Comment valider la tenue à la corrosion d’une pièce métallique ?

Bagues zinguées après un essais de corrosion de 72 heures.

Résoudre un problème de corrosion nécessite le plus souvent de réaliser tout d’abord une expertise de la pièce dégradée pour identifier et comprendre les causes et les mécanismes de dégradation. Anticiper les problèmes de tenue en service, c’est aussi mener des essais au brouillard salin (BS) en enceinte de corrosion pour valider la tenue dans le temps par rapport au cahier des charges du donneur d’ordre ou aux normes en vigueur ou comparer différents matériaux et/ou revêtements entre eux.

Les enjeux de la corrosion

Le saviez-vous ? 20% de la production mondiale d’acier utilisée chaque année est en remplacement de pièces corrodées. Les problèmes de corrosion représentent donc des enjeux considérables pouvant entraîner des casses pièces, des arrêts d’installation ou des dysfonctionnements à répétition. Le coût de la corrosion se chiffre ainsi en dizaines de milliards d’euros rien que pour la France !

Qu’est-ce que la corrosion ?

Pièce en aluminium après 700 heures de brouillard salin neutre

Pièce en aluminium AlSi10Mg traité T6 après 700 heures de brouillard salin neutre.

La corrosion est l’interaction physicochimique entre un métal et son milieu environnant entraînant des modifications dans les propriétés du métal et souvent une dégradation fonctionnelle du métal lui-même ou de son environnement. Afin d’éviter une différence de potentiel (de corrosion), entrainant des réactions d’oxydoréduction, il est important de regarder la présence d’hétérogénéités dans le matériau et le milieu, d’optimiser le choix du matériau et éventuellement le choix du revêtement organique ou inorganique.

Ainsi, pour utiliser des alliages d’aluminium en atmosphère marine, on évitera les familles d’alliage de type Al-Si-Cu qui contiennent du cuivre et on leur préférera les Al-Si. Sinon, on les protègera par un traitement d’anodisation suivi d’une peinture.

Les différents mécanismes de corrosion

Il existe, selon les matériaux et le milieu corrosif, différents mécanismes et mode de corrosion. On parle ainsi de corrosion généralisée, localisée ou par piqûres. Le mécanisme de propagation de la corrosion peut être, quant-à-lui, intergranulaire, transgranulaire ou sélectif.

Ainsi, pour la corrosion intergranulaire, les joints de grains peuvent être le siège d’une corrosion localisée très importante alors que le reste de la matrice n’est pas attaquée. Ce type de corrosion peut être dû à la présence d’impuretés dans le joint de grain ou à l’enrichissement (ou au contraire à l’appauvrissement) local en l’un des constituants. C’est le cas de la corrosion feuilletante des alliages d’aluminium laminés lié au fer ou de la perte de chrome aux joints de grains des aciers inoxydables. Dans le cas de la corrosion sélective, il y a dissolution sélective d’un des éléments de l’alliage ou de l’une des phases. L’exemple le plus connu est la dézincification (dissolution sélective du zinc) dans les laitons.

La protection contre la corrosion des métaux

Pour lutter contre la corrosion, il existe un grand nombre de traitements ou de moyens de protection. Tout d’abord, les peintures et vernis constituent un moyen simple largement utilisé. Ensuite, on peut réaliser un revêtement chimique (phosphatation pour les métaux ferreux, traitement alodine pour l’aluminium…, mordançage pour les alliages de magnésium). On peut également réaliser une métallisation (étamage, galvanisation, aluminage) pour déposer un métal protecteur ou mettre en œuvre un revêtement par dépôt électrolytique (zinc, cuivre) dans lequel une anode se dissout et vient revêtir la pièce à protéger. La protection anodique consiste, quant-à-elle, à créer en surface une couche d’oxyde protectrice (anodisation des alliages d’aluminium et protection des alliages de titane). Enfin, la protection cathodique utilisée en particulier pour la protection des coques et hélices de bateaux, câbles sous-marins ou réservoirs permet (en plaçant une pièce sacrificielle encore plus électronégative que le métal à protéger) à dévier l’effet de pile. Cette cathode se détériorera ainsi progressivement à la place des pièces à protéger.

De multiples essais de corrosion

Enceinte de corrosion brouillard salin

Enceinte de corrosion brouillard salin neutre (NSS) ou atmosphère acétique ou cupro-acétique (ASS et CASS).

On est souvent amené à réaliser des essais de corrosion notamment sous atmosphères artificielles afin d’apprécier la tenue, le comportement de la pièce ou du système à tester. Il existe cependant une multitude de types d’essais ; des essais d’immersion, de condensation (continus ou alternés) ou de brouillard salin (continu, discontinu, neutre, acétique, cupro acétique). Ces essais peuvent également mêler des cycles alternés de brouillard salin, de condensation voire de séchage. Le contrôle des revêtements tel que l’aspect, la couleur, l’adhérence…, peuvent être également réalisés en cours ou en fin d’essais.

Mais lesquels essais choisir ? Tout cela dépend du produit à tester. Dans le meilleur des cas, ces détails sont fournis dans les spécifications produits correspondantes. Prenons l’exemple des structures en acier sur lesquelles peut être appliquée une peinture. En fonction de la catégorie de corrosivité pouvant aller de « très faible » à « très élevée » (zones de condensation permanente avec une pollution élevée) ou de la durabilité souhaitée, on peut ainsi être amené à réaliser soit un essai de condensation soit un essai au brouillard salin.

Les essais au brouillard salin neutre ou acétique

Acier zingué 10 µm après 168 heure de corrosion en test NSS

Acier zingué 10 µm après 168 heure de corrosion en test NSS.

