PREPARATION

1. PREPARATION M Cote , 02/2009

2. CHOIX DEGRAISSAGE Le dégraissage se pratique : - dans l’industriede transformation des métaux (après usinage ou déformation à froid ou à chaud, avant et après traitements thermiques, avant soudage...) - dans un atelierde traitements de surface proprement dit (avant galvanisation, dépôts métalliques, émaillage, conversions chimiques ou électrolytiques) - d’autres applications plus marginales telles que le nettoyage avant réparation ou assemblage de pièces électroniques ou électrotechniques Le sujet est complexe et très vaste chaque application imposant des conditions particulières de traitement Impossible de traiter le dégraissage dans son intégralité Choix : Etape pour la préparation de l’interface métallique pour TdS voie humide Quel dégraissage choisir ? Que fait-on durant le dégraissage ? Comment contrôler son efficacité ? Cours : Les traitements de surface

3. Pourquoi ? Car le dégraissage est une opération-clef dans le procédé de fabrication • Avant de subir un Traitement de Surface, un matériau métallique est généralement oxydé et couvert d’huiles ou de graisses. • le dégraissage a une double vocation : • assainir l’interface métallique en éliminant les pollutions superficielles • assurer la mouillabilité (à l’eau) de la surface et donc conférer au métal l’hydrophilie requise pour les TdS ultérieurs. CHOIX DEGRAISSAGE Quand ? Définition générale du dégraissage : « dégraissage = Traitement chimique ou électrolytique qui a pour rôle de rendre la surface physiquement propre afin d’assurer le bon déroulement des opérations ultérieures et par là même, de garantir la qualité du produit fini. » Cours : Les traitements de surface

4. 1. Sachant apprécier la nature exacte de l’interface métallique donc connaître • l’histoire amont du matériau d’une part • les conditions aval du TS 2. Prenant en compte le coût du traitement, les contraintes environnementales CHOIX DEGRAISSAGE Comment choisir le dégraissage approprié ? Cours : Les traitements de surface

5. CHOIX DEGRAISSAGE Nature des polluants de surface • une zone perturbée par divers phénomènes physiques (laminage…) ou chimiques (oxydation interne, …) - une zone transformée, constituée par un mélange d’oxydes divers • une zone contaminée caractérisée par la présence de couches physisorbées et chimisorbées de molécules organiques ou d’autres composés issus de l’atmosphère ambiante (contamination organique). Cours : Les traitements de surface

6. un dégraissage chimique suivi ou non d’un traitement électrolytique, réalisés en milieu aqueux et destinés à détruire le résidu huileux de faible épaisseur. TYPES DE DEGRAISSAGE La phase de dégraissage se subdivise en 2 grandes classes : un prédégraissage aux solvants qui contribue à éliminer l’essentiel des polluants organiques (à diminuer !) Cours : Les traitements de surface

7. DEGRAISSAGE SOLVANTS Les solvants : Avantages : Traite la majorité des matériaux métalliques (alliages ferreux et cuivreux) mais posent quelquefois des problèmes avec les alliages légers. Ex : le trichloréthylène chaud se décomposer sous l’effet de la lumière ou par un chauffage prolongé (à 125°C). Il se forme alors de l’acide chlorhydrique qui peut conduire à la corrosion des pièces traitées. • utiliser des solutions de trichloréthylène stabilisées par des additifs (généralement des amines ou des polyphénols) qui annihilent la décomposition. Inconvénients : environnement Cours : Les traitements de surface

8. Quel choix de solvant ? Sélectionner un solvant pour le dégraissage industriel, c’est choisir : • un produit ininflammable, possédant des propriétés dissolvantes importantes vis-à-vis des graisses • Un produit n’altérant pas le substrat • d’une grande stabilité chimique • d’un bas prix de revient • d’un recyclage facile mais surtout présentant des garanties quant à son innocuité vis-à-vis de l’homme et de son environnement. • Tenir compte de la facilité avec laquelle l’élimination de la couche adsorbée de solvant sur la surface métallique se fera au profit d’un composé minéral par exemple. DEGRAISSAGE SOLVANTS Cours : Les traitements de surface

9. DEGRAISSAGE SOLVANTS Après un dégraissage solvant  mouillabilité faible de la surface métallique  Problèmes pour TdS après par voie humide  difficile de trouver un solvant qui réponde à toutes les exigences • Pas de bon et de mauvais solvant  on parle de solvant approprié • compromis entre efficacité et réglementation • solvants chlorés ont beaucoup été utilisés pour le dégraissage des métaux ex : (1,1,1) trichloroéthane Cours : Les traitements de surface

10. DEGRAISSAGE CHIMIQUE  Dégraissage chimique réalisé après pré-dégraissage solvant  Dégraissage chimique permet le film huileux résiduel et confère un caractère hydrophile à la surface  Encore plus que dans le cas du dégraissage solvant, le choix du milieu dépend de la nature des polluants organiques, de l’interface, … • Pas d’action de dissolution (différent du dégraissage solvant) • Deux mécanismes se distinguent : • la détergence : décoller les souillures graisseuses • la saponification : décomposition de la pellicule graisseuse Cours : Les traitements de surface

