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Theses Year : 2021

Study of aluminium alloy surface preatreatment influence on trivalent conversion coatings

Etude de l’influence du prétraitement de surfaces d'alliages d'aluminium sur les couches de conversion au chrome trivalent

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Abstract

High strength aluminium alloys from 2000 series are widespread in aircraft industry for their low weight and good mechanical performance but they must be protected against corrosion. Trivalent chromium conversion processes start to be applied in replacement of hexavalent chromium conversion coatings. The formation of TCP coatings is strongly influenced by surface preparation which generates copper enrichment on the surface. This study is focused on the characterisation of deoxidizers containing nitric acid, sulphuric acid and Fe(III) on 2024-T3 aluminium alloy. Surface analysis (XPS, TOF-SIMS, SEM-EDS) and bath analysis (ICP-OES) were used to study the surface chemistry and morphology as well as dissolution rates after different deoxidizing conditions. Results show different surface morphologies and variable copper enrichments which originate from dealloying intermetallic particles and new intermetallic particles revealed by matrix dissolution. Copper redeposition was also evidenced, in particular for sulphuric acid bath. The effect of nitric and sulphuric acids was also studied on the θ-Al2Cu phase, one the of alloy’s intermetallic particles. It was demonstrated that the copper enrichment across oxide layer prevents a correct conversion. Trivalent conversion coatings deposited on alloys were characterised after different surface preparations to understand the influence of deoxidizers. Coatings have a bi-layers structure with zirconium (IV) and chromium (III) rich outer layer, the inner layer is enriched in aluminium and fluorine. There is copper in the whole deposit. The deoxidizing step enhances the corrosion performances but no significant differences were evidenced between different deoxidizers.
Les alliages d’aluminium de la série 2000 sont utilisés dans l’industrie aéronautique pour leurs propriétés mécaniques mais ils doivent être protégés de la corrosion. Les procédés de conversion au chrome trivalent commencent à être appliqués, en remplacement des couches de conversion au chrome hexavalent. Leur formation est fortement influencée par la préparation de la surface qui induit un enrichissement en cuivre à la surface. Ces travaux portent sur la caractérisation de décapages sulfo-(ferro)-nitrique sur l’alliage d’aluminium 2024-T3. Les techniques d’analyse de surface (XPS, TOF-SIMS, MEB-EDX) et celle d’analyse des bains (ICP-OES) ont été utilisées pour étudier la chimie et la morphologie de surface ainsi que les vitesses de dissolution après différentes conditions de décapage. Les résultats ont mis en évidence des morphologies différentes et des enrichissements en cuivre variables dont l’origine est attribuée aux particules intermétalliques désalliées, mais aussi aux nouvelles particules intermétalliques révélées par la dissolution de la matrice. Une redéposition du cuivre est observée, notamment dans le bain d’acide sulfurique. L’influence des acides nitrique et sulfurique a aussi été étudiée sur la phase θ-Al2Cu, l’un des intermétalliques de l’alliage. Il a été montré que l’enrichissement en cuivre dans l’oxyde empêche la conversion de s’opérer correctement. Les couches au chrome trivalent déposées sur l’alliage ont été caractérisées avec plusieurs préparations de surface pour comprendre l’influence des décapages. Les couches ont une structure bi-couche dont la partie externe est riche en chrome (III) et zirconium (IV) tandis que la couche interne est riche en aluminium et fluor. Le cuivre est présent dans toute la couche. Le décapage améliore la tenue à la corrosion mais aucune différence marquée n’a été constatée entre les différents décapages.
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Cite

Camille Trinidad. Etude de l’influence du prétraitement de surfaces d'alliages d'aluminium sur les couches de conversion au chrome trivalent. Chimie théorique et/ou physique. Université Paris sciences et lettres, 2021. Français. ⟨NNT : 2021UPSLC016⟩. ⟨tel-03953752⟩
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