Passivation : un procédé de traitement de surface

Étapes de passivation

Passivation est un traitement de surface des pièces industrielles pour l'acier inoxydable, ce qui améliore sa résistance à la corrosion. Bien que acier inoxydable Une couche d'oxyde protectrice se forme naturellement ; cependant, les procédés de fabrication tels que l'usinage, le formage ou le soudage peuvent laisser des traces de contamination en surface qui affaiblissent cette protection.

La finition passivée élimine les contaminants de surface et renforce la couche protectrice du métal en favorisant la formation d'un film d'oxyde stable.

Cet article explique Qu'est-ce que la passivation ?, comment fonctionne le procédé et pourquoi il est couramment utilisé pour améliorer la durabilité et la fiabilité des pièces en acier inoxydable dans différentes applications industrielles.

Qu'est-ce que la passivation ?

pièces en acier passivé

Passivation Il s'agit d'une méthode de modification de surface après fabrication qui améliore la résistance à la corrosion des pièces métalliques. Elle réduit les réactions chimiques en surface susceptibles d'entraîner corrosion et/ou dégradation. Elle est principalement utilisée avec les aciers inoxydables.

Une très fine couche d'oxyde de chrome se forme naturellement sur l'acier inoxydable pour le protéger de la corrosion. Cependant, la mise en œuvre (usinage) de l'acier inoxydable peut endommager cette couche et créer de petites quantités de fer libre en surface. Le fer libre accroît le risque de corrosion.

La passivation élimine le fer libre et toute contamination superficielle superficielle de l'acier inoxydable grâce à une solution chimique. Une fois nettoyée, la surface de l'acier inoxydable peut reformer sa couche protectrice d'oxyde de chrome. Cette couche agit comme une barrière, contribuant à la résistance à la corrosion.

Pour les raisons évoquées ci-dessus, la passivation est généralement utilisée sur les composants en acier inoxydable dans des secteurs tels que l'aérospatiale, les équipements médicaux, l'agroalimentaire, l'électronique et l'automobile.

La passivation a pour fonction principale d'éliminer le fer libre et les contaminants de surface. Elle n'élimine pas les importantes couches d'oxyde ni les traces de chaleur dues au soudage. C'est pourquoi une autre méthode de nettoyage, appelée décapage, est généralement nécessaire avant la passivation.

Quels sont les principes qui sous-tendent le processus de passivation ?

Passivation de l'acier inoxydable – étapes du procédé

La passivation comprend les étapes cruciales suivantes : 

• Nettoyage du métal pour permettre l'accès par des solutions de passivation ; 

• Élimination du fer libre (et d'autres contaminants à petite échelle) à l'aide d'une solution acide qui sert également de base à la prévention ultérieure de la corrosion ; 

• Formation d'un film d'oxyde mince sur la surface du métal ; 

• Contrôler les conditions dans lesquelles ces trois étapes initiales se produisent, et 

• Enfin, rincez la pièce pour éliminer tout résidu d'acide.

Nettoyage de surface avant passivation : Le métal doit être soigneusement nettoyé avant la passivation. Il peut subsister des résidus issus des procédés de fabrication, tels que l'usinage. 

Il est essentiel de nettoyer le métal pour que la solution de passivation puisse l'atteindre. Un métal propre garantit le bon fonctionnement de la solution de passivation.

Traitement acide pour éliminer le fer libre : Une fois la surface métallique propre, l'étape suivante consiste à la traiter avec une solution acide douce. Par exemple, l'acide nitrique est couramment utilisé pour traiter l'acier inoxydable. 

L'acide élimine le fer libre et les contaminants superficiels mineurs qui ont pu se former lors de la fabrication du métal. L'élimination du fer libre empêche l'apparition de la rouille et prépare la surface à la formation de la couche protectrice après passivation.

Formation de la couche protectrice : Lorsqu'on traite le métal avec une solution acide, une très fine couche d'oxyde se forme à sa surface. Sur l'acier inoxydable, il s'agit principalement d'oxyde de chrome. 

