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Effet de l’onde de polarisation sur la coloration et la résistance à la corrosion de couches anodisées d’alliages d’aluminium

Direction : M.-P. Gigandet, J.-Y. Hihn

Description du travail de thèse et intégration dans le projet général :

L’anodisation de l’aluminium est aujourd’hui très utilisée dans le milieu architectural mais aussi dans celui du design. En effet, l’aluminium, ayant la capacité de former spontanément à sa surface une fine couche d’alumine, est un matériau léger, ayant des propriétés « naturelles » anti-corrosives conférées par la couche d’oxyde. En réalité, cette couche d’oxyde formée instantanément n’est que de quelques nanomètres d’épaisseur, et ne permet pas une très bonne tenue à la corrosion.

Afin de profiter néanmoins de cette propriété, on oxyde intentionnellement le matériau pour favoriser la croissance de cette couche et atteindre une épaisseur de couche permettant une protection efficace contre la corrosion. Cette technique est appelée « oxydation anodique » ou « anodisation ».

De plus, la couche d’oxyde qui se forme à la surface de l’aluminium est de type duplex : une couche barrière mince et compacte recouverte d’une couche poreuse de quelques micromètres d’épaisseur. Cette dernière couche va permettre, moyennant une étape de coloration, de donner une très large palette de couleurs au matériau, d’où son essor dans le domaine décoratif. A l’heure actuelle, le procédé se fait donc en deux étapes distinctes, à savoir, l’anodisation dans un premier temps puis la coloration chimique ou électrolytique. Ce processus de coloration doit néanmoins satisfaire au mieux les propriétés du matériau : c’est-à-dire lui garantir sa tenue à la corrosion d’origine mais aussi la résistance de la couleur dans le temps et face aux intempéries. Parmi les techniques de coloration permettant cette contrainte, la plus simple à utiliser et la plus utilisée dans le milieu industriel est la coloration électrolytique. Cependant, la coloration électrolytique possède, encore aujourd’hui, un inconvénient majeur pour les industriels : sa gamme de couleurs est relativement restreinte. Le but de ce projet consiste à étudier les différents paramètres de coloration électrolytique dans une solution type acide sulfurique contenant des sels métalliques (comme par exemple du sulfate d’étain II ou autres), et comprendre l’influence de ceux-ci afin d’élargir la gamme de couleurs offertes. Les principaux paramètres étudiés seront la forme de l’onde de polarisation (continue, pulsée simple ou inversée), le temps et la température d’anodisation, ainsi que la composition de l’électrolyte. En effet, d’autres électrolytes sont susceptibles d’être étudiés. L’intérêt ultime serait de pouvoir réaliser l’anodisation et la coloration en une seule étape.

La première partie consistera à faire un état de l’art sur les différentes techniques de coloration des couches et le lien avec la microstructure.

Puis dans un deuxième temps, nous regarderons l’influence des conditions opératoires (forme de l’onde de polarisation, composition des électrolytes, température…) sur le mécanisme de formation et la morphologie des couches. L’onde de polarisation pourra jouer à la fois sur la croissance de la couche d’oxyde mais également sur l’incorporation et/ou la réduction des espèces métalliques dans la couche (dans le cas des inversions de courant par exemple) ; elle pourra également avoir un effet sur la dissipation de l’énergie dépensée lors de la formation des couches.

La caractérisation physico-chimique des couches sera extrêmement importante au niveau des propriétés électrochimiques, structurales (MEB, AFM, DRX…) et spectroscopiques (XPS…) et nous permettront d’évaluer le comportement des couches vis-à-vis de la corrosion, mais également de connaitre la composition des couches et l’incorporation éventuelle d’additifs.

Marie-Pierre Gigandet

Virginie Moutarlier

Rémy Viennet

Jean-Yves Hihn

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