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RÉSUMÉ
L’utilisation du chrome hexavalent étant maintenant fortement réglementée, les chercheurs et les industriels se sont tournés vers de nouvelles voies d’obtention de revêtements anticorrosion sur substrats métalliques. La formation de films par voie sol-gel permet de réaliser, à partir de précurseurs moléculaires en solution, des réseaux d’oxydes à température modérée par une succession de réactions d’hydrolyse-condensation.
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François-Xavier PERRIN : Ingénieur de l’École nationale supérieure de synthèses de procédés et d’ingénierie chimiques d’Aix-Marseille (ENSSPICAM) - Maître de conférences au Laboratoire matériaux à finalités spécifiques (MFS) de l’université du Sud Toulon-Var
INTRODUCTION
L’utilisation du chrome hexavalent étant maintenant fortement réglementée, les chercheurs et les industriels se sont tournés vers de nouvelles voies d’obtention de revêtements anticorrosion sur substrats métalliques.
La formation de films par voie sol-gel permet de réaliser, à partir de précurseurs moléculaires en solution, des réseaux d’oxydes à température modérée par une succession de réactions d’hydrolyse-condensation.
C’est ce procédé qui est présenté dans ce dossier.
Le lecteur intéressé par le développement de nouvelles technologies de traitements de surface sans chromatation pourra aussi consulter le dossier du même auteur : , Revêtement anticorrosion obtenu par polymérisation électrochimique paru dans cette base documentaire.
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Réactivité alcoxyde de silicium/alcoxyde des métaux de transition
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1. Chimie du procédé sol-gel
Le procédé sol-gel est une méthode dite de « chimie douce » permettant d’obtenir des céramiques par simple polymérisation de précurseurs moléculaires en solution [14] [15]. Ces précurseurs peuvent être des sels inorganiques (Al(NO3)3, par exemple), mais sont le plus souvent des alcoxydes de métaux de transition ou de silicium de formule générale M(OR)4 avec M = Si, Ti, Zr…
La formation d’un réseau d’oxydes à partir d’alcoxydes implique des réactions d’hydrolyse et de condensation décrites dans la figure 1.
Les réactions de condensation conduisent à la formation soit de pont oxo par départ de molécule d’alcool (alcoxolation) ou d’eau (oxolation), soit de pont hydroxy (olation) lorsque la coordinence maximale N du métal n’est pas satisfaite dans l’alcoxyde (N > z, degré d’oxydation du métal). La contribution de chacune de ces réactions à la formation du réseau d’oxydes dépend à la fois de paramètres internes (nature des atomes métalliques et des groupements alkyles, structure du précurseur) et externes (rapport eau/alcoxyde, catalyse, solvant, température). L’influence de chacun de ces paramètres a été abondamment décrite dans la littérature [1] [2].
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Chimie du procédé sol-gel
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LIVAGE (J.), HENRY (M.), SANCHEZ (C.) - * - Progress in Solid State Chemistry. 18, p. 259 (1988).
-
(2) - BRADLEY (D.C.) - Metal alkoxides - . Academic Press, New York (1978).
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(3) - BRINKER (C.J.), FRYE (G.C.), HURD (A.J.), WARD (KJ.), BEIN (T.) - * - Proceedings of IVth International Conference on Ultrastructure Processing of Glasses, Ceramics and Composites (édts, DR Uhlmann, DR Ulrich), Wiley, New York (1990).
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(4) - FEDRIZZI (L.), RODRIGUEZ (F.J.), ROSSI (S.), DEFLORIAN (F.), DI MAGGIO (R.) - * - Electrochimica Acta, 46, p. 3715 (2001).
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(5) - LI (H.), LIANG (K.), MEI (L.), GU (SH.), WANG (SH.) - * - Materials Letters, 51, p. 320 (2001).
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(6) - ATIK (M.), DE LIMA NETO (M.), AVACA (L.A.), AEGERTER (M.A.) - * - Ceramics International, 21, p. 403 (1995).
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...
ANNEXES
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* - [Brev2] UENO SHNKICHI, DANIEL DON JAYASEELAN, OJI TATSUKI, KANZAKI SHUZO (Nat. Inst. of Adv. Ind. and Technol.). – Rare earth silicate high temperature steam corrosion preventing coating film and method of manufacturing the same. JP2004299948, JP, (28 oct. 2004).
* - [Brev3] STELLWAG (B.) VAZ (P.). – Process for reducing the corrosion of a component of a nuclear facility and component of a nuclear facility. US2005069078, All (31 mars 2005).
* - [Brev4] ARAI YUKO, MABUCHI KATSUMO, SHIMAKAGE KAZUNOBU (Hitachi Ltd). – Chromium free surface treatment method for imparting corrosion resistance of steel or galvanized steel and surface treatment solution therefore. JP2003082471, JP (19 mars 2003).
* - [Brev5] BELING (S.), KLUEMPER-WESTKAMP (H.), KAUFMANN (C.), GOTTFRIED (K.) (IWT Stiftung Inst. Fuer. Werksto.). – Process for structuring thin layers used for corrosion protection layers comprises applying a thin film as sol t substrate, hardening, removing hardened film, and converting into the required solid body state by introducing energy. DE10019822, All (25 oct. 2001).
* - [Brev6] TURNER (CARL W.), PLOC (R.A.) (Atomic Energy of Canada Ltd). – A process to produce a zirconia based sol-gel coating for the reduction of corrosion and hydrogen absorption in zirconium alloys. WO9620132, Can (04 juill. 1996).
* - [Brev7] SCHMIDT (H.), MENNIG (M.) (Inst. Neue Mat Gemein Gmbh). – Coating lead crystal to reduce lead loss during corrosion-by sol-gel method involving hydrolysing and condensing compounds of silicon, aluminium, titanium or zirconium. DE4117041, All (26 nov. 1992).
* - [Brev8] FISCH (A.), DEBILLEMONT (P.) (Allstars Sah). – Process and compositions...
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