Bien que ce film d'oxyde soit extrêmement mince et pratiquement imperceptible, il protège efficacement le métal sous-jacent de la vapeur d'eau et de l'oxygène, empêchant ainsi toute corrosion ultérieure.

Rinçage et contrôle : Chaque type de métal nécessitant des conditions spécifiques pour une passivation réussie, il n'existe pas de méthode de passivation universelle. Par conséquent, chaque fabricant possède ses propres procédés. 

Généralement, la passivation se produit à 50-70 °C pendant 20 à 60 minutes. Une fois le processus de passivation terminé, les pièces sont lavées pour éliminer toute trace de solution acide restante.

Matériaux utilisés pour la passivation

La passivation est principalement réalisée sur les métaux qui forment naturellement des couches protectrices pour résister à la corrosion.

• Acier Inoxydable
• Titane
• Aluminium
• Magnésium

Techniques courantes de passivation des surfaces métalliques

La passivation crée une barrière naturelle plus épaisse et plus résistante autour du métal. Par exemple, elle peut augmenter le nombre d'atomes de chrome liés chimiquement à la surface de l'acier inoxydable, au détriment des atomes de fer réactifs (dissous). Ces atomes de chrome réagissent avec l'oxygène pour former une barrière d'oxyde extrêmement fine mais très efficace.

La passivation peut être obtenue par immersion dans une solution de passivation ou par application d'un revêtement de conversion chimique appelé « bleuissement ».

Passivation par immersion

Le procédé d'immersion consiste à immerger les pièces dans un bain de solution de passivation, contenant généralement de l'acide nitrique ou citrique. La formation d'une couche protectrice uniforme sur toutes les surfaces pouvant varier en fonction de la température et de la durée, ce procédé doit être rigoureusement contrôlé. La passivation par immersion est couramment utilisée sur les pièces en acier inoxydable en raison de sa fiabilité et de son efficacité à assurer une protection durable contre la corrosion.

Bleuissement

passivation bleue, placage de zinc trivalent

Le bleuissement, un traitement de conversion chimique, crée une fine pellicule d'oxyde à la surface du métal, réduisant les reflets et améliorant son aspect esthétique. Les pièces bleuies nécessitent un huilage périodique pour préserver les propriétés anticorrosion du revêtement.

Types de passivation utilisés pour l'acier

L'acier peut être passivé par différents procédés, selon que l'on souhaite une protection maximale contre la corrosion et/ou qu'il faille tenir compte d'autres préoccupations environnementales.

Passivation à l'acide nitrique

Passivation à l'acide nitrique

Une méthode courante de passivation de l'acier consiste à l'immerger dans de l'acide nitrique. La solution acide nettoie la surface du métal et contribue à restaurer la couche d'oxyde protectrice qui se forme naturellement et qui empêche la corrosion.

Acide nitrique avec dichromate de sodium

L'ajout de dichromate de sodium à l'acide nitrique lors du nettoyage et de la passivation renforce la protection contre la corrosion. Cette méthode est généralement employée pour les produits en acier soumis à des conditions d'utilisation sévères.

Passivation à l'acide citrique

L'acide citrique est une alternative plus écologique à la méthode à l'acide nitrique. Il élimine efficacement le fer en surface tout en favorisant la formation de la couche d'oxyde ; de ce fait, il réduit également l'impact environnemental du traitement de passivation.

Avantages et inconvénients de la passivation

La passivation est un traitement chimique appliqué aux pièces métalliques finies afin de prévenir la corrosion. Fréquemment associée à l'acier inoxydable, la passivation présente de nombreux avantages ; toutefois, elle comporte également plusieurs inconvénients.

Avantages de la passivation

Protection renforcée contre la corrosion

La passivation crée une couche protectrice extrêmement fine à la surface du métal traité. Cette couche de passivation protège contre la corrosion et empêche l'humidité et les agents corrosifs (produits chimiques) d'atteindre le métal sous-jacent.

Durée de vie prolongée des pièces

Les composants passivés ont généralement une durée de vie plus longue. Ils résistent mieux aux conditions extrêmes et/ou aux substances corrosives qui, autrement, les endommageraient.

