Introduction

La corrosion est un processus naturel omniprésent. La plupart d’entre nous, pendant notre vie quotidienne, ont pu observer les effets de la corrosion sur des pièces en acier rouillé. La corrosion a un impact économique énorme. Environ un cinquième de la production annuelle d’acier mondial sert simplement à remplacer des pièces en acier endommagées par la corrosion. Même si elle augmente les coûts initiaux, une protection correcte et efficace contre la corrosion à la source permet d’économiser de l’argent et des ressources sur le long terme. Pour les fixations, c’est encore plus critique car la sécurité est là primordiale. Une défaillance due à la corrosion peut avoir des conséquences dramatiques.

Hilti est conscient de ses responsabilités et mène donc en laboratoire et sur le terrain des essais pour évaluer la résistance à la corrosion de ses produits. Certains essais à long terme ont commencé dans les années 1980 et sont toujours en cours aujourd’hui. Grâce à son centre de recherche interne et une étroite collaboration avec des universités et des laboratoires de renom, Hilti est en mesure d’offrir des solutions adaptées avec une protection contre la corrosion la plus approprié pour une large variété de conditions environnementales.

Les basiques de la corrosion

La corrosion est l’interaction physicochimique entre un métal est son environnement, ce qui entraîne des changements dans les propriétés du métal et qui peut conduire à une insuffisance fonctionnelle significative du métal, de l’environnement ou du système technique dont ils font partie (voir ISO 8044:2010).

Techniquement, nous parlons seulement de corrosion lorsqu’il y a une un changement dans les propriétés du métal ou du système qui peut conduire à un résultat indésirable. Cela peut aller tout simplement d’une déficience visuelle à la rupture complète d’un système, engendrant des pertes économiques importantes voire même un danger pour les personnes.

Avec les matériaux couramment utilisés dans l’ingénierie, tels que le carbone, l’acier inoxydable, le zinc, le cuivre et l’aluminium, le processus typique de la corrosion peut être considéré comme la réaction inverse à un gain de métal favorisé par la thermodynamique.

Réaction chimique du fer pendant les processus de corrosion et de gain de métal.

Le tableau ci-dessous donne un aperçu des revêtements de protection contre la corrosion utilisés pour les produits Hilti.

Revêtements de protection contre la corrosion utilisés pour les produits Hilti

1 - Corrosion et protection contre la corrosion de l’acier au carbone

L’acier non allié (par exemple acier doux ou acier au carbone) à partir duquel la majorité de nos fixations et nos systèmes de supportage sont fabriqués nécessite une protection contre la corrosion. Le taux de corrosion de l’acier au carbone (typiquement autour de 20 µm/a dans une atmosphère extérieure rurale et montant à plus de 100 µm/a dans les environnements côtiers) est généralement trop élevé pour permettre une utilisation sécuritaire sans protection contre la corrosion. La conception des produits ne peut pas prendre en compte un si haut taux de perte de matière. Hilti propose donc une large gamme de solutions de protection contre la corrosion appropriée pour les produits en acier au carbone.

Dans un environnement alcalin, cependant, le fer et l’acier restent généralement stables. Cela explique pourquoi, par exemple, des barres d’armature en acier au carbone sont déjà très bien protégées contre la corrosion dans l’environnement alcalin du béton autour.

Phosphatage:
L'acier est plongé dans une solution acide contenant des sels de phosphate métallique (Zn, Fe). La solution réagit avec la surface de l’acier formant une couche microcristalline de phosphates à la surface. Il en résulte une surface rugueuse avec d'excellentes propriétés de rétention d'huile.

L’huile appliquée pour la protection anticorrosion reste sur la surface et fournit une protection pendant le transport et augmente légèrement la protection générale contre la corrosion. Ces produits peuvent être utilisés uniquement dans des environnements intérieurs secs. Hilti utilise le phosphatage sur les vis pour plaques de plâtre.

