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Acier anodisé : procédé, avantages et applications

Auteur : Yaozu Deng
Publié le: 2024-09-14

« L'acier anodisé offre une couche protectrice solide qui résiste à la corrosion tout en conservant son aspect élégant. C'est la solution parfaite pour combiner durabilité et aspect soigné. »

Les métaux sont réputés pour leur résistance et leur aspect brillant. Ils peuvent donc être utilisés de diverses manières. Cependant, aussi résistants soient-ils, leurs surfaces sont sujettes à la corrosion. Pour surmonter ce problème, les métaux sont généralement recouverts d'une couche d'oxyde grâce à un processus appelé anodisation. 

L'anodisation est généralement réalisée sur des métaux non ferreux comme l'aluminium. Cependant, la question se pose : les métaux ferreux comme l'acier peuvent-ils être anodisés ? La réponse est affirmative. Cet article se concentre sur l'anodisation de l'acier et examine pourquoi cette méthode n'est pas utilisée dans les industries comme elle devrait l'être.

 

Qu’est-ce que le métal anodisé et pourquoi est-il important ?

L'anodisation des métaux est un procédé électrochimique qui forme une fine couche d'oxyde à la surface des métaux, dont l'épaisseur peut être comprise entre 8 et 30 micromètres. Cette couche a une double fonction : elle agit par exemple comme un bouclier contre l'usure et la rouille et permet l'incorporation de couleurs qui améliorent l'apparence du métal. L'anodisation se fait dans une cellule électrolytique. La solution est généralement acide ; on utilise généralement une solution d'acide sulfurique, oxalique ou chromique. Dans cette configuration, le métal à anodiser est l'anode, tandis que la cathode est souvent le même matériau ou, dans de nombreux cas, l'aluminium. 

Dans ce circuit, le métal de l'anode se dissout lorsqu'un courant électrique traverse le circuit, formant une couche d'oxyde à la surface du métal. Pour obtenir les meilleurs résultats, le processus doit être supervisé et contrôlé pour plusieurs paramètres, notamment la température, la tension et le courant. 

L'anodisation est généralement utilisée pour des types spécifiques d'alliages d'acier. Cependant, elle peut également être utilisée sur d'autres métaux, notamment le titane et le magnésium, bien que les conditions pour ce dernier soient différentes. 

 

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Qu'est-ce que l'acier anodisé ? 

L'acier anodisé est un acier soumis à un processus chimique pour créer une couche d'oxyde à sa surface. Cette couche améliore principalement la protection contre la corrosion et ajoute une valeur esthétique au matériau. 

Acier anodisé

La processus d'anodisation Le traitement électrolytique est utilisé à l'origine sur des pièces en aluminium. Il s'agit d'un procédé électrolytique dans lequel une couche d'oxyde d'aluminium se forme sur la surface de l'aluminium par réaction avec de l'acide sulfurique. Il est important de noter ici que cette couche d'oxyde n'est pas seulement une couche qui se forme sur la surface de l'aluminium, mais qu'elle est formée à partir de l'aluminium lui-même. Dans le cas de l'acier anodisé, la couche d'oxyde protectrice se forme différemment.  

 

Qu’est-ce qui différencie l’acier anodisé de l’aluminium anodisé ?

L'acier n'est pas un métal pur, mais un alliage de fer et de carbone avec d'autres éléments en petites proportions. Différentes quantités de carbone produisent différents types d'acier. Le type le plus populaire est l'acier inoxydable, qui combine du nickel, du chrome, du fer et un peu de carbone (environ 0.08 %). Les autres types sont l'acier rapide, l'acier à outils, l'acier doux et l'acier au carbone. 

L'acier anodisé ressemble à aluminium anodisé, mais le fer dans l'acier modifie le processus d'anodisation. En général, l'anodisation se fait dans un bain acide pour former une couche d'oxyde, mais ici, avec l'acier, l'oxyde est créé sous forme d'oxyde ferrique ou Fe2O3, connu sous le nom de rouille. La rouille ne protège pas contre la corrosion ; au contraire, elle augmente la vitesse à laquelle un matériau se corrode. 