11. DEGRAISSAGE CHIMIQUE Action des tensioactifs : Mécanisme de détergence • 4 groupes distincts : anioniques, cationiques, non ionique ou amphotères • Attention au pouvoir moussant élevé sous forte agitation • Les liquides possèdent des tensions superficielles très différentes • eau = 70 mN.m-1 • eau-huile = EH • Ex : surface métallique souillée par des gouttes huile et immergée dans un liquide de nettoyage Si ES grand  étalement de la goutte  angle petit Si on souhaite une solvatation  agir sur le milieu  diminuer ES  ajout de tensioactifs Cours : Les traitements de surface

12. DEGRAISSAGE CHIMIQUE Action des tensioactifs : Mécanisme de détergence • Action d’un tensioactif anionique : stéarate de sodium : CH3(CH2)16COONa Cours : Les traitements de surface

13. DEGRAISSAGE CHIMIQUE La saponification : • Réaction en présence d’une base forte, exothermique • Equation bilan : Produits : glycérine et un sel alcalin d’acide gras (savon), soluble dans l’eau  Vieillissement du bain propice à un meilleur dégraissage  fabrication de savon • Attention à la corrosion de certains métaux en milieu alcalin Cours : Les traitements de surface

14. DEGRAISSAGE CHIMIQUE • Dans un bain de dégraissage, on trouve donc : • Les composés alcalins : NaOH (pouvoir saponification + conductivité) autres composés alcalins (carbonate de Na, les silicates, …) • Les tensioactifs : Lauryl sulfate de sodium (SDDS), …. - Les chélatants ou sequestrants : polyphosphates (tripolyphosphate Na5P3O10 Tendent à éviter les problèmes de rinçage imputables à la qualité de l’eau En TdS, utilise l’eau dont il dispose donc pas forcément douce  Pb L’eau contient des alcalino terreux (Ca et Mg) et forme avec savon des composés insoluble qui se dépose sur le surface Eliminer ces alcalino terreux = rôle des chélatants Ex : avec Na5P3O10  CaP3O103- (aq) et de MgP3O103- (aq)  Pb eutrophisation Remplacé par citrate de sodium C6H5O73-  CaC6H5O7-(aq)et MgC6H5O7-(aq) Cours : Les traitements de surface

15. DEGRAISSAGE CHIMIQUE • Les principales caractéristiques d’un dégraissant chimique : Cours : Les traitements de surface

16. DEGRAISSAGE ELECTROCHIMIQUE • Formulation des bains sensiblement identique à ceux de dégraissage chimique • Généralement utilisé comme finition • Puissance de l’attaque dépend de la nature de la solution (pH, halogénures, …) et de l’intensité du courant • Conjugue effet de la polarisation + action détergente • Effet mécanique si placé hors domaine de stabilité • Cathode siège de réduction et anode oxydation à l’anode : 2OH-1/2 O2 + + H2O à la cathode : 2H2O  H2 + 2OH- réaction globale H2O  H2 + 1/2 O2 Cours : Les traitements de surface

17. DEGRAISSAGE ELECTROCHIMIQUE • L’agitation est donc un paramètre important dans le dégraissage par immersion. • Son but est d’améliorer la qualité, l’homogénéisation et la rapidité de dégraissage • Mais dans de nombreux caset particulièrement lorsque les pièces à nettoyer sont de petites dimensions ou de profils compliqués, les résultats obtenus avec une agitation mécanique ou par bullage d’air sont insuffisants et difficilement reproductibles • L’utilisation des ultrasons permet de palier ce problème • US = ondes ultrasonores, dont la fréquence est supérieure à 15 kHz et plusieurs mégahertz • Les fréquences utilisées dans les cuves de nettoyage sont comprises entre 20 kHz et 100 kHz • les ultrasons engendrent des ondes harmoniques qui deviennent audibles lorsque l’équipement fonctionne • Phénomènes mécaniques, chimiques ou cavitation Cours : Les traitements de surface

18. Cette opération occupe une grande place dans les TdS • Les Pb viennent souvent de la qualité de l’eau de rinçage • Ils ont une double vocation : - débarrasser les pièces de leur pellicule d’entraînement du bain après immersion ; - jouer le rôle de barrière antipollution entre deux opérations consécutives. • But : diluer la pellicule de solution restante sur le matériau dans les eaux de rinçage • cette pellicule dépend des caractéristiques de la solution (concentration, viscosité, température, tension superficielle, …) • rinçage souvent assisté d’une agitation mécanique ou par air comprimé • Objectif : Limiter les quantités d’eau utilisée RINCAGES Cours : Les traitements de surface

19. RINCAGES • Plusieurs structures de rinçages sont exploitées en pratique : - le rinçage statique = souvent un prérinçage (rinçage mort) : sert à retenir une partie de la pollution en provenance du bain de traitement -      le rinçage simplecourant : inconvénient consomme d’eau et donc nécessite un débit d’eau élevé pour assurer un rapport de dilution satisfaisant (Q = R *q où q est le débit d’entraînement par les pièces et les montages, en L·h-1 , et Q le débit d’alimentation d’eau des rinçages) ; -      le rinçage multiple en série (cascade) = la configuration la plus fréquemment rencontrée L’arrivée d’eau se situe dans la dernière cuve de rinçage et traverse en cascade les différentes cuves de rinçages jusqu’à la première. L’eau brute circule donc à contre-courant du transfert des pièces rincées. Le débit d’eau est égal à Q=q*R1/n : où n est le nombre de cuves de rinçages - le rinçage par aspersion : permet d’améliorer la qualité du rinçage grâce à l’effet hydromécanique Cours : Les traitements de surface