Revêtements de zinc:
Le zinc est un excellent choix pour la protection contre la corrosion de l’acier au carbone. Plusieurs procédés appropriés sont disponibles pour l’application de couches de zinc sur les parties en acier depuis de petites vis jusqu’à des rails de supportage de plusieurs mètres de longueur. Le taux de corrosion du zinc est plus de dix fois inférieur à celle de l’acier, à environ 0,5 µm/a dans des atmosphères rurales / urbaines et montant jusqu’à environ 5 µm/a dans les environnements côtiers. Les taux de corrosion faibles sont le résultat de la formation de couches stables de produits de corrosion contenant des carbonates (à partir du CO2 de l’air) et de chlorures (si présents dans l’atmosphère). Des conditions dans lesquelles la formation de tels produits de corrosion insolubles n’est pas possible donneront des taux beaucoup plus élevés de corrosion et donc limiteront par conséquence la pertinence du zinc comme couche protectrice. Ceux-ci comprennent des conditions d’humidité permanente ou des concentrations élevées de polluants industriels tels que le dioxyde de souffre. Dans ces environnements, les produits de corrosion solubles se forment et ils peuvent être éliminés par lavage ou par la pluie. En plus d’une diminution des taux de corrosion, le zinc fournit également une protection cathodique ou sacrificielle de l’acier sous-jacent. Lorsque des rayures, des écailles ou de tout autre dommage au revêtement en zinc met à nu l’acier, une forme particulière de corrosion galvanique. Le zinc, qui est un métal moins noble que l’acier, se corrode préférentiellement, gardant ainsi la surface exposée de l’acier protégée. Des couches de zinc sont consommées de façon homogène au cours de la corrosion atmosphérique. En conséquence, dans une application donnée, multiplier par deux l’épaisseur du revêtement double également le temps jusqu’à l’apparition de rouille rouge sur le substrat d’acier.

Durée de vie de l’acier dans différents environnements

• Electro-zingage: Un courant électrique est passé au travers d’une solution aqueuse contenant des ions de zinc, ce qui conduit au dépôt du métal de zinc sur le substrat d'acier. Avant cette étape, les pièces subissent généralement un procédé de nettoyage et de décapage et de passivation après le dépôt de zinc. C’est un excellent moyen de protéger les petites pièces filetées en raison de la formation de revêtements homogènes et denses. Les spécifications variant habituellement de 5 à 15 µm. En raison des limitations de l’épaisseur des couches réalisables, des pièces électro-zinguées sans autre protection contre la corrosion ne doivent être utilisées que dans des conditions intérieures sèches. En utilisant l’électroplacage, il est également possible de déposer des alliages de zinc, tels que des revêtements ZnNi. L’électro-zingage peut également conduire à l’absorption de l’hydrogène. Les fixations à haute résistance Hilti tels que des clous pour la fixation directe sont donc cuites après galvanisation (conservés à des températures d’environ 180 ° C pendant 24 h) pour éliminer l’hydrogène et ainsi garantir un produit fiable.

• Galvanisation à chaud: Pendant ce processus, les pièces en acier sont plongées dans un bain de zinc en fusion. De grandes parties avec une longueur de plusieurs mètres peuvent être revêtues en utilisant cette technique. Les petites pièces comme les boulons et les chevilles sont centrifugés après galvanisation à chaud pour éliminer l’excès de zinc sur les filets. L’épaisseur typique est comprise entre 35 et 100 microns, en fonction de l’épaisseur du matériau et la composition de l’acier. La durée d’immersion est généralement de plusieurs minutes. Le zinc fondu réagit avec le substrat en formant une couche d’alliage ZnFe avec une couche plus mince sur le dessus de zinc pur. Les produits avec une galvanisation à chaud peuvent avoir un aspect brunâtre dû au fer dans la couche de zinc. Cependant, ce n’est pas nécessairement un signe de corrosion du substrat de l’acier.

• Galvanisation à chaud en continue / galvanisation Sendzimir: Pendant ce processus, des bobines de tôle sont déroulées continuellement dans un bain de zinc en fusion après que la surface ait été nettoyée et soumise à un traitement thermique de recuit. Le bain de zinc contient de petites quantités d’aluminium. Celuici réagit avec la surface de l’acier pour former une couche dite d’inhibition d’une épaisseur de quelques nanomètres, ce qui empêche la phase de formation de ZnFe. La couche est constituée principalement de zinc pur. L’épaisseur est comprise entre 10 et 70 microns sur les deux côtés et elle est contrôlée en éliminant l’excès de zinc avec un jet d’air. En dehors du zinc pur, des revêtements en alliage de zinc (comme par exemple ZnAl ou ZnAlMg) peuvent être produits par galvanisation par immersion continue. Les couches sont autour de 2-4% d’aluminium et de magnésium et montrent une augmentation de la protection contre la corrosion, qui est environ deux fois plus élevée que celle d’une couche de zinc avec le même poids de revêtement.