L'acier est anodisé différemment en utilisant d'autres métaux, comme le zinc ou l'aluminium, pour éviter la rouille. La méthode implique également un processus électrolytique, mais la rouille ne peut pas se former sur la surface de l'acier ; une autre couche de métal est appliquée sur la surface de l'acier. 

 

Acier anodisé : formation de corrosion galvanique

La corrosion galvanique peut se produire lors de l'anodisation de l'acier par bain électrolytique. Dans ce processus, la surface de l'acier est recouverte d'une couche d'aluminium créée par une réaction chimique. Néanmoins, les deux métaux appartiennent à des séries électrochimiques différentes, ce qui crée une réaction galvanique. 

La vitesse à laquelle la corrosion se forme dépend de la surface de contact de l'acier, de l'aluminium ou de tout autre métal utilisé. De plus, il est important de noter que l'augmentation des surfaces de contact entraîne également une augmentation de la vitesse de corrosion. Cette corrosion empêche le développement de liaisons métallurgiques entre l'acier et la couche d'oxyde d'un autre métal. C'est pourquoi l'acier inoxydable est utilisé dans l'anodisation de l'aluminium ; il est simple de former une connexion stable.  

 

Procédé d'anodisation de l'acier

 

Procédé d'anodisation de l'acier

L'utilisation de réactifs agressifs tels que l'anodisation de l'acier et la soude caustique (NaOH) est indispensable. L'anodisation vise à former un film anodique à la surface du métal pour augmenter sa capacité à la corrosion. Parmi les revêtements les plus utilisés sur l'acier, on peut citer les revêtements à base de soude caustique ou de soude caustique (KOH). 

Les paramètres critiques doivent être gérés tout au long du processus d'anodisation pour obtenir le meilleur résultat. Certains paramètres du processus sont sensibles et doivent être contrôlés efficacement pour améliorer le processus d'anodisation et les revêtements formés, comme indiqué ci-dessous : 

  • Concentration et composition de la solution acide 
  • Concentration et composition de la solution acide 
  • Délai de mise en œuvre du traitement
  • Tension appliquée 
  • Température de la solution 
  • Prétraitement de l'acier 

Étapes pour anodiser l'acier

  • Préparation : Tout d’abord, lavez l’acier avec de l’eau déionisée pour éliminer tous les contaminants présents à la surface de l’acier. 
  • Submersion: Faire tremper l’acier dans une solution de NaOH ou de KOH avec une concentration de 50 %. 
  • Installation : Soudez la pièce en acier à la borne positive (anode) d'une alimentation électrique. La contre-électrode, qui peut être en acier, en platine ou en nickel, est un autre composant essentiel de la cellule. 
  • Entretien des solutions : Maintenez la température de la solution constante et remuez l'électrolyte de manière appropriée avec un agitateur magnétique. 
  • Processus électrolytique : Prenez un fil avec un noyau métallique, plongez-le dans la solution électrolytique, puis connectez les deux extrémités du fil à une batterie. Cela créera un film passif sur la partie extérieure de l'acier, améliorant sa protection.

L'épaisseur du revêtement anodique dépend de la concentration de la solution acide dans laquelle l'acier est immergé et du temps nécessaire pour le faire. En règle générale, plus le temps d'immersion est long, plus le film obtenu est épais et résistant. 

Lors de l'anodisation de l'acier, un revêtement de magnétite (Fe3O4) se forme à la surface de l'acier. Bien que ce revêtement soit chimiquement similaire à la rouille, il offre une protection décente au métal de base. La surface nouvellement anodisée est de différentes couleurs selon l'angle sous lequel elle est observée ; c'est l'une des caractéristiques de ce processus. Cet effet visuel est la raison pour laquelle l'acier anodisé est appliqué à des produits tels que des ustensiles, dont l'apparence est un aspect critique du produit. Des tensions et des températures plus élevées peuvent améliorer le taux de formation de la couche anodique, mais ces facteurs doivent être maîtrisés pour rendre le processus rentable.

