Etude du comportement anticorrosif du samarium comme inhibiteur de corrosion dans les systèmes multicouches pour alliage d'aluminium

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 3149 (2023) Citer cet article

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Cette étude montre un système multicouche basé sur des composés de samarium comme inhibiteur de corrosion et une couche continue de SiO2 par jet de plasma à pression atmosphérique (APPJ) comme barrière protectrice pour l'alliage d'aluminium AA3003. L'un des principaux avantages de ce nouveau revêtement est qu'il ne nécessite pas d'enceintes à vide, ce qui facilite son intégration dans les lignes de production de composants automobiles, aéronautiques, etc. Le dépôt de l'inhibiteur de corrosion samarium a été réalisé par deux méthodes de comparaison, la méthode d'immersion et une nouvelle méthode de dépôt d'inhibiteur de corrosion par APPJ. Le système multicouche généré était homogène, continu, adhérent et dense. Le comportement électrochimique montre que le composé de samarium est complètement oxydé sur les revêtements par la méthode d'immersion et favorise la corrosion. La méthode de dépôt APPJ montre un comportement protecteur contre la corrosion à la fois par les composés de samarium et par les dépôts de silice. Les analyses XPS montrent que la quantité de Sm(OH)3 augmente avec la méthode APPJ par rapport à la méthode par immersion puisque le spectre des O1 est principalement contrôlé par OH. Il a été déterminé que les meilleurs temps de traitement pour l'étude électrochimique du système multicouche étaient de 40 min pour la méthode par immersion et de 30 s pour la méthode APPJ pour la couche d'inhibiteur de corrosion. Dans le cas de la couche barrière SiO2 d'APPJ, le meilleur temps était de 60 s d'exposition au jet de plasma et ce revêtement pourrait réduire la corrosion de l'AA3003 de 31,42 %.

La corrosion des métaux est un problème mondial majeur qui a affecté l’économie de l’industrie métallurgique. On estime qu’environ 10 à 20 % de la production mondiale de métaux est perdue chaque année à cause de la corrosion1, ce qui représente une dépense annuelle d’environ 4 % du produit intérieur brut mondial2. Cependant, tous les problèmes liés à la corrosion ne dépendent pas des matériaux ; il existe également des problèmes de pollution environnementale3. Par exemple, les matériaux de l’environnement bâti sont principalement affectés par les composés HNO3, SO2 et PM10 qui influencent la corrosion4. En outre, la corrosion représente un problème grave dans divers domaines tels que les canalisations5, les matériaux médicaux6, les emballages de semi-conducteurs7, l'industrie automobile8 et la construction9, entre autres.

Au fil du temps, différentes méthodes et techniques ont été développées pour contrôler la corrosion des métaux, telles que le chromage10 et l'anodisation11,12, qui se révèlent être des solutions pour contrôler ce problème. Actuellement, les méthodes les plus étudiées sont les couches de conversion au chrome (CCL)13 ou anodisation à l’acide chromique (CAA)12, et l’anodisation à l’acide sulfurique tartrique (TSA)14. Cependant, ces solutions sont potentiellement toxiques pour l’environnement et même pour la santé humaine puisque, dans leurs procédés, elles utilisent du Cr(VI), très nocif et possédant des propriétés cancérigènes15,16. Par conséquent, la Communauté européenne a adopté des restrictions sur l'utilisation de métaux lourds, notamment le Cr(VI)17,18. C’est pourquoi, au cours des dernières années jusqu’à aujourd’hui, de nouvelles technologies et méthodes plus respectueuses de l’environnement et de la santé humaine ont été recherchées. Parmi ces nouvelles technologies, dans le domaine de la corrosion, on observe une tendance vers le développement d’inhibiteurs de corrosion respectueux de l’environnement et peu coûteux19. Un inhibiteur de corrosion peut être défini comme une substance qui, à faible concentration, ralentit la vitesse de corrosion20.

Malgré sa couche de passivation, l'aluminium est susceptible de se corroder en présence de solutions aqueuses contenant des ions, tels que Cl−, Br− ou I−21,22. Le problème de corrosion des alliages d’aluminium peut être résolu à l’aide d’inhibiteurs de corrosion23,24,25,26,27. Hinton, Arnott et Ryan se distinguent en tant que pionniers dans l'introduction de revêtements inhibiteurs de corrosion aux terres rares comme option durable en déposant des oxydes de terres rares à la surface des métaux, tels que Sm, Ce, La, Ne et Pr, générant un film protecteur. contre la corrosion28,29,30. Parmi les éléments des terres rares, le cérium et le samarium sont les plus couramment étudiés comme inhibiteurs de corrosion en raison de leur abondance et de leur efficacité31,32. Le samarium est un élément de terre rare capable de former des films minces de composé de samarium pour protéger les métaux contre la corrosion32,33. Le samarium a été utilisé dans les revêtements de conversion34,35 et les alliages pour améliorer la prévention de la corrosion dans l'aluminium36,37, le magnésium38,39 et l'acier40,41. Le principe de protection contre la corrosion utilisant le samarium comme inhibiteur repose sur la formation d'oxydes et d'hydroxydes insolubles qui bloquent les sites cathodiques, ce qui ralentit la vitesse de corrosion42.