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UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL TEST ACCÉLÉRÉ DE CORROSION ALTERNATIF AU BROUILLARD SALI

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL TEST ACCÉLÉRÉ DE CORROSION ALTERNATIF AU BROUILLARD SALIN SELON LA NORME ASTM B117 GHITA OUAZIZ DÉPARTEMENT DE GÉNIE CHIMIQUE ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL MÉMOIRE PRÉSENTÉ EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME DE MAÎTRISE ÈS SCIENCES APPLIQUÉES (GÉNIE MÉTALLURGIQUE) DÉCEMBRE 2011 © Ghita Ouaziz, 2011. UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL Ce mémoire intitulé: TEST ACCÉLÉRÉ DE CORROSION ALTERNATIF AU BROUILLARD SALIN SELON LA NORME ASTM B117 présenté par : en vue de l’obtention du diplôme de : OUAZIZ, Ghita a été dûment accepté par le jury d’examen constitué de : Maîtrise ès sciences appliquées M. LAKIS Aouni A. M. , Ph.D, président SAVADOGO Oumarou M. , D. d'état, membre et directeur de recherche HARTNER Reon, M.Sc.A, membre iii DEDICACE À ma chère mère, à mon cher père, sans qui rien ne serait possible. À ma sœur, à mon frère, à l’ensemble de ma famille, ici et ailleurs. À mes amis, les meilleurs qui soient. iv REMERCIEMENTS Tout d’abord, je tiens à remercier mon directeur de recherche, le professeur Oumarou Savadogo, de m’avoir accueillie au sein de son laboratoire. Je voudrais lui exprimer toute ma gratitude pour ses enseignements et son soutien. En plus d’être un fin pédagogue, c’est un professeur qui, par son dévouement et sa rigueur, transmet sa passion pour la recherche scientifique à tous ses étudiants. Par la même occasion, j’aimerai adresser mes sincères remerciements à tous les membres du laboratoire d’électrochimie, que ceux soient les étudiants, les associés de recherche ou les techniciens. Merci pour vos précieux conseils et pour le sentiment d’appartenance à une merveilleuse équipe. Mes remerciements vont aussi à Bombardier Aéronautique (en particulier au département des matériaux et procédés), entreprise d’accueil de cette maîtrise en milieu pratique, et dispensateur de subventions. Merci à messieurs Dominique Rivest, Hector Alcorta, Daniel Menard et Reon Hartner qui ont portés un grand intérêt à mon projet et sans qui sa réalisation aurait été impossible. Je voudrais exprimer ma gratitude à Andreas Dehm, et à ses collaborateurs pour leur précieuse contribution aux tests du brouillard salin effectués par le laboratoire des matériaux et procédés de l’entreprise, sans oublier l’ensemble des personnes que j’ai rencontrées lors de ces deux années et qui m’ont chaleureusement accueillie au sein de leur équipe. Je voudrais en profiter aussi pour témoigner ma reconnaissance aux organismes FQRNT et CRSNG pour l’octroi de la bourse BMP Innovation. L’opportunité de réaliser un projet de recherche au sein d’une entreprise réputée dans le domaine de la construction aéronautique, a été la source d’apprentissages qui donneront l’élan nécessaire pour démarrer ma carrière. Pour finir, j’aimerai souligner que c’est en obtenant la bourse de recherche au premier cycle octroyée par le CRSNG, que j’ai rencontré mon directeur de recherche et que j’ai fait mes premiers pas dans la recherche. Que mon expérience soit un témoignage de la réussite de ces financements à susciter à un intérêt pour la recherche auprès des étudiants, à les encourager à entreprendre des études supérieurs et à élargir leurs horizons. Merci. v RESUMÉ Un test de corrosion accélérée est généralement défini comme étant une méthode qui évalue la performance de résistance à la corrosion, de métaux et de revêtements, et dont les résultats sont obtenus après une période de temps plus courte qu’avec une exposition naturelle. Les tests de corrosion accélérée sont essentiels pour le développement et la qualification de nouveaux matériaux, revêtements et traitements de surface. Cependant, pour une multitude de matériaux et revêtements utilisés dans l’industrie aéronautique, ces tests sont peu fiables et échouent dans la reproduction de la performance de résistance à la corrosion obtenue dans les essais d’exposition extérieure à long termes ou même sous les conditions de service. Ce manque de précision a mené à une forte dépendance aux essais d’exposition à longs termes. Le brouillard salin suivant la procédure ASTM B117 est l’un des tests accélérés de corrosion, les plus fréquemment utilisés, notamment pour évaluer la résistance à la corrosion des alliages d’aluminium. Cette méthode peut durer plusieurs centaines d’heures, en plus d’être l’objet de multiples controverses dans la littérature. Malgré ses limitations connues telles que la lenteur, le coût et la subjectivité, le test du brouillard salin est considéré comme une référence dans le milieu aéronautique. Voilà pourquoi, Bombardier Aéronautique, leader dans le domaine de la construction aéronautique et entreprise d’accueil de cette maîtrise en milieu industriel, a proposé de mener un projet de recherche expérimentale en collaboration avec l’École Polytechnique de