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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques M 1 503 − 1 Cataphorèse par Victor KEN Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Électrochimie et d’Électrométallurgie de Grenoble Directeur Technique Sté PPG Industries France epuis sa première exploitation industrielle dans l’industrie automobile en 1977 comme primaire anticorrosion, des millions de véhicules ont été peints par le procédé cataphorèse. Aujourd’hui, la totalité de la production mon- diale automobile est protégée par la cataphorèse, ainsi que les poids lourds et les véhicules utilitaires. La cataphorèse est également largement utilisée par les sous-traitants de l’automobile, et par l’industrie métallique en général : électroménager, mobilier métallique, matériel agricole, radiateurs. Ce procédé permet en effet d’obtenir une très haute protection anticorrosion alliée à une automatisation très poussée. Il faut noter que les quantités de surfaces peintes en cataphorèse dans l’industrie générale sont équivalentes à celles de l’industrie automobile : environ 1 milliard de mètres carrés chimiques (c’est-à-dire double face) par an pour l’Europe ! 1. Présentation générale............................................................................. M 1 503 - 2 1.1 Déﬁnition...................................................................................................... — 2 1.2 Évolution des primaires anticorrosion....................................................... — 2 1.2.1 Apprêts au pistolet ............................................................................. — 2 1.2.2 Apprêts au trempé.............................................................................. — 2 1.2.3 Anaphorèse......................................................................................... — 2 1.2.4 Cataphorèse ........................................................................................ — 3 2. Propriétés du ﬁlm de cataphorèse...................................................... — 3 2.1 Avantages..................................................................................................... — 3 2.2 Inconvénients............................................................................................... — 3 3. Constituants de la peinture et chimie des résines......................... — 3 3.1 Constituants de la peinture......................................................................... — 3 3.2 Chimie des résines ...................................................................................... — 3 4. Principes et mécanisme......................................................................... — 4 4.1 Électrolyse de l’eau...................................................................................... — 4 4.2 Électrophorèse et électrocoagulation ........................................................ — 4 4.3 Électro-osmose ............................................................................................ — 4 4.4 Polymérisation............................................................................................. — 4 5. Paramètres d’application....................................................................... — 4 5.1 Paramètres du bain ..................................................................................... — 4 5.2 Paramètres d’exploitation........................................................................... — 4 6. Installation industrielle .......................................................................... — 5 7. Utilisation................................................................................................... — 6 8. Évolution .................................................................................................... — 6 9. Conclusion ................................................................................................. — 6 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. M 1 503 D CATAPHORÈSE ________________________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. M 1 503 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques L’électrodéposition cationique ou cataphorèse est un procédé de peinture par immersion utilisé principalement dans l’industrie automobile et les autres indus- tries métalliques comme primaire anticorrosion. Par ses performances supérieu- res, elle a succédé à l’anaphorèse dont l’utilisation industrielle s’était généralisée dès 1966. 1. Présentation générale 1.1 Déﬁnition Le polymère, qui constitue la peinture, doit donc être chargé élec- triquement aﬁn de migrer sous l’effet du champ électrique et se déposer sur l’électrode sous l’effet des réactions électrochimiques de décomposition de l’eau (voir mécanismes § 4) : — si la peinture est chargée négativement (–), la pièce à peindre est reliée au pôle positif (+) du générateur donc à l’anode : le pro- cédé d’application est l’anaphorèse ; — si la peinture est chargée positivement (+), la pièce à peindre est reliée au pôle négatif (–), donc à la cathode : le procédé est la cataphorèse. Les peintures électrodéposables sont des peintures aqueuses contenant de faibles taux de solvants. 1.2 Évolution des primaires anticorrosion Les techniques de protection des carrosseries automobiles n’ont cessé de progresser ces trente dernières années. Ces progrès ont été dus à l’évolution des méthodes d’application des peintures anti- corrosion, leur nature chimique et à l’utilisation de plus en plus importante de matériaux zingués. L’évolution des techniques de protection est résumée dans le tableau 1. 1.2.1 Apprêts au pistolet Dans les années 1950, la protection était réalisée par des résines solvantées appliquées au pistolet. Les parties difﬁcilement accessi- bles et les corps creux ne pouvaient être protégés par cette techno- logie. 