moyens de protection en fonction de leur capacité à
résister à la corrosion et de déceler le meilleur candidat selon le rôle et
l'emplacement de la pièce dans l'aéronef.
Une solution salée est vaporisée à la surface de chacun des matériaux
à évaluer dans certaines conditions prédéfinies de pression, de pH et de
température.
Cependant, le procédé peut nécessiter jusqu'à des milliers d'heures
de fonctionnement notamment pour les traitements de surface
particulièrement résistant à la corrosion tels que certaines peintures. Par
conséquent, la mise en uvre des essais au brouillard salin est longue et
fastidieuse.
Exposé de l'invention
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L'invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients et de
proposer un procédé simple à mettre en oeuvre permettant d'évaluer
rapidement la résistance à la corrosion d'une surface.
11 est donc proposé un procédé d'évaluation de la résistance à la
corrosion d'au moins une surface, comprenant :
a) la réalisation d'une ou plusieurs séquences de n cycles de test
électrochimique cyclique sur la surface, où n est un nombre entier
supérieur ou égal à 1, chaque cycle comportant les trois étapes successives
suivantes :
une première étape de mesure par spectroscopie d'impédance
électrochimique d'une ou plusieurs grandeurs électrochimiques traduisant
la résistance à la corrosion de la surface ;
une deuxième étape de polarisation cathodique ; et
une troisième étape de relaxation de potentiel ;
b) la réalisation d'une inspection visuelle à la fin de chaque séquence de
test électrochimique cyclique pour la détection d'une dégradation de la
surface et, dès la détection par inspection visuelle de l'apparition d'une
dégradation de la surface au cours d'une séquence, les cycles de test
électrochimique cyclique étant arrêtés à la fin de ladite séquence ; et
c) l'évaluation de la résistance à la corrosion de la surface à partir de
l'étude des grandeurs électrochimiques mesurées.
D'autres objets, caractéristiques, aspects et avantages de l'invention
apparaîtront encore plus clairement à la lecture de la description des
dessins annexés sur lesquels :
[Fig 1] est une photographie d'un échantillon métallique revêtu d'une
couche de peinture A solvantée non chromatée obtenu à l'issue d'un
procédé d'évaluation de la résistance à la corrosion selon l'invention.
[Fig 2] est une photographie d'un échantillon métallique revêtu d'une
couche de peinture B chromatée obtenu à l'issue d'un procédé d'évaluation
de la résistance à la corrosion selon l'invention.
[Fig 3] est une photographie d'un échantillon métallique revêtu d'une
couche de peinture C hydrodiluable non chromatée obtenu à l'issue d'un
procédé d'évaluation de la résistance à la corrosion selon l'invention.
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Dans ce qui va suivre, les bornes d'un domaine de valeurs sont
comprises dans ce domaine, notamment dans l'expression compris
entre .
Par ailleurs, l'expression au moins un utilisée dans la présente
description est équivalente à l'expression un ou plusieurs .
La surface dont la résistance à la corrosion est évaluée peut être, par
exemple, la surface d'une pièce d'aéronef.
On ne sort pas du cadre de l'invention si le procédé se rapporte à
l'évaluation de la résistance à la corrosion d'une surface d'une pièce d'un
secteur différent.
La surface étudiée peut être la surface d'une pièce ayant subie un
traitement de surface.
Selon un exemple, la surface étudiée est la surface d'un revêtement
appliqué sur la pièce, tel qu'une peinture.
Lors d'une première phase du procédé d'évaluation de la résistance
à la corrosion de la surface, une ou plusieurs séquences de n cycles de test
électrochimique cyclique sont réalisées sur la surface.
Le test électrochimique cyclique est un test électrochimique
cyclique accéléré ou ACET , abréviation des termes anglais Accelerated
Cyclic Electrochemical Test, autrement connu sous le nom de méthode de
test AC-DC-AC, est classiquement utilisée pour caractériser
théoriquement les propriétés de résistance à la corrosion d'un revêtement.
Chaque cycle comporte trois étapes successives.
La première étape est une étape de mesure par spectroscopie
d'impédance électrochimique permettant de caractériser la surface par
l'obtention d'une ou plusieurs grandeurs électrochimiques à partir
desquelles il est possible de déterminer la résistance à la corrosion de la
surface.
Les mesures peuvent être conduites à l'aide d'un potentiostat
comportant un composant de spectroscopie d'impédance électrochimique.
De manière préférée, la première étape de mesure par spectroscopie
d'impédance électrochimique comporte l'établissement d'une ou plusieurs
représentations graphiques parmi : un diagramme de phase, un diagramme
de module d'impédance et un diagramme de Nyquist.
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La deuxième étape est une étape de polarisation cathodique,
permettant de solliciter cathodiquement la surface afin de la dégrader.
