L'acier galvanisé.

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"LA GALVANISATION : ORIGINE DU TERME & TERMINOLOGIE

Le procédé de revêtement de l'acier par immersion dans un bain de zinc fondu a été breveté par un ingénieur français, Stanislas SOREL, en 1837.
L'utilisation, dans le brevet, des termes "effet galvanique ", "galvaniser ", est liée aux découvertes de GALVANI et VOLTA sur l'obtention d'électricité par le contact de métaux différents et de DAVY qui observa que dans la pile de VOLTA (zinc-cuivre) l'un des deux métaux était toujours préservé de l'oxydation et proposa l'application de ce principe "pour la conservation du fer " par le zinc.
Dans les années qui suivirent (1837-1842), SOREL déposa des additifs à son brevet d'origine couvrant ce qui est maintenant appelé la cémentation au zinc (shérardisation), le zingage électrolytique et la peinture au zinc.
Le mot galvanisation n'était pas issu du procédé de revêtement mais s'adressait à l'une des propriétés du zinc par rapport à l'acier : "l'effet galvanique".
On trouvera ci-dessous les définitions extraites de la norme NF A 91-010 qui précise la terminologie à respecter quand on parle des revêtements et traitements de surface où le zinc intervient.
Zingage : terme général désignant tout procédé de formation d'un revêtement métallique de zinc sur une surface.
Le langage courant utilise une terminologie spéciale suivant le procédé de zingage :
Zingage par matoplastie : recouvrement par écrasement de particules de zinc à l'aide d'un moyen d'impact (billes de verre) au sein d'un milieu chimique.
Zingage électrolytique : déposition électrolytique de zinc. Les produits ainsi revêtus sont appelés produits électrozingués (1).
Shérardisation : nom donné à un procédé thermochimique de diffusion superficielle de zinc dans l'acier (2).
Galvanisation à chaud : recouvrement par immersion dans un bain de zinc fondu. Les produits ainsi revêtus sont appelés produits galvanisés (1).
Zingage par projection à chaud : recouvrement par projection de zinc fondu au pistolet. Les produits ainsi revêtus sont appelés métallisés au zinc (1).

Remarque quant aux peintures : l'application de peintures contenant de la poudre ou poussière de zinc est exclue des dénominations de zingage, galvanisation, projection à chaud. Pour désigner ces couches de peinture, l'emploi des termes "peinture métallique au zinc " ou "peinture métallique riche en zinc " évite toute ambiguïté.

LA GALVANISATION APRES FABRICATION - CARACTERISTIQUES DU REVETEMENT

Lorsqu'on immerge un élément en acier dans le zinc liquide puis qu'on le retire du bain, il n'y a pas simplement entraînement de zinc qui viendrait se solidifier à la surface de l'acier, mais réaction métallurgique de diffusion entre le zinc et le ter et formation de couches d'alliages fer-zinc.
Cette formation de couches de composés intermétalliques fer-zinc se produit pendant l'immersion dans le bain de zinc. Quand on retire la pièce du bain, il y a entraînement de zinc qui se solidifie à la surface des composés fer-zinc. La totalité du revêtement est ainsi métallurgiquement liée à l'acier de base.

La micrographie ci-contre montre la structure caractéristique d'un revêtement de galvanisation.
Les différentes couches sont désignées par les lettres grecques utilisées dans le diagramme fer-zinc.

Dans le cas de tube en acier galvanisé l'épaisseur est fixée à un minimum de 56 mm, pour une épaisseur surfacique minimale de de 400 g.m-2 d'après la norme NF A-49700.
La dureté des composés fer-zinc apporte une résistance au frottement et à l'abrasion très intéressante et spécifique de la galvanisation à chaud.
Le traitement de galvanisation est opéré habituellement à une température comprise entre 445 et 455°C.
Les épaisseurs de revêtements obtenues, leur structure et leur aspect vont dépendre principalement de la composition de l'acier.

On constate deux types de comportement suivant la réactivité de l'acier.

l) Aciers peu réactifs :
Sur ces aciers, après formation assez rapide des couches d'alliages fer-zinc décrites ci-dessus, la vitesse de réaction décroît avec le temps et l'épaisseur de revêtement n'augmente plus même si l'on prolonge le temps d'immersion.
Les minima obtenus et garantis par la norme suivant l'épaisseur de l'acier, correspondent à cette catégorie d'acier.