1.2.2 Apprêts au trempé Apparaît ensuite, dans les années 1960, la technique de protection par immersion. Les corps creux étaient ainsi bien mieux protégés et une application semi-automatique était possible. Cependant, l’égouttage des pièces provoquait des défauts comme des coulures et des surépaisseurs qui nécessitaient des ponçages, d’autre part, les répartitions d’épaisseur étaient mal maî- trisées. Les peintures étaient toujours hautement solvantées. 1.2.3 Anaphorèse Les travaux scientiﬁques sur l’électrodéposition ont commencé à se développer dès le début du XXe siècle. Les latex principalement et aussi d’autres résines ont servi aux premières exploitations industrielles. Vers 1937, Crosse et Blackwell déposent une série de brevets pour le revêtement intérieur des boîtes de conserve par anaphorèse. En 1950, la Cie Ford aux États-Unis proposa par ses brevets, d’uti- liser l’anaphorèse comme primaire anticorrosion pour les carrosse- ries automobiles : ce procédé fut prêt à être industrialisé vers 1960 et commença à être utilisé en 1965. La résistance à la corrosion de la couche obtenue était identique à celle obtenue par trempé solvanté, mais les épaisseurs obtenues bien plus uniformes, les corps creux mieux recouverts et les aspects meilleurs. L’électrodéposition ou mise en peinture par électrophorèse consiste en un recouvrement d’une pièce métallique par un revêtement organique ﬁlmogène sous l’effet conjugué d’un champ électrique et des réactions d’électrolyse de l’eau : une tension continue est appliquée entre la pièce à peindre et une contre-électrode, toutes deux immergées dans la peinture. Tableau 1 – Évolution des primaires anticorrosion Année 1950 1960 1966 1977 Méthodes d’application............................. pistolet trempé anaphorèse cataphorèse Type de polymère ...................................... alkydes/mélamines phénoliques/alkydes huiles maléinisées/ polybutadiènes Époxy Résistance brouillard salin* ..................(h) 240 300 360 > 1 000 Recouvrement corps creux ....................... impossible acceptable bon excellent Solvants organiques.............................(%) 100 100 à 50 10 < 5 Rendement ............................................(%) 50 60 à 80 > 95 > 95 * Norme AFNOR NF X 41-002 - Essai au brouillard salin (Tôles d’acier phosphatées rayées). ________________________________________________________________________________________________________________________ CATAPHORÈSE Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques M 1 503 − 3 1.2.4 Cataphorèse C’est en 1971 que la Société américaine PPG a mis au point le pro- cédé d’électrodéposition cationique qui allait révolutionner les tech- niques de protection des pièces métalliques. Ce procédé fut exploité industriellement pour la première fois aux États-Unis en 1977. En 1978, c’est Chrysler France, à Poissy (aujourd’hui usine de PSA), qui fut la première ligne européenne à utiliser la cataphorèse pour protéger ses automobiles. 2. Propriétés du ﬁlm de cataphorèse Comme pour tout revêtement organique, une préparation de sur- face de la pièce à peindre est indispensable : dégraissants alcalins et phosphatation au zinc sont les techniques couramment utilisées dans l’industrie automobile, la phosphatation au fer est également courante en sous-traitance ou dans l’industrie générale. 2.1 Avantages I Anticorrosion Les propriétés anticorrosion imparties aux pièces métalliques par la cataphorèse sont exceptionnelles et bien supérieures à celles imparties par l’anaphorèse : elles permettent de doubler ou tripler la durée de vie d’un véhicule sans apparition de pustules ou de perfo- rations dans les soubassements, les garanties anticorrosion de 6 ans données par les constructeurs sont là pour en témoigner. Les raisons en sont les suivantes : — les résines cationiques sont inertes chimiquement et résistent aux phénomènes de délamination cathodique (soulèvement et dis- solution du feuil de peinture sous l’effet de la corrosion) ; — au cours du processus de dépôt à la cathode, il n’y a pas disso- lution du métal, et celle de la phosphatation est très réduite, alors que dans le cas de l’anaphorèse il y a dissolution non négligeable du métal et de la couche de phosphatation. D’autre part, le pouvoir de pénétration, qui est l’aptitude du pro- duit à revêtir les zones difﬁciles à atteindre et les zones cachées vis- à-vis de l’anode, permet une excellente protection des corps creux : il est possible, avec une conception appropriée (trous judicieuse- ment placés), d’obtenir un minimum de 10 µm sur toutes les parties à protéger, pour une épaisseur moyenne extérieure de 20 à 25 µm. I Aspect La répartition d’épaisseur extérieure est très uniforme, avec des variations inférieures à 5 µm. Il n’y a, ni coulures, ni surépaisseurs. En effet, la peinture électrodéposée possède une résistivité électri- que intrinsèque : la résistance du ﬁlm croît dans le temps au fur et à mesure de l’augmentation de son épaisseur, jusqu’à atteindre une valeur telle que le courant tombe à pratiquement zéro : il y a donc une autolimitation de la couche de peinture, ce qui explique la grande uniformité d’épaisseur de cette couche. I Propriétés mécaniques Le ﬁlm est d’une bonne souplesse. Son adhérence est excellente sur tous supports et, combinée avec des apprêts appropriés, la résistance aux chocs et au gravillonnage est bonne. I Application L’opération est totalement automatisée. Le traitement est rapide : 150 à 250 s sufﬁsent pour traiter une pièce. Le rendement peut atteindre près de 99 % par rinçage et recyclage à travers des membranes d’ultraﬁltration. Écologie et sécurité : la peinture est diluée dans l’eau et contient moins de 5 % de solvants organiques. 2.2 Inconvénients La pièce à peindre doit être conductrice de l’électricité, le procédé ne s’applique donc pas aux plastiques et aux substrats non conduc- teurs. Le succès de l’application et la constance des résultats sont subor- donnés à un uploads/s3/ cataphorese.pdf