De préférence, l'étape de polarisation cathodique comprend le suivi
de l'évolution de l'intensité en fonction de temps par l'établissement d'une
représentation graphique.
La troisième étape de relaxation de potentiel est une étape de repos
qui permet à la surface de retrouver son équilibre après sollicitation
De préférence, l'étape de relaxation de potentiel comprend le suivi
de l'évolution du potentiel d'abandon, dit également potentiel à circuit
ouvert (OCP) en fonction du temps par l'établissement d'une
représentation graphique
Selon l'invention, les séquences de test électrochimique cyclique
accéléré (ACET), et en particulier l'interprétation des données issues de
la première étape, sont corrélées à une inspection visuelle de la surface.
Par inspection visuelle, on entend la détection d'une dégradation à
l'ceil nue par un opérateur.
En effet, une inspection visuelle est réalisée à la fin de chaque
séquence de test électrochimique cyclique accéléré (ACET) afin de
détecter une dégradation de la surface.
Dès la détection, par inspection visuelle, de l'apparition d'une
dégradation au cours d'une séquence, les cycles de test électrochimique
cyclique accéléré sont arrêtés.
Plus précisément, les cycles de test électrochimique cyclique
accéléré sont arrêtés à la fin de la séquence au cours de laquelle
l'apparition d'une dégradation de la surface a été détectée par inspection
visuelle
Cette corrélation permet de simplifier et d'optimiser la
caractérisation des propriétés de résistance à la corrosion d'une surface et
de les définir avec une plus grande précision.
La résistance à la corrosion de la surface est ainsi déterminée à partir
de l'étude des résultats obtenus au cours de la première étape de test
électrochimique cyclique accéléré, c'est-à-dire à partir des grandeurs
électrochimiques mesurées
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Selon un mode de réalisation, après détection d'une dégradation par
inspection visuelle, on pourra prévoir, lors du dernier cycle de la dernière
séquence, une quatrième étape similaire à la première étape, pour la
mesure par spectroscopie d'impédance électrochimique d'une ou plusieurs
5 grandeurs électrochimiques traduisant la résistance à la corrosion de la
surface.
De manière préférée, le procédé d'évaluation de la résistance à la
corrosion de la surface comprend la détermination du cycle lors duquel la
dégradation, constatée par inspection visuelle, est apparue Cette
détermination est effectuée par l'étude des grandeurs électrochimiques
mesurées lors de la dernière séquence qui a été réalisée, c'est-à-dire avant
l'arrêt des cycles de test électrochimique cyclique accéléré
De préférence, la détermination du cycle lors duquel la dégradation
est apparue comprend l'étude des représentations graphiques établies,
telles qu'un diagramme de phase, un diagramme de module d'impédance
et un diagramme de Nyquist.
De préférence, la deuxième étape de polarisation cathodique est
réalisée à une tension inférieure à -5V afin de créer des défauts sur la
surface, de préférence comprise entre -5V et -10V, plus préférentiellement
comprise entre -7V et -9V
De plus, le nombre n de cycles d'une séquence de test
électrochimique cyclique accéléré peut être compris entre 2 et 10, de
préférence compris entre 4 et 8, plus préférentiellement égal à 6.
Le nombre n de cycles d'une séquence pourra être ajusté en fonction
de la nature de la surface, par exemple la surface d'un revêtement, étudié
La deuxième étape de polarisation cathodique peut être réalisée, de
préférence, pendant un temps compris entre 10 min et 60 min, de
préférence compris entre 15 min et 25 min.
Une durée comprise entre 15 et 25min est particulièrement
avantageuse pour obtenir une dégradation visible sans être trop sévère.
Préalablement à la réalisation des séquences de n cycles de test
électrochimique cyclique accéléré (ACET), une étape de vérification de
l'absence de défaut de la surface pourra être effectuée afin de s'assurer
qu'aucun défaut n'est susceptible de fausser les résultats de l'évaluation
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de la résistance à la corrosion de la surface, notamment par la formation
d'une corrosion préférentielle au niveau de ce potentiel défaut.
Selon un mode de réalisation, on pourra prévoir l'évaluation de la
résistance à la corrosion d'une pluralité de surfaces. Le procédé
d'évaluation de la résistance à la corrosion pourra alors comprendre une
étape de comparaison de la résistance à la corrosion d'une pluralité de
surfaces
L'évaluation de la résistance à la corrosion d'une pluralité de
surfaces peut, par exemple, permettre de discriminer différents
revêtements en fonction de leur capacité à résister à la corrosion et de
déceler le meilleur candidat selon le rôle et l'emplacement de la pièce
revêtue.
Il est alors possible de déterminer et classer les différentes surfaces
en fonction de leur résistance à la corrosion. Les différentes surfaces
peuvent être classées en considérant le nombre de séquence de n cycles
auxquelles chacune de ces surfaces résiste.