Les essais au brouillard salin neutre (généralement 5% de NaCl), dits encore tests NSS (pour Neutral Salt Spray), sont particulièrement utiles pour détecter les discontinuités du type pores (cas d’un revêtement cathodique par rapport au substrat) ou d’autres défauts de certains revêtements métalliques, organiques, d’oxydes anodiques ou de couche de conversion. La durée d’essai imposée est variable mais peut atteindre 1 000 heures (ou davantage) pour les matériaux très résistants à la corrosion.

Les essais au brouillard salin acétique/cupro-acétique (dits tests ASS pour Acetic Acid Salt Spray et tests CASS pour Copper Accelerated Salt Spray) sont, pour leur part, particulièrement utilisés pour évaluer les revêtements décoratifs de cuivre + nickel + chrome ou nickel + chrome mais aussi les revêtements anodiques ou organiques sur les alliages d’aluminium.

Les conditions d’essais sont fixées par des normes (ASTM B117, DIN 50021 et ISO 9227) qui définissent la méthodologie et la procédure d’essais à suivre. La validité des résultats obtenus est conditionnée par le strict respect des prescriptions et notamment des contrôles à effectuer en cours d’essais (densité, pH et pluviométrie). Une vérification d’agressivité par l’intermédiaire de plaques test normalisées doit être également réalisée à une fréquence régulière.

Les méthodes au brouillard salin conviennent toutes pour vérifier que la qualité d’un matériau métallique, avec ou sans revêtement protecteur contre la corrosion, est maintenue.

Quantifier la dégradation suite à l’essai de corrosion

Test de quadrillage sur pièce après essai de corrosion au brouillard salin

Test de quadrillage (dit aussi test d’adhérence) sur pièce après essai de corrosion au brouillard salin.

A l’issue d’un essai de corrosion il peut être très intéressant de réaliser une cotation afin de quantifier l’étendue et la nature de la dégradation (cloquage, enrouillement, craquelage, écaillage…) et comparer si besoin plusieurs matériaux entre eux. On peut ainsi peser les pièces (avant et après essais de corrosion) car la corrosion – si elle est suffisamment importante – entraîne généralement une prise de poids. On peut également réaliser des examens micrographiques sur coupe pour déterminer la profondeur de la corrosion. Enfin, des images des surfaces corrodées à la fin des essais – et si besoin à intervalles réguliers pendant l’essai au brouillard salin – permettent d’illustrer les phénomènes de corrosion et leur évolution dans le temps.

Dans le cas de pièces présentant un revêtement organique (peinture ou vernis), l’essai de corrosion peut être complété par un test d’adhérence communément appelé essai de quadrillage. Cette méthode empirique permet d’évaluer la résistance du revêtement à être séparée de son substrat après incisions.

La connaissance des essais et des matériaux métalliques, un atout indéniable

La qualification de la tenue à la corrosion est souvent renouvelée lors d’une modification de la géométrie pièce, d’un changement d’alliage ou de modifications des conditions de fonctionnement (température, nature du milieu, vitesse du fluide agressif…). La connaissance des matériaux métalliques et de leurs procédés de transformation est clairement un atout pour interpréter correctement les résultats des essais de corrosion et pouvoir conseiller dans le choix du matériau ou du revêtement à retenir.

6 commentaires

  1. VIVIAN Lucie says

    Oui c’est vrai mais en tant que corrosioniste je conseille de connaître la chimie et d’avoir les différents diagrammes de Pourbaix de l’alliage concerné. Il renseigne d’avance comment prévenir de la corrosion. Beaucoup de personnes oublie cela. Le brouillard salin est un bon indicateur de corrosion mais il y a d’autres indices à ajouter pour consolider la prévention de la corrosion. Mais ceci est une autre histoire à raconter….😉👌👍.

    • Le métallonaute
      Le métallonaute says

      Bonjour Lucie,
      Merci de votre commentaire éclairée de corrosioniste. Effectivement, la connaissance des diagrammes de Pourbaix permet d’avoir une approche scientifique des phénomènes électrochimiques liès à la corrosion pour la prévenir. On peut utiliser également des ouvrage d’experts (le Vargel par exemple pour les alliages d’aluminium) qui compilent de manière assez exhaustive le REX de la tenue des métaux aux différents milieux (acide, basique, produits corrosifs, …).

  2. Il est parfois difficile de quantifier la dégradation engendrée par la corrosion, car elle peut se produire sur des zones difficiles à visualiser, voire invisibles (dans une gorge, un alésage…). Dans certains cas, à défaut de pouvoir visualiser et contrôler les défauts dus à la corrosion, la pièce est automatiquement remplacée, alors qu’elle est peut-être encore tout à fait conforme.
    Un excellent moyen de quantifier la dégradation et d’en faire une empreinte, grâce à des produits de moulage de haute précision spécialement développés pour cela. L’empreinte recopie les dimensions, l’état de surface et les formes avec une précision de l’ordre du micron.
    Je travaille dans le secteur aéronautique, c’est une technique qui intéressera vos lecteurs 🙂

    • Le métallonaute
      Le métallonaute says

      Bonjour Vincent
      Merci de votre commentaire et de votre rappel sur la technique de prise d’empreinte. Bien d’accord avec vous également sur le fait qu’une pièce corrodée ne doit pas être automatiquement remplacée. Il s’agit d’apprécier la profondeur de corrosion (par carottage, coupe dans une zone non critique, …, mesure par ultrasons) et d’estimer la vitesse de corrosion probable pour évaluer sa criticité.

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