 

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Avantages de l'acier anodisé

L'acier est anodisé dans un atelier d'usinage pour générer sa surface anodisée. Cependant, l'anodisation n'est pas seulement un traitement de surface : elle présente plusieurs autres avantages importants.  

Résistance à la corrosion 

L'anodisation crée une couche sur l'acier qui va le protéger de la corrosion provoquée par l'humidité. Elle forme une couche de magnétite, un oxyde noir, mais la présence de fer lui donne une couleur arc-en-ciel. Ce film de magnétite joue le rôle d'une couche passivante, qui renforce la capacité de l'acier à résister à la rouille et à la corrosion. 

Durabilité accrue 

L'application d'un revêtement d'oxyde sur l'acier est préjudiciable à l'amélioration de sa durée de vie. La couche de magnétite produite lors de l'anodisation est beaucoup plus résistante à l'usure que l'acier non traité. Cela rend l'acier anodisé moins sujet aux rayures et aux éraflures causées par des matériaux plus complexes, prolongeant ainsi la durée de vie de la pièce. 

Meilleure résistance à l'abrasion 

L'abrasion peut être décrite comme l'usure d'une surface métallique par frottement contre une autre surface. L'acier anodisé a une surface rugueuse, ce qui facilite l'absorption des colorants, créant ainsi une surface plus robuste et résistante à l'usure. Cela permet à la couche anodisée ou à toute peinture placée dessus d'être très résistante à l'usure de la surface.

 

Méthodes alternatives pour améliorer les propriétés de l'acier

L'acier est utilisé dans de nombreux secteurs, notamment la construction, la fabrication, les infrastructures et les transports. En raison de sa flexibilité, l'acier subit plusieurs traitements requis par différentes industries. Cependant, d'autres techniques, outre anodisation à couche dure, peut améliorer considérablement les propriétés de l'acier. 

Passivation 

Passivation en acier inoxydable

 

Traitement de passivation de la surface de l'acier pour augmenter sa résistance à la corrosion et à l'oxydation. Alors que l'anodisation crée une couche d'oxyde grâce au processus d'anodisation, la passivation utilise des acides tels que l'acide nitrique ou des acides organiques pour dissoudre le fer libre à la surface de l'acier. L'élimination du fer forme une couche d'oxyde qui protège le métal de base de l'environnement, réduisant ainsi la rouille. 

Électropolissage 

Électropolissage de l'acier inoxydable

L'électropolissage est un procédé électrochimique qui permet de finir la surface de l'acier. C'est le processus inverse de la galvanoplastie. La passivation est effectuée pour former une couche passive à la surface de l'acier. En revanche, l'électropolissage enlève une fine couche de matériau de la surface de l'acier et lui donne un aspect brillant. Le procédé nécessite la connexion de l'acier à l'anode d'une source de courant continu et l'immersion dans une solution électrolytique pour les acides phosphorique et sulfurique. Lorsque le courant traverse la solution, les ions fer sont oxydés et dissous, et le polissage de l'acier au niveau submicroscopique se produit. 

Comparaison de l'alodine, de l'anodisation et du revêtement en poudre

Voici un tableau comparant l'alodine, l'anodisation et le revêtement en poudre. (Pour des informations plus détaillées, veuillez consulter notre guide détaillé sur alodine vs anodisation).

Paramètre Alodine Anodisation Revêtement poudre
Résistance à la corrosion Modérée; protection temporaire Haute résistance à la corrosion, idéal pour une utilisation en extérieur Excellent ; utilisation extérieure à long terme
Dureté de la surface Amélioration minimale Augmentation significative; résistant à l'usure Amélioré ; durable contre l'usure
Options de couleur Limité (clair ou doré) Limité en raison de la translucidité naturelle Finitions étendues et personnalisables
Résistance chimique Faible; sujet aux attaques chimiques Faible ; ne convient pas aux produits chimiques solides Bon; résiste à la plupart des produits chimiques

Relatif à: Revêtement anodisé ou revêtement en poudre : lequel est le meilleur pour vos pièces ?