Selon un mode de réalisation, dès la détection par inspection visuelle
de l'apparition d'une dégradation de l'une des surfaces au cours d'une
séquence, les cycles de test électrochimique cyclique accéléré de la
pluralité des surfaces sont arrêtés à la fin de cette séquence.
Avantageusement, les différents revêtements sont de même
épaisseur.
De manière avantageuse, préalablement à la réalisation des
séquences de n cycles de test électrochimique cyclique accéléré (ACET),
le procédé d'évaluation de la résistance à la corrosion pourra comprendre
une étape de vérification de l'égalité des épaisseurs des différents
revêtements.
Selon un exemple, l'égalité des épaisseurs des différents
revêtements peut être effectuée par une méthode reposant sur le principe
des courants de Foucault.
Exposé détaillé d'un mode de réalisation
Exemple :
Trois échantillons de pièces d'aéronef ont été préparés à partir de
substrats métalliques en alliage d'aluminium 7050 revêtus,
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respectivement, d'une couche de peinture A solvantée non chromatée,
d'une couche de peinture B chromatée et d'une couche de peinture C
hydrodiluable non chromatée et la résistance à la corrosion des trois
échantillons est étudiée à l'aide d'un procédé d'évaluation de la résistance
à la corrosion selon un mode de réalisation de l'invention.
La résistance à la corrosion de ces trois revêtements est évaluée à
partir d'un système à trois électrodes comportant une électrode de
référence Ag/AgC1, une contre électrode en graphite, et une solution de
NaCl d'électrolyte de concentration massique comprise entre 20 et 40g.L"
1.
La surface étudiée des revêtements des trois échantillons, exposée à
la solution de NaCl, est de 7,07cm2.
Une séquence de six cycles de test électrochimique cyclique accéléré
(ACET) successifs est réalisée à la surface des trois échantillons.
Chaque cycle comprend des première, deuxième et troisième étapes
successives.
Une première étape de mesure de grandeurs électrochimiques
comprenant l'établissement, par spectroscopie
d'impédance
électrochimique, de diagrammes de Bode, notamment diagramme de phase
et diagramme de module d'impédance, et d'un diagramme de Nyquist.
La spectroscopie d'impédance électrochimique est effectuée pendant
un temps t égal à 7min et à une tension égale à +10mV vs OCP, où OCP
est le potentiel à circuit ouvert ou potentiel d'abandon.
Une deuxième étape de polarisation cathodique est effectuée pendant
un temps compris entre 15 et 25min et à une tension comprise entre -7 et
-9V vs OCP, permettant de solliciter cathodiquement la surface afin de la
dégrader. Une représentation graphique de l'intensité en fonction du temps
est réalisée.
Une troisième étape de relaxation de potentiel est effectuée. Cette
étape de repos permet à la surface de revenir à son équilibre après avoir
été fortement sollicitée. Une représentation graphique de l'évolution du
potentiel à circuit ouvert en fonction du temps, sur un temps total égal à
3h, est réalisée
Le nombre n de cycle par séquence est choisi égal à 6.
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A la fin de chaque séquence de 6 cycles, une inspection visuelle de
la surface est effectuée afin de déceler l'apparition d'une dégradation sur
les trois revêtements.
Lorsqu'une dégradation de l'une des surfaces est détectée au cours
d'une séquence, les cycles de test électrochimique cyclique accéléré
(ACET) des trois revêtements sont arrêtés à la fin de cette séquence.
L'inspection visuelle a permis de constater l'apparition d'une
dégradation lors de la première séquence de 6 cycles. Une cloque est
apparue à la surface de la peinture C hydrodiluable non chromatée et un
cloquage et une piqûration sont apparus à la surface de la peinture B
chromatée, comme cela est visible, respectivement, sur les figures 3 et 2.
Aucune dégradation n'est apparue à la surface de la peinture A
solvantée non chromatée comme cela peut être constaté sur la figure 1.
Les cycles de test électrochimique cyclique accéléré (ACET) sont
alors arrêtés à la fin de cette première séquence de 6 cycles.
Interprétation des résultats pour le système électrochimique avec la
peinture A solvantée non chromatée après 6 cycles de test ACET
Le diagramme de phase permet de constater la présence d'un
comportement capacitif durant les 6 cycles et l'absence de dégradation. Le
diagramme de module d'impédance permet de constater une résistance
globale à la corrosion élevée 10" Q.cm2. Ceci traduit une bonne résistance
à la corrosion selon le graphe.
Le diagramme de Nyquist permet de constater une diminution
négligeable des arcs de cercles et une absence de dégradation.
La représentation graphique de l'intensité en fonction du temps lors
de la polarisation cathodique permet d'observer un transfert de charges
très faible de 10-9A et donc l'absence de dégradation.