• Shérardisation / diffusion thermique: La shérardisation est un procédé de revêtement de zinc utilisant une méthode de diffusion thermique. Les pièces en acier sont placées dans un tambour contenant de la poudre de zinc et ensuite chauffé à des températures supérieures à 320 ° C. Le zinc n’est pas liquide et forme des couches par diffusion thermique de la poudre de zinc dans les pièces en acier. L’épaisseur de la couche est réalisable jusqu’à 45 microns. Ces revêtements sont principalement constitués d’un alliage de ZnFe qui offre une très bonne protection contre la corrosion, et qui peut être comparé à la galvanisation à chaud. Même sur les pièces avec un filetage complexe, ce processus produit des couches solides et uniformes.

Revêtement multicouches:
Lorsque la protection contre la corrosion fournie par la couche métallique est insuffisante, les pièces peuvent être protégés par des revêtements supplémentaires, principalement de la peinture organique avec ou sans paillettes métalliques. Un exemple est le revêtement multicouche sur des fixations constituées d’un revêtement d’alliage de Zn électrolytique avec une couche de finition organique supplémentaire.

2 - Comportement à la corrosion de l’acier inoxydable

L’acier allié avec au moins de 10% de chrome est appelé acier inoxydable. L’ajout de chrome provoque la formation d’une très mince (quelques nanomètres) couche d’oxyde (couche de passivation) stable, sur la surface. L’acier inoxydable ne corrode donc pas aussi facilement que l’acier carbone et il ne tache pas lorsqu’il est en contact avec de l’eau.

Cependant, dans certaines circonstances, la couche de passivation peut se décomposer causant une attaque locale telle que la corrosion par piqûres. La corrosion par piqûres, est la forme prédominante de corrosion de l’acier inoxydable, et elle ne permet pas de prédire la durée de vie comme cela est possible avec des revêtements de zinc. En général, pour une application donnée, une catégorie d’acier inoxydable stable, sans signe de corrosion doit être choisie.

L’acier inoxydable austénitique peut être enclin à cette forme de corrosion dans des environnements spécifiques très agressifs, comme dans les piscines intérieures. Dans de tels cas, des nuances d’acier inoxydable à haute résistance à la corrosion doivent être utilisées, par exemple des nuances avec teneur en molybdène supérieure à 6%.

Classes d’acier inoxydable:
Il existe différentes qualités d’acier inoxydable avec différents niveaux de stabilité. La nuance la plus courante est un alliage avec environ 18% de Cr et 10% de Ni (voir figure 32). L’augmentation ou la réduction de la quantité d’éléments spécifiques dans l’acier modifie ses propriétés de résistance à la corrosion, ses propriétés mécaniques ou autres propriétés de traitement telles que la soudabilité. Si la teneur en nickel est réduite de manière significative, on ne parlera plus d’alliage purement austénitique, mais de phases austénitiques et ferritiques combinées (acier inoxydable duplex).  

Comment sélectionner un système de fixation ou de supportage approprié

Hilti propose un large choix des fixations et des systèmes de supportage avec des matériaux appropriés et économiques. Cependant, les différents comportements et la complexité des facteurs qui influent sur la corrosion, ainsi que le nombre important de normes et de directives nationales et internationales applicables au domaine de la corrosion peuvent présenter un défi lorsqu’il s’agit à faire le bon choix des matériaux pour une application donnée.

Dans le but de donner un premier aperçu de la performance des différents produits, nos tableaux montrent la pertinence et également le cas échéant, la durée de vie des produits dans certains environnements typiques.

Le tableau si-desous détails les conditions environnementales données dans les tableaux suivants. Les catégories de corrosion et les classes de résistance à la corrosion sont également répertoriées.

Choisir la bonne protection contre la corrosion pour les chevilles, clous et vis
Pour qu’une fixation soit parfaitement satisfaisante et fiable pendant toute sa durée de vie, tous les paramètres influençant doivent être identifés avant de pouvoir choisir la fixation. Le tableau suivant fournit une recommandation générale pour les applications de fixation les plus fréquentes. La protection contre la corrosion pour chaque fixation est basée sur les catégories environnementales typiques.