Caractérisation des aciers revêtus de multicouches micro/nano

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 19194 (2022) Citer cet article

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Ce travail a étudié la comparaison des propriétés mécaniques et de résistance barrière entre différentes structures de trois revêtements polymères multicouches de chaque côté des coupons d'acier. L'époxy rempli de 1 % en poids, 2 % en poids et 3 % en poids de particules d'alumine microniques ou nanométriques (Al2O3) représentait les couches de revêtement sur l'acier des deux côtés. La résistance de la barrière a été réalisée en immergeant les éprouvettes d'acier revêtues dans une solution saline et dans un milieu acide citrique. L'ajout de particules d'alumine (Al2O3) de taille micrométrique et nanométrique aux revêtements époxy a amélioré la résistance de la barrière, la traction et la dureté dans des conditions sèches et humides par rapport au revêtement époxy pur. Des augmentations supplémentaires des micro/nanoparticules d’Al2O3 entraînent une détérioration de la résistance à la traction et de la résistance de la barrière. L'acier revêtu d'époxy rempli de 1 % en poids de nanoparticules d'Al2O3 a une résistance à la traction maximale de 299,5 MPa et 280,9 MPa dans des conditions sèches et humides, respectivement. Cependant, l'acier revêtu d'époxy rempli de microparticules d'Al2O3 à 1 % en poids a une résistance à la traction de 296,5 MPa et 275,4 MPa dans des conditions sèches et humides, respectivement. De bonnes propriétés ont été observées avec des revêtements micro/nanocomposites classés par étapes. L'acier revêtu d'époxy rempli de 3 % en poids de nanoparticules d'Al2O3 a une dureté maximale de 46 HV et 40 HV dans des conditions sèches et humides, respectivement.

La corrosion du métal est considérée comme l’un des enjeux vitaux des structures en acier lorsque ces structures sont soumises à la corrosion1. L'acier a une résistance mécanique élevée et une fabrication à faible coût. Par conséquent, il est utilisé dans les équipements de forage, la construction navale et les pipelines. Dans les marines, la corrosion entraîne 30 % de la défaillance totale et doit donc être réparée ou remplacée. En milieu marin, la corrosion de l'acier est influencée par la salinité et l'alcalinité2. Par la suite, le revêtement a été réalisé sur les faces en acier pour éviter la corrosion des constructions en acier nouvelles ou existantes. La corrosion de l’acier a suscité de nombreux intérêts de recherche car elle est coûteuse, notamment dans les milieux pétroliers et marins3. Récemment, des revêtements composites polymères en acier ont été utilisés pour diminuer la diffusion de l'oxygène et de l'humidité. Le revêtement organique protecteur en tant que revêtement époxy sur métal se caractérise par son excellente résistance aux intempéries4. Le revêtement époxy protégé a attiré une grande attention dans les environnements humides en raison de sa très bonne ténacité, durabilité et adhérence aux substrats métalliques1. Cependant, la densité de réticulation élevée et le comportement barrière du revêtement époxy peuvent être affectés de manière indésirable lorsqu'il est exposé à la corrosion. L'affaiblissement du revêtement polymère entraîne la création de trous et de défauts dans la surface du revêtement époxy. Lors de l'exposition à des milieux corrosifs, les trous et les défauts deviennent plus larges et plus profonds. Les trous sont considérés comme des chemins conducteurs car l'électrolyte se diffuse dans le revêtement polymère5. De plus, le revêtement protecteur échoue en raison du délaminage qui est la séparation au niveau de l’interface revêtement polymère/métal6. La détérioration du revêtement polymère diminue les propriétés barrière donc les propriétés mécaniques du revêtement polymère5. Par conséquent, il est essentiel d’améliorer les propriétés de la résine époxy en remplaçant l’époxy par des revêtements composites époxy pour répondre aux exigences des applications réelles4.

Les charges inorganiques intégrées au revêtement époxy sont l'une des méthodes permettant d'améliorer la caractérisation anticorrosion des revêtements polymères organiques. L'ajout de particules de charge plus petites de taille micrométrique ou nanométrique peut améliorer les propriétés de barrière du revêtement polymère introduit. La taille, la morphologie, la forme et le pourcentage pondéral des charges affectent grandement les caractéristiques intrinsèques du composite2. Les nanoparticules sont considérées comme une bonne barrière à l'eau et bloquent ainsi efficacement l'absorption de l'eau, améliorant ainsi la durée de vie des métaux2. Différents nanomatériaux sont impliqués à différents niveaux dans l’industrie alimentaire et ont des effets à la fois positifs et négatifs sur la santé humaine. L'alumine peut également être présente en raison de la contamination ou de la migration d'autres matériaux en contact avec les aliments tels que les machines de transformation, les ustensiles et les appareils7. Les revêtements contenant des particules d'Al2O3 ont montré une meilleure résistance aux rayures et à l'abrasion par rapport à celle du revêtement polymère. Cette amélioration de la résistance aux rayures et à l’abrasion est attribuée au durcissement par dispersion des nanoparticules d’Al2O3 dans les revêtements polymères8. L'amélioration de l'impact environnemental peut être obtenue en utilisant des particules nanométriques dans le revêtement polymère et en éliminant le besoin de solvants toxiques9. Les nanoparticules incorporées dans des revêtements polymères sont bien connues pour leurs propriétés physiques, mécaniques et thermiques exceptionnelles10,11.