Conserve les propriétés métalliques d'origine

Le procédé de passivation ne modifie pas les propriétés intrinsèques du métal. Par conséquent, sa résistance, sa dureté, sa conductivité électrique, etc., restent inchangées. Cependant, le composant passivé présente une meilleure résistance à la corrosion.

Économise de l'argent au fil du temps

Comme indiqué précédemment, grâce à leur résistance à la corrosion et à leur capacité à conserver leur intégrité structurelle pendant de longues périodes, les composants passivés nécessitent moins d'entretien et de remplacement. La réduction des besoins en maintenance et en remplacement se traduit par une diminution des temps d'arrêt et des économies. On peut citer comme exemples, sans toutefois s'y limiter : les équipements de transformation alimentaire, les équipements de fabrication de dispositifs médicaux et divers types de machines industrielles.

Inconvénients de la passivation

Nécessite une manipulation prudente

La passivation nécessitant un contrôle précis des produits chimiques, de la température et du temps, le traitement de pièces volumineuses et/ou complexes peut s'avérer difficile, rendant complexe l'obtention d'une couverture uniforme et d'une couche de protection constante.

Ne répare pas les dommages existants

Le procédé de passivation ne peut réparer les zones déjà corrodées ou endommagées. La passivation est optimale lorsqu'elle est appliquée sur des surfaces propres et préparées, prévenant ainsi toute corrosion future.

Fonctionne mieux sur certains métaux

La passivation est particulièrement bénéfique pour les matériaux qui forment naturellement une couche d'oxyde protectrice. L'acier inoxydable, par exemple, est un matériau qui crée une telle couche. Si un matériau donné ne possède pas cette capacité naturelle, le traitement de passivation risque de ne pas donner les résultats escomptés.

Meilleures pratiques pour la conception de pièces en vue de la passivation

L'objectif principal lors de la conception de composants pour la passivation est de garantir la formation homogène et prévisible de la couche passive. Quelques choix fondamentaux effectués lors de la conception des composants permettent d'améliorer considérablement les résultats.

Utilisez des matériaux compatibles avec la passivation.

Les matériaux comme l'acier inoxydable sont à privilégier car ils forment naturellement une couche passive. En revanche, l'utilisation de matériaux qui ne forment pas de couche passive peut nuire au processus de passivation global.

Gardez les formes simples

Les composants à surfaces planes et lisses sont généralement plus faciles à traiter chimiquement que ceux présentant des géométries complexes ou des zones en retrait. Les composants comportant des trous, des angles vifs ou d'autres caractéristiques susceptibles de retenir des solutions chimiques offrent généralement des conditions peu favorables à la passivation.

Surfaces lisses

Les produits chimiques appliqués sur une surface rugueuse ne la recouvrent pas entièrement. De plus, ils ne peuvent pénétrer les micro-cavités. Il est donc essentiel de s'assurer que toutes les surfaces sont parfaitement lisses. Le deuxième point à considérer est le rayon des angles. Un angle vif crée une zone inaccessible à la solution chimique, l'empêchant ainsi de déposer une couche protectrice. En arrondissant légèrement l'angle, la solution chimique peut pénétrer dans cette zone et recouvrir uniformément les deux faces. On obtient ainsi une meilleure barrière contre la corrosion.

Coins et bords arrondis

Il existe plusieurs configurations de soudure, notamment les soudures d'angle, les soudures en V et les soudures bout à bout. Toutes ces configurations peuvent poser des problèmes lors de l'application de produits de passivation. Comme indiqué précédemment, des circuits de circulation sont nécessaires pour que la solution chimique entre en contact avec toutes les surfaces et pour son drainage après application. Par conséquent, en réduisant le nombre de soudures ou en concevant des soudures permettant la circulation de la solution chimique, on diminue le risque de piégeage de cette solution au sein de la soudure.

Prévoir un drainage et un dégagement adéquats

Les pièces doivent être conçues de manière à permettre à toutes leurs surfaces de recevoir les fluides de passivation et de s'écouler de ces mêmes surfaces. La présence de liquide piégé réduit l'efficacité globale du traitement chimique, laissant les surfaces non protégées exposées à une corrosion ultérieure.

