Etude par émission acoustique associée aux méthodes électrochimiques de la corrosion et de la protection de l'alliage cuivre-zinc (60/40) en milieux neutre et alcalin

par Badr Assouli

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Hassane Idrissi Chbihi Hamzaoui et de Abdellah Srhiri.

Soutenue en 2002

à Lyon, INSA en cotutelle avec l'Université Ibn Toafail, Kénitra-Maroc , en partenariat avec LPCI - Laboratoire de Physico-Chimie Industrielle (Lyon, INSA) (laboratoire) .

mots clés

• Alliages cuivre-zinc
• Corrosion électrochimique

Résumé

Le cuivre et ses alliages connaissent de nombreuses applications industrielles et plus particulièrement les alliages cuivre-zinc utilisés dans les industries chimiques, les centrales thermiques et nucléaires. Compte tenu des conditions d'emploi de ces alliages et des risques de rupture de leurs structures, le contrôle et la surveillance de ces structures, nous ont apparu nécessaires. Pour ces raisons, l'utilisation de l'émission acoustique comme méthode d'étude et de contrôle s'est avérée d'un grand intérêt. En effet, elle est capable de localiser et de caractériser différents types d'endommagements des installations sur sites industriels, L'objectif de ce travail est d'étudier et de caractériser, par des méthodes électrochimiques associées à l'émission acoustique, la corrosion et la protection de l'alliage cuivre-zinc (60/40) de structure métallographique α, β’. Les mesures électrochimiques, en milieu neutre chloruré et alcalin ont permis, d'étudier le comportement à la corrosion du cuivre-zinc et de montrer que la corrosion de cet alliage, dans les milieux utilisés, est régie par un mécanise diffusionnel. Les observations aux microscopes optique et électronique à balayage ainsi que les analyses EDX, ont confirmé que cette corrosion est liée principalement à la dissolution sélective de la phase β’. L'émission acoustique a montré, lors de cette corrosion, la présence de deux sources émissives dont l'origine a été attribuée à la relaxation des micro et des macro-contraintes résiduelles de la phase α. Ces contraintes ont été caractérisées par diffraction des rayons-X et les salves émises lors de la relaxation de ces contraintes, ont été discriminées par leurs fréquences caractéristiques et, par le barycentre de leur densité spectrale. La protection de cet alliage a été réalisée par 2- mercaptobenzimidazole (MBI). Ce dernier a été testé, à la fois en tant qu'inhibiteur ajouté directement dans le milieu corrosif (MBI) et/ou comme film polymère déposé préalablement par voie électrochimique (p-MBI). Le MBI montre une très bonne efficacité d'inhibition en milieu alcalin chloruré. Il s'agit d'un inhibiteur d'interphase. Quant au p-MBI, il s'avère aussi efficace en milieu neutre chloruré et présente, en plus, un caractère non polluant pour l'environnement. L'utilisation de l'EA là encore a permis de vérifier et de comparer le pouvoir protecteur du MBI et du p-MBI.

Résumé

Copper and its alloys (Brass) represent an important type of material that meet the requirements of many industrial applications in chemical industry, power and nuclear stations. Like most metallic materials, brass alloys suffer from corrosion, especially selective corrosion. Taking into account the conditions of use of these alloys, and risks of rupture of their structures, the control and the monitoring of these structures appeared necessary to us. For these reasons, the acoustical emission was used. In this work, acoustic emission (AE) associated with electrochemical measurements (electrochemical impedance spectroscopy and polarization curves) are used to study the selective corrosion of α, β’ -brass in basic and neutral chloride solution with and without inhibitor. The acoustic emission (AE) reveals, in this work, three different populations of events during the corrosion of this alloy. The corrosion process was found to proceed via oxygen reduction following a diffusion-controlled mechanism and a selective dissolution of α, β’-brass was controlled by the zinc atoms diffusion through oxide film. The analysis by X -ray diffraction of residual stresses, before and after corrosion, showed that the dezincification of metal produces two types of residual stresses: macro and micro-stresses. Their evolution correlates perfectly with the measured acoustic activity. These stresses are then the sources of acoustic emission. This shows the important potential of acoustic emission in the detection and the control of selective corrosion phenomena. 2-mercaptobenzimidazole (MBI) was used to protect brass against corrosion. The most important effect of MBI was to reduce the corrosion of copper and brass under immersed conditions in aqueous media. It has been tested as inhibitor directly added to the corrosive media (MBI) and / or a polymeric film previously deposited by electrochemical means (p-MBI). The presence of inhibitor reduces the acoustic activity and corrosion current density of about 99% in ammoniacal solution. This shows, on one band, the effectiveness of the inhibitor used and, on other band, the important potential of acoustic emission in the detection and the control of selective corrosion phenomena. As for the p-MBI, it was also effective in neutral chloride solution and presents moreover, a non polluting nature for the environment.