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RÉSUMÉ
Les revêtements électrolytiques présentent de nombreux avantages, tant par leurs vocations fonctionnelles, anticorrosion par exemple, que pour leurs propriétés esthétiques. Leur utilisation concerne des branches d'activités très diverses, à l'instar de l'industrie chimique, du bâtiment, de l'automobile, de l'aéronautique. Sous l'impulsion du secteur automobile, à la recherche de revêtements permettant d'assurer la garantie décennale contre la corrosion, des codépôts à base de zinc, plus performants que les revêtements de zinc pur, ont été mis au point. Dans la pratique, les principales formulations d'électrolytes, disponibles sur un marché très concurrentiel, concernent les systèmes zinc-nickel, zinc-cobalt et zinc-fer. L'électrodéposition à partir d'électrolytes bimétalliques demande cependant une grande maîtrise du procédé, souvent difficilement compatible avec les exigences de coût des donneurs d'ordre.
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Martine DEPETRIS-WERY : Ingénieur électrochimiste CNAM – Docteur en Chimie-Physique - Professeur à l'IUT d'Orsay – Université Paris XI
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Hassine Ferid AYEDI : Docteur ès Sciences - Professeur à l'École Nationale d'Ingénieurs de Sfax (Tunisie)
INTRODUCTION
Les revêtements électrolytiques présentent de nombreux avantages, tant par leurs vocations fonctionnelles, anticorrosion par exemple, que pour leurs propriétés esthétiques. Leur utilisation concerne des branches d'activités très diverses, à l'instar de l'industrie chimique, du bâtiment, de l'automobile, de l'aéronautique…
Dans le domaine de l'anticorrosion, les revêtements de cadmium et, dans une moindre mesure, ceux de zinc ont longtemps assuré la protection des aciers et des alliages légers ou cuivreux. Jusque dans les années 1970, le cadmiage était la solution la plus répandue dans tous les secteurs industriels et ce, en raison des qualités exceptionnelles de ces revêtements (excellente tenue à la corrosion, faible résistance de contact, propriétés mécaniques et tribologiques). Aujourd'hui, l'utilisation de composants à base de cadmium est fortement réglementée, compte tenu de sa toxicité reconnue sur l'environnement et sur la santé des personnes exposées. Interdits dans les équipements et les machines de nombreux champs d'activités, leur emploi subsiste néanmoins pour certaines applications spécifiques dans l'aéronautique, le domaine spatial, le nucléaire… qui exigent des niveaux de sécurité élevés.
Sous l'impulsion du secteur automobile, à la recherche de nouveaux revêtements permettant d'assurer la garantie décennale contre la corrosion, l'effort de recherche-développement a porté sur la mise au point de codépôts à base de zinc plus performants que les revêtements de zinc pur. Dans ce contexte, de nombreux travaux ont été consacrés aux systèmes alliés : zinc-nickel, zinc-nickel-fer, zinc-cobalt, zinc-fer, étain-zinc et zinc-manganèse. Dans la pratique et depuis 1970, les principales formulations d'électrolytes, disponibles sur un marché très concurrentiel, concernent les systèmes zinc-nickel, zinc-cobalt et zinc-fer. Elles permettent :
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d'élaborer des revêtements présentant une résistance à la corrosion comparable, voire supérieure, à celle de leur homologue en zinc pur ;
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de réaliser de bonnes finitions (phosphatation, cosmétique) à des fins d'applications spécifiques.
Au demeurant, même si les performances de ces codépôts sont supérieures, sinon égales, à celles de leur homologue en zinc non allié, l'électrodéposition à partir d'électrolytes bimétalliques est plus délicate et demande une grande maîtrise du procédé, souvent difficilement compatible avec les exigences de coût des donneurs d'ordre.
Ce dossier, dédié aux revêtements Zn-X, avec X = Fe, Co, Ni, Mn, Sn, traitera des bains d'électrodéposition, des caractéristiques des revêtements, de l'hydrogène récurrent à leur élaboration et, enfin, de leur tenue en service.
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1. Généralités sur la codéposition
En raison de la complexité des électrolytes utilisés, la codéposition d'alliages métalliques est moins aisée à réaliser que l'électrodéposition d'un métal unique. Pour que deux cations métalliques,
et
, puissent se réduire simultanément à la cathode, il importe de les porter à un même potentiel de décharge E d au cours de l'électrolyse [1]. Pour ce faire, il est nécessaire d'imposer une différence de potentiel aux bornes du réacteur électrolytique de sorte que le potentiel de la cathode ait une valeur plus négative que celle du potentiel de décharge du métal le moins noble (figure 1). Ainsi, la densité de courant imposé j d permet de déposer les deux métaux avec des vitesses individuelles de dépôt proportionnelles aux densités de courant j 1 et j 2 respectivement.
La figure 1 montre que la codéposition de deux métaux, M1 et M2 , de potentiels thermodynamiques différents, n'est effective, à un même potentiel, que si l'activité de leurs ions dans un électrolyte donné, et les surtensions afférentes à leur électrodéposition respective, sont convenablement choisies.
-
D'un point de vue pratique, cela peut être réalisé, soit :
-
en diminuant la concentration de l'espèce la plus noble dans l'électrolyte, donc son potentiel thermodynamique, et partant, de rapprocher les potentiels d'équilibre des deux métaux. L'effet escompté est toutefois marginal (59 mV pour une solution d'un ion bivalent diluée 100...
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