La représentation graphique du potentiel d'abandon en fonction du
temps lors de la relaxation de potentiel permet de constater l'obtention de
potentiels élevés et la présence de faibles variations, traduisant l'absence
de dégradation.
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Aucune dégradation n'est apparue à la surface de la peinture A
solvantée non chromatée et l'étude des cycles électrochimiques permet de
valider cette observation visuelle.
Toutes ces interprétations amènent à la conclusion que la peinture 1
solvantée non chromatée est un revêtement protecteur efficace contre la
corrosion, ne subissant pas de dégradations après une séquence de 6 cycles
ACET
Interprétation des résultats pour le système électrochimique avec la
peinture C hydrodiluctble non chromatée après 6 cycles ACET
Le diagramme de phase permet de constater le passage d'un
caractère capacitif à un caractère résistif durant les 6 cycles de test ACET,
traduisant une dégradation.
Le diagramme de module d'impédance permet d'observer une
résistance globale à la corrosion élevée mais qui diminue au cours des 6
cycles de test ACET, avec un passage de 10" S2.cm2 à 108 n.cm2. Ceci
traduit une bonne résistance à la corrosion et une dégradation faible ou
ponctuelle.
Le diagramme de Nyquist permet d'observer une diminution
négligeable des arcs de cercles traduisant peu ou pas de dégradations.
La représentation graphique de l'intensité en fonction du temps
obtenue au cours de la polarisation cathodique permet de constater un
transfert de charges très faible 10-7A, mais qui augmente pour les cycles 5
et 6 avec des intensités de l'ordre de 10-4A. Ceci traduit une dégradation
au cours des cycles.
La représentation graphique de potentiel d'abandon en fonction du
temps obtenue au cours de la relaxation de potentiel permet de constater
l'obtention de potentiels égaux au potentiel de corrosion de l'alliage
d'aluminium 7050. Ceci traduit un risque d'infiltration de l'électrolyte
jusqu'au substrat métallique qui pourrait conduire à une dégradation du
revêtement.
Toutes ces interprétations amènent à la conclusion que, d'après le
diagramme de module d'impédance, la peinture C hydrodiluable non
chromatée a globalement une bonne résistance à la corrosion. Néanmoins,
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d'après les représentations graphiques obtenues lors de la polarisation
cathodique, et de la relaxation de potentiel au cours des cycles de test
ACET, une dégradation semble apparaître. En effet, une cloque est apparue
à la surface de la peinture C hydrodiluable non chromatée et l'étude des
5 cycles électrochimiques permet de valider cette observation visuelle.
Interprétation des résultats pour le système électrochimique avec la
peinture B chromatée après 6 cycles ACET
Le diagramme de phase permet de constater le passage d'un
10 caractère capacitif à un caractère résistif durant les 6 cycles, et ce
en deux
temps. Ceci traduisant l'apparition d'une dégradation.
Le diagramme de module d'impédance permet de constater une
résistance globale à la corrosion élevée initialement, mais qui diminue au
cours des 6 cycles, avec un passage de 109 0.cm2 à 105 0.cm2. Ceci traduit
une dégradation importante du système, 105 0.cm2 étant une valeur faible
pour une peinture.
Le diagramme de Nyquist permet d'observer une diminution
importante des arcs de cercles traduisant une dégradation.
La représentation graphique de l'intensité en fonction du temps
obtenue au cours de la polarisation cathodique traduit un transfert de
charges qui augmente au cours des 6 cycles de test ACET jusqu'à 40mA.
Ce courant important indique l'apparition de phénomènes de corrosion.
La représentation graphique du potentiel d'abandon en fonction du
temps obtenue au cours de la relaxation de potentiel permet de constater
l'obtention de potentiels égaux au potentiel de corrosion de l'alliage
d'aluminium 7050. Ceci traduit un risque d'infiltration de l'électrolyte
jusqu'au substrat métallique qui pourrait conduire à une dégradation du
revêtement.
Un cloquage et une piqiiration sont apparus à la surface de la
peinture B chromatée et l'étude des cycles électrochimiques permet de
valider cette observation visuelle.
Toutes ces interprétations amènent à la conclusion que le revêtement
en peinture B chromatée peut présenter des défauts après 6 cycles de test
ACET.
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En conclusion, après 6 cycles de test ACET, il est attendu d'après
les interprétations des résultats, aucune dégradation de la peinture A
solvantée non chromatée, une dégradation localisée de la peinture C
hydrodiluable non chromatée et une dégradation généralisée de la peinture
B chromatée. Ces interprétations faites par l'étude des cycles
électrochimiques permettent de valider l'observation visuelle de la surface
des échantillons
Il est ainsi possible de classer les trois peintures en fonction de leur
résistance à la corrosion par l'étude des mesures électrochimiques relevées
au cours des cycles corrélées à l'aspect visuel relevé de la surface des trois
revêtements.
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