Mise en oeuvre de nano-réservoirs anti-corrosion dans des procédés de traitement de surface

Implementation of anti-corrosion nano-containers in the processes of surface treatment

• Auteur / Autrice : Ioannis Gergianakis
• Direction : Patrice Bacchin, Yannick Hallez, Martine Meireles
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et de l'environnement
• Date : Soutenance le 24/03/2016
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie chimique (Toulouse ; 1992-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoparticules

Colloïdes

Mots clés libres

Suspensions colloïdales

Boehmite

Modélisation de l'écoulement

Nano-reservoirs

Séchage de films minces

Adsorption

Cérium

Colloidal suspensions

Boehmite

Flow modeling

Nano-containers

Film drying

Adsorption

Cerium

Résumé

L'utilisation de chrome hexavalent comme inhibiteur de corrosion dans les revêtements protecteurs de pièces métalliques sera bientôt interdit car cet élément est considéré comme cancérigène et mutagène. L'une des stratégies proposées pour remédier à ce problème est l'incorporation de nano-réservoirs contenant des inhibiteurs de corrosion, autres que le chrome, dans une matrice de revêtement. L'approche utilisée dans ce travail est basée sur la physisorption de l'inhibiteur de corrosion sur des nano-particules chargées. C'est une approche électrochimique où un sel, l'inhibiteur de corrosion, est adsorbé sur la surface des nano-particules chargées. Après l'incorporation de nano-réservoirs chargés dans la matrice de revêtement et le dépôt du film sur le substrat, la morphologie finale, et donc l'homogénéité, du film dépend de plusieurs paramètres tels que la vitesse d'évaporation du film et les interactions entre particules. Par conséquent, il faut s'assurer que les nano-réservoirs sont dispersés de manière homogène à l'intérieur du revêtement ou être en mesure de prédire où les inhomogénéités vont se développer. Ainsi, le premier objectif de ce travail est de développer une stratégie de modélisation pour étudier l'écoulement de suspensions contenant des nano-particules dans des solutions électrolytiques. Les interactions prises en compte ici sont d'origine hydrodynamique, thermique et électrostatique. Nous montrons que dans le cas du séchage d'un film contenant des nano-particules, les interactions pertinentes sont celles d'origine thermique et électrostatique seulement. Sur la base de ce résultat, l'exemple d'un micro-évaporateur est présenté dans lequel des expériences numériques du séchage d'une suspension de nano-particules avec différentes charges de surface ont été réalisées. Sachant que les interactions entre particules sont influencées surtout par la charge et la concentration de l'électrolyte dans la suspension, il existe une réelle motivation pour étudier ces interactions dans les systèmes de nano-particules synthétisées en vue de la conception de nano-réservoirs. Par conséquent, le deuxième objectif de ce travail est de synthétiser des nano-réservoirs de boehmite, d'étudier leur stabilité dans une gamme de concentration d'inhibiteur de corrosion, et finalement de valider ce type de nano-réservoirs pour des applications de revêtements anti-corrosion.

The use of hexavalent Chromium as a corrosion inhibitor in protective coat-ings of metal parts will soon be prohibited because this element is consideredcarcinogenic and mutagenic. One of the strategies suggested to overcomethis problem is the incorporation of nano-containers containing corrosion in-hibitors, other than Chromium, inside a coating matrix. The nano-containersapproach used in this work is based on the physisorption of the corrosioninhibitor on charged nano-particles. It is an electrochemical approach wherea salt, the corrosion inhibitor, is adsorbed on the surface of the charged nano-particles. After the incorporation of the charged nano-containers in the coat-ing matrix and the deposition of the film on the substrate, the final morphol-ogy and therefore the homogeneity of the film will depend on several pa-rameters such as the evaporation rate and the interactions between particles.Consequently, one has to insure that the nano-containers are homogeneouslydispersed inside the coating matrix after the deposition, or be able to predictwhere inhomogeneities will develop. Hence, the first aim of this work is todevelop a modeling strategy to study the flow of suspensions containing in-teracting nano-particles in electrolyte solutions. The interactions taken intoaccount here are of hydrodynamic, thermal, and electrostatic origin and itis argued that in the application of film drying of nano-particles the interac-tions relevant are those of thermal and electrostatic origin only. Based onthis idea, the simulation of the drying of a suspension with nano-particles ofdifferent charges has been realized in a micro-evaporator. Considering thatparticle interactions are influenced by the charge and the electrolyte con-centration of the suspension, there is a clear motivation to study these in-teractions in a synthesized system of nano-particles, candidate in the designof nano-containers. Therefore, the second aim of this work is to synthe-size boehmite nano-containers, study their stability in a range of corrosioninhibitor concentration, and finally qualify them as candidates for the appli-cation of anti-corrosion coatings.