Nouvelle génération de revêtements protecteurs nano-composites - Approches chimique, microstructurale et fonctionnelle – CHAMELEON

La protection des aciers par des revêtements sacrificiels à base de zinc ou d’aluminium s’est largement répandue dans l’industrie pour augmenter la durée de vie des structures. Cependant, leurs faibles propriétés mécaniques associées à une forte tendance au grippage ont limité leurs champs d’application, notamment ceux imposant une caractère multi-fonctionnel. Ce projet présente comme challenge d’élaborer des revêtements sacrificiels aux propriétés mécaniques et résistance à l’usure améliorées, et ce à partir d’un procédé de dépôt compatible avec les normes environnementales actuelles. Cette dernière décennie, de nouvelles perspectives sont apparues avec le développement des revêtements nanocomposites. Dans ce contexte de matériaux aux caractéristiques améliorées, nous proposons d'étudier l'intérêt, sur la durabilité de l'acier, de l'incorporation par électrodéposition de nanoparticules dures au sein d'un revêtement sacrificiel multicouches à base de Zn. A partir des procédés électrolytiques conventionnels se basant sur l’ajout de particules solides dans le bain électrolytique, la dureté des films certes augmente, mais leur croissance est très difficile à contrôler due à l'instabilité chimique des bains inhérente à la présence des espèces solides susceptibles de sédimenter et/ou floculer. Dans ce projet, nous visons à développer un processus original impliquant un bain monophasé. Pour cette configuration innovante, nous profitons de la modification de la chimie locale à l'interface bain électrolytique/revêtement métallique (variation de pH particulièrement), pour induire simultanément une précipitation contrôlée des oxydes durcissant, dans le dépôt en cours de croissance.
La première partie des travaux est basée sur un revêtement modèle composé d’oxydes de cérium ou d’yttrium insérés dans une matrice de zinc pur, ceci afin de déterminer l’influence de la phase dure sur les propriétés électrochimique, mécanique et tribologique du revêtement. La deuxième étape vise à évaluer l’influence d’un élément d’alliage provenant d’un bain commercial de Zn-Ni, ainsi que l'effet d'une architecture de film complexe binanostructurée correspondant à une structure multicouche d'épaisseur nanométrique intégrant une phase durcissante nanodistribuée. Cette partie présente un fort intérêt en vue d'un potentiel transfert technologique.
Un avantage du "procédé chaméléon" réside dans la formulation d’un bain électrolytique monophasé contenant deux types de cations métalliques : précurseurs de la matrice métallique d'une part, des nanoparticules céramiques d’autre part. Par ce biais, il devient alors possible de contrôler la nature et la distribution des particules insérées dans toute l'épaisseur du revêtement. Des couches attestant d'un gradient de composition peuvent en particulier être facilement déposées permettant d’associer diverses propriétés. En outre, par la technique des courants pulsés utilisée dans un bain électrolytique de Zn-Ni, les films déposés peuvent présenter une binanostructuration comprenant des nanoparticules d'oxydes inclus dans une matrice Zn-Ni nanostratifiée. Une architecture si complexe combinant une distribution tridimensionnelle des oxydes dans une matrice métallique (multicouche) 2-D n'a jamais été étudiée, et devrait présenter des propriétés exceptionnelles que nous nous proposons d'étudier et d'expliquer. L'objectif de ce projet est d’optimiser les dépôts électrolytiques binanostructurés afin de comprendre comment et dans quelle mesure la présence des nanoparticules peut influencer la durabilité de l'acier protégé. Pour mener à bien ce travail, les compétences de trois laboratoires réputés et complémentaires ont été réunies. S'appuyant sur un tel " consortium", nous espérons contribuer à la compréhension des relations liant les paramètres de dépôt, la microstructure des films et leurs propriétés fonctionnelles.