2) Aciers réactifs :
Sur ces aciers, la vitesse de formation des couches d'alliages ne décroît pas avec le temps d'immersion. On peut donc obtenir des épaisseurs de revêtement notablement supérieures à celles de la norme.
Ces revêtements sont constitués en majeure partie par des composés fer-zinc qui peuvent apparaître en surface et sont de couleur grise.
Les composés fer-zinc ayant une tenue à la corrosion atmosphérique identique à celle du zinc, le problème posé lorsqu'ils apparaissent en surface du revêtement est uniquement d'ordre esthétique.
Il faut cependant prendre plus de précautions lors du transport, de la mise en place des pièces, ce type de revêtement étant plus sensible aux chocs violents.
La présence de silicium et de phosphore au-delà de certaines teneurs dans l'acier est à l'origine de cette réactivité accrue.
Si l'uniformité de l'aspect est impérative pour l'application envisagée, il est recommandé d'utiliser des aciers conformes à la norme NF A 35-503 " Aciers pour galvanisation par immersion à chaud".

Un essai de galvanisation sur quelques échantillons représentatifs d'un acier dont on ne connaît pas la composition donnera des indications significatives sur sa réactivité dans le zinc et sur l'aspect des revêtements obtenus.
TECHNIQUE DU PROCÉDÉ - PREPARATION DE SURFACE :

La galvanisation à chaud après fabrication comporte, avant immersion dans le bain de zinc fondu, plusieurs opérations de préparation de surface parfaitement définies.
Les cuves dans lesquelles sont effectuées ces opérations sont toutes de dimensions égales à celles du bain de zinc et permettent une immersion complète des pièces.
Les pièces sont accrochées à des palonniers ou à des montages, puis transportées de bain en bain au moyen de palans disposés sur pont roulant ou monorail, puis décrochées et contrôlées.
La surface des pièces doit être soigneusement préparée de manière à permettre la réaction entre le zinc liquide et l'acier.
Cette préparation comporte habituellement trois opérations :

Le dégraissage a pour but d'enlever toutes les salissures et graisses qui empêcheraient la dissolution des oxydes de fer superficiels.
Des installations spécifiques permettent de traiter les petites pièces telles que boulons, tiges filetées, quincaillerie de bâtiment.
Après préparation de surface, les pièces sont placées en vrac dans des paniers perforés pour être plongées dans le bain de zinc liquide.
Il faut essorer les pièces après galvanisation pour éliminer les gouttes et les surépaisseurs de zinc.
Le décapage est effectué dans une solution d'acide chlorhydrique dilué additionnée d'un inhibiteur pour éviter l'attaque de l'acier lorsqu'il a été débarrassé de ses oxydes.
Le fluxage est effectué dans une solution aqueuse de chlorure d'ammonium et de chlorure de zinc.
Il a pour but d'éviter une réoxydation de l'acier entre la sortie du décapage et l'entrée dans le bain de zinc.
Le flux se décompose au moment de l'immersion dans le bain de zinc en permettant le démarrage uniforme de la réaction fer-zinc.
Les cendres qui remontent à la surface sont éliminées par spatulage de la surface du bain avant le retrait des pièces.
Les pièces fluxées sont généralement séchées par passage dans une étuve : galvanisation par voie sèche.
Le fluxage est parfois effectué par le passage des pièces à travers un couvert de sels fondus à base de chlorure d'ammonium et de chlorure de zinc disposé à la surface du bain de zinc.
Les pièces sont ensuite retirées en passant par une partie du bain non recouverte de flux. Cette technique plus ancienne est appelée galvanisation par voie humide.

TECHNIQUE DU PROCÉDÉ - BAIN DE ZINC :
Les pièces sont ensuite immergées dans le bain de zinc. Les temps d'immersion sont fonction de l'importance des charges, des dimensions et de l'épaisseur des pièces.
Ils sont de l'ordre de 3 à 4 minutes pour des pièces légères de forme simple et peuvent dépasser 10 à 15 minutes pour des ensembles massifs ou des corps creux de grandes dimensions.
Il existe toute une gamme d'installations dont les dimensions des bains sont adaptées aux types de pièces à traiter : du boulon à la charpente lourde.
Il est vivement conseillé d'utiliser de la boulonnerie en acier galvanisé pour assembler des pièces galvanisées, de manière à avoir une protection homogène contre la corrosion.
Ceci permettra d'éviter les coulures de rouille que l'on constate trop souvent au niveau des assemblages et provenant de boulonnerie insuffisamment protégée par d'autres moyens.

EN CONCLUSION :
- Le revêtement de zinc par galvanisation à chaud consiste en une gamme d'opérations effectuées en séquence dans un atelier, sous la surveillance et le contrôle de spécialistes.
- Les contrôles du revêtement sont simples et normalisés.
- Les imperfections éventuelles de la préparation de surface se traduisent par des défauts dus au fa>t que la réaction fer-zinc n'a pu se taire à certains endroits. Ces défauts sont visibles immédiatement. Un simple contrôle d'aspect permet de les repérer et d'y remédier. Il n'y a pas de défauts cachés qui risquent de se révéler au cours du temps."
(1) Désignations simplifiées commerciales.
(2) Terme dérivé du nom de l'inventeur d'un procédé à l'origine de cette méthode.