Ébavurer et ébarber

L'élimination des bavures empêche l'accumulation de saletés ou de produits chimiques. Avant l'application d'un traitement chimique, elle améliore l'efficacité de ce dernier et prolonge la durée de vie du revêtement protecteur.

Différence entre la passivation et l'anodisation

Anodisation et passivation Les deux méthodes permettent de créer des couches protectrices pour les métaux. Cependant, chaque méthode a sa propre façon de procéder. La fonction première de passivant Ce procédé consiste à traiter la couche protectrice naturelle d'un métal. L'acier inoxydable est le plus souvent traité par cette méthode car il exploite sa couche d'oxyde naturelle à base de chrome. La surface est nettoyée des impuretés et du fer libre à l'aide d'un acide faible afin de favoriser une meilleure formation d'oxyde et d'accroître sa résistance à la corrosion. 

Ce procédé est couramment utilisé sur des pièces en aluminium telles que les boîtiers de smartphones, les châssis d'ordinateurs portables, les composants de vélos et les cadres de fenêtres architecturales. 

L'anodisation est principalement utilisée sur l'aluminium. C'est un procédé électrochimique qui crée une couche d'oxyde épaisse et contrôlée en faisant passer un courant électrique à travers le métal dans une solution acide. Outre l'amélioration de la durabilité de la surface, les revêtements anodisés peuvent être colorés pour en améliorer l'aspect. 

La passivation est largement utilisée sur les pièces en acier inoxydable telles que les instruments chirurgicaux, les vannes de transformation alimentaire, les pompes et les fixations en acier inoxydable afin de maintenir leur résistance à la corrosion.

En résumé, l'anodisation forme une couche d'oxyde épaisse et protectrice sur l'aluminium et lui confère un aspect esthétique, tandis que la passivation protège et maintient la couche d'oxyde naturelle de l'acier inoxydable.

Passivation à l'acide nitrique ou à l'acide citrique : quelle est la différence ?

Dans la pratique, acide nitrique passivation est souvent utilisé pour les nuances d'acier inoxydable telles que 304 et 316 sur des parties telles que fixations aérospatiales, corps de vannes et raccords usinés.

L'acide nitrique et l'acide citrique peuvent tous deux être utilisés pour traiter les aciers inoxydables, chacun étant reconnu par ASTM A967 et AMS 2700. Ces traitements fonctionnent de différentes manières et, d'une manière générale, le choix se base sur l'acier inoxydable concerné, les spécifications requises pour ce métal et/ou des considérations supplémentaires telles que l'élimination des déchets et la sécurité.

L'acide citrique fonctionne différemment : il utilise la chélation pour éliminer le fer de la surface de l'acier inoxydable et l'oxygène dissous pour faciliter la formation d'une couche d'oxyde stable. Passivation à l'acide citrique est généralement choisi pour instruments médicaux, équipements de transformation des aliments et composants pharmaceutiques car sa manipulation est plus sûre et il produit moins de déchets dangereux.

Il convient de noter qu'aucun traitement acide n'est intrinsèquement supérieur à l'autre. Pour obtenir des résultats acceptables, il est essentiel de maîtriser parfaitement tous les aspects du processus de traitement, notamment la composition de la solution acide, la température et la durée, et de respecter les spécifications applicables.

Tableau de comparaison

Comment commander des pièces métalliques passivées chez Prolean Tech

At Tech ProléanVous pouvez demander des pièces sur mesure passivées pour améliorer la résistance à la corrosion et la durabilité. Il vous suffit de télécharger votre fichier CAO pour obtenir un devis instantané, incluant le prix et les délais de livraison. La passivation est disponible en tant que post-traitement pour l'acier inoxydable et d'autres métaux. Pour des exigences spécifiques, services de finition de surface, Pour obtenir des conseils, contactez notre équipe à support@proleantech.comVous pouvez également en apprendre davantage sur les options de post-traitement et les finitions de surface afin de choisir le meilleur traitement pour vos pièces usinées CNC.