Revêtements hybrides architecturés élaborés par voie sol-gel pour la protection anticorrosion et anti-usure de l'acier DC04

par Claire Lavollée

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Marie Gressier et de Marie-Joëlle Menu.


  • Résumé

    Ces travaux de thèse portent sur le développement d'un revêtement multifonctionnel issu de la voie sol-gel pour la protection anticorrosion et anti-usure de pièces de pompes. Le matériau d'étude est un acier laminé non allié DC04, très sensible à la corrosion et de topographie irrégulière. Il a été démontré la faisabilité du développement d'un revêtement hybride architecturé nanocomposite, densifié en extrême surface et élaboré par voie sol-gel sur l'acier DC04. L'architecture est basée sur un gradient de concentration de couches hybrides non chargées et chargées de nanoparticules de zircone. La bicouche primaire, qui est non chargée et d'une épaisseur de 5 microns, est adhérente, couvrante, nivelante et présente de très bonnes propriétés anticorrosion, jusqu'à 1000 heures lors de l'immersion dans l'eau de ville à 60°C. L'introduction de nanoparticules de zircone dans le sol hybride permet d'obtenir une couche supérieure plus épaisse de l'ordre d'une dizaine de microns dont la surface a été densifiée par traitement laser. Les systèmes architecturés ont été caractérisés par une méthode innovante qui combine les tests d'usure Taber, les observations microstructurales et la spectroscopie d'impédance électrochimique. Des analyses spectroscopiques par RMN des noyaux 13C, 29Si et 27Al ont mis en évidence l'importance de contrôler les réactions de polymérisation inorganique et organique pour l'obtention de revêtements performants en anticorrosion. La modification de la structure de la matrice hybride organique- inorganique permettant l'insertion d'une plus grande quantité de cérium sans détériorer les propriétés anticorrosion du revêtement.

  • Titre traduit

    Architectured hybrid sol-gel coatings for corrosion and wear protection of DC04 carbon steel


  • Résumé

    This thesis focuses on the development of a multifunctional sol-gel coating for corrosion and wear protection of pump parts. The studied material is a DC04 laminated carbon steel, very sensitive to corrosion and with an uneven topography. Feasibility of the development of an architectured hybrid coating, densified on the extreme surface and prepared by the sol-gel route on the DC04 steel has been demonstrated. The architecture is based on a gradient of concentration of zirconia nanoparticles imbedded in an aluminosilicated hybrid matrix. The resulting bilayered primer in the range 5-6 microns is adherent, covering, leveling and presents high-performance anticorrosion properties, up to 1000 hours when immersed in tap water at 60 ° C. The introduction of zirconia nanoparticles in the hybrid sol allows to obtain a thicker upper layer, in the range 8-10 microns, which surface has been densified by laser treatment for few nm in deep. Architectured systems were assessed by an innovative method which combines Taber wear tests, microstructural observations and analysis by electrochemical impedance spectroscopy. 13C, 29Si and 27Al NMR spectroscopies have highlighted the importance of controlling both the organic and inorganic polymerisation reactions to obtain efficient anticorrosion coatings. Moreover, these results demonstrate that the modification of the organic-inorganic hybrid matrix structure allows the introduction of a higher amount of cerium, as corrosion inhibitor, without damage for the anticorrosive properties of the coating.


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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2015 par Université Paul Sabatier [diffusion/distribution] à Toulouse

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  • Sous le titre : Revêtements hybrides architecturés élaborés par voie sol-gel pour la protection anticorrosion et anti-usure de l'acier DC04
  • Détails : 1 vol. (163 p.)
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