Montréal. L’objectif de ce projet étant le développement d’un test en mesure d’évaluer la capacité de différents alliages d’aluminium anodisés à résister à la corrosion en outrepassant les limites du test du brouillard salin. Pour Bombardier Aéronautique, l’intention première n’est pas de remplacer le test du brouillard salin mais plutôt d’élaborer une méthode alternative qui permettra de prédire la réussite ou l’échec des tests au brouillard salin. La méthode dite alternative doit être simple, objective et rapide. Elle doit permettre d’évaluer la qualité du fini de l’aluminium avec anodisation à l’acide chromique et les spécifications relatives au revêtement et aux coupons de test sont fournies par l’entreprise. Afin de satisfaire les requis de Bombardier Aéronautique, le choix s’est porté sur le « cathodic breakdown test » CBT parmi l’ensemble des méthodes électrochimiques. Le CBT semble être la méthode la plus prometteuse et avec le plus de chance de corrélation avec le brouillard salin. Par ailleurs, le CBT est une des méthodes électrochimiques spécialement conçues pour l’évaluation vi des revêtements d’anodisation sur l’aluminium et ses alliages. Le CBT a été utilisé dans l’industrie aéronautique pendant une quinzaine d’années (entre 1978 et 1993), au moins, sur une base informelle, pour évaluer les variations du procédé d’anodisation à l’acide chromique. Les données collectées se sont avérées suffisamment prometteuses pour considérer l’évaluation de la corrélation entre les résultats du CBT et ceux du test du brouillard salin sur une base échec/réussite. Une méthode expérimentale, discutée dans la littérature, a été mise en place pour évaluer la résistance à la corrosion d’un revêtement d’anodisation à l’acide chromique typique. À terme, 63 tests ont été conduits et des paramètres et critères de corrélation ont été établis. L’application de ces critères a permis d’identifier correctement les échecs au brouillard salin : les échantillons qui échouent au CBT, échouent aussi au brouillard salin. L’auteur a conclu que le CBT montrait une assez bonne corrélation avec le brouillard salin. À cet égard, le CBT n’étant pas standardisé et ne faisant l’objet d’aucune procédure approuvée, détaillée et claire, dans la littérature, le présent mémoire se consacre à développer une méthode expérimentale complète pour la réalisation du CBT, à étudier la corrélation entre les résultats du CBT et ceux du brouillard salin, à discuter la précision des critères et paramètres de corrélation présentée dans la littérature et finalement, à évaluer le CBT en tant qu’outil de contrôle de la qualité dans l’industrie aéronautique. L’étude du CBT sera basée sur les matériaux aéronautiques industriels, et sera centrée sur les revêtements d’anodisation à l’acide chromique sur l’aluminium avec une large gamme de colmatages. Ultimement, une nouvelle méthode d’évaluation de la performance de résistance à la corrosion, outrepassant les limites du brouillard salin, sera présentée (10 minutes pour le CBT versus 336 heures pour le brouillard salin). L’examen des résultats obtenus a démontré que le paramètre de corrélation, CBTcombined, augmente avec le temps de test au brouillard salin à l’échec et que le CBT est très sensible à la qualité du colmatage de l’échantillon testé. Le CBT est alors identifié comme un outil en mesure de prédire les échecs au brouillard salin et peut donc être utilisé à cette fin chez Bombardier Aéronautique. L’intégration du CBT en tant que test alternatif au brouillard salin permettrait une réduction considérable des tests au brouillard salin, offrirait des gains de temps considérables et des données quantitatives objectives. Cependant, une réévaluation des critères et paramètres de vii corrélation, est nécessaire avant de considérer le CBT comme outil efficace de contrôle de la qualité, de manière indépendante. viii ABSTRACT An accelerated corrosion test is generally defined as a method that assesses the performance of metals and coatings and the results are obtained after a period of time shorter than with natural exposure. The accelerated corrosion tests are essential for new materials, coatings and surface treatments development and qualification. However, for a variety of materials and coatings used in the aviation industry, these tests are unreliable and fail to reproduce the performance of corrosion resistance obtained in tests of long-term outdoor exposure or even under in service conditions. This lack of precision led to a heavy reliance on long-term exposure tests. The salt spray test, such as defined by ASTM B117, is one of the most widely used proof tests for evaluating corrosion protection provided by organic and inorganic coatings on metals, including aluminum alloys, and is frequently quoted in specifications as a quality control tool. This method can take several hundred hours, in addition to being the subject of many controversies in the literature. Despite its known limitations such as time, uploads/Science et Technologie/ 2011-ghitaouaziz.pdf