 

Acier anodisé vs acier inoxydable anodisé

L'acier anodisé est également doté d'une couche d'oxyde qui contribue à la corrosion et à l'usure. Cependant, il n'est pas entièrement protégé contre la rouille, notamment lorsqu'il fonctionne dans des conditions défavorables. L'acier inoxydable n'est pas entièrement immunisé contre la corrosion ; certains types sont même utilisés dans les applications marines. Les deux matériaux sont très similaires dans leurs propriétés mécaniques, l'acier inoxydable ayant un léger avantage en termes de résistance générale et de fiabilité. C'est un bon matériau pour de nombreuses applications et présente un meilleur rapport performances/prix dans les environnements difficiles que l'acier anodisé.

Considérations relatives à l'anodisation de l'acier

L'anodisation s'applique principalement aux métaux tels que l'aluminium et le titane, mais elle peut également être réalisée sur l'acier dans certains cas. Cependant, les facteurs suivants doivent être pris en compte avant d'anodiser l'acier. 

L'anodisation de l'aluminium n'est pas souvent utilisée commercialement avec l'acier car elle est relativement coûteuse et présente peu d'avantages par rapport aux autres métaux. L'anodisation nécessite que le métal soit plongé dans un bain électrolytique, ce qui implique que la pièce doit être suspendue dans le bain. Le processus nécessite l'incorporation de crochets ou de chaînes dans la pièce. Sinon, l'acier risque de ne pas avoir une couche anodisée uniforme sur la surface du matériau. 

De plus, l'anodisation crée également une couche à la surface de la pièce en acier, augmentant ainsi sa taille. Ce changement d'épaisseur affecte les tolérances des contours complexes et modifie la finition d'usinage et la rugosité de la surface. De plus, l'acier est anodisé à 70 °C, ce qui peut s'avérer coûteux en énergie lors de l'anodisation de grandes quantités d'acier. 

Dans l'ensemble, l'anodisation permet de doter l'acier d'une finition de surface protectrice et résistante à la corrosion. D'autres techniques, telles que la passivation, la phosphatation et l'électropolissage, peuvent également améliorer les propriétés de l'acier.

 

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Conclusion 

Étonnamment, même les métaux autoréparateurs contre la corrosion, comme l'aluminium, peuvent bénéficier d'une protection supplémentaire. L'anodisation est l'un des moyens les moins coûteux d'améliorer les propriétés de l'acier et des alliages d'aluminium pour une meilleure utilisation. Cependant, lorsque l'anodisation est appliquée à l'acier, elle est moins efficace et de la rouille peut se développer à la surface du matériau, réduisant ainsi sa résistance. 

Bien que l'anodisation de l'acier soit généralement réalisée en laboratoire, elle n'est pas pratique et coûteuse pour la production en série. C'est pourquoi il existe d'autres méthodes de traitement de surface de l'acier, telles que la passivation, l'électropolissage et la phosphatation, qui sont plus efficaces et plus pratiques. 

 

FAQ 

Q1 : Le titane peut-il être anodisé ? 

Il est possible d'anodiser le titane de la même manière que l'aluminium. Le procédé consiste généralement à immerger le titane dans un bain de phosphate trisodique. L'anodisation de type II est principalement utilisée pour la résistance à l'usure, tandis que l'anodisation de type III est utilisée pour la couleur. 

Q2 : Qu'est-ce qui est le meilleur, l'acier inoxydable anodisé ou l'aluminium ? 

L'aluminium anodisé est généralement utilisé car il offre une surface robuste et résistante à la corrosion qui peut être teintée. Néanmoins, l'anodisation est également possible pour l'acier inoxydable, mais elle est plus complexe et moins souvent appliquée. 

Q3 : Quels métaux ne peuvent pas être anodisés ? 

Le fer et l’acier, par exemple, ne peuvent pas être anodisés de la manière habituelle car la couche d’oxyde est de la rouille, ce qui dégrade le matériau.

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