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MEMBRESDUJURY:
Institut National Polytechnique de Toulouse (INP Toulouse)
Sciences de la Matière (SDM)
Etude comparative du comportement électrochimique des alliages
d'aluminium 2024 T351 et 7075 T7351 en milieu neutre de sulfate de sodium
j
eudi 5 juillet 2012
Wolfang José PRIETO YESPICA
Science et génie des matériaux
Emmanuel ROCCA - Maître de conférences / Institut Jean Lamour, Université de Nancy
Vincent VIGNAL - Directeur de recherche, Université de Bourgogne, Dijon
Nadine PEBERE - Directrice de recherche / CIRIMAT, INP de Toulouse
CIRIMAT UMR 5085
Olivier DEVOS - Maître de conférences, Université de Bordeaux
Pierre GROS - Professeur à l'Université Paul Sabatier, Toulouse
Bernard TRIBOLLET - Directeur de recherche, LISE, Paris
Nadine PEBERE - Directrice de recherche / CIRIMAT, INP de Toulouse
1
Sommaire
Introduction………………….……………………………………...……………..….….….3
Synthèse bibliographique……………………………………………………………….….6
I.1. L’aluminium et ses alliages………………………………………………………………..8
I.2. Les familles d’alliages d’aluminium………………………………………………………9
I.3. Durcissement
structural…………………………………………..……………………..…11
I.4. Ségrégation, précipitation intermétallique et inclusions dans les alliages
d’aluminium.....10
I.5. Système aluminium-cuivre et l’alliage 2024……………...……………………..……….13
I.6. Système aluminium-zinc-magnésium et l’alliage 7075…………………………………..15
I.7. Généralités sur la corrosion de l’aluminium……………………………………………...17
I.8. Influence des éléments d’alliage sur le film passif……………………………………….20
I.9. Rupture physique de la passivité…………………………………………………………21
I.10. Corrosion de l’alliage 2024 et de l’alliage 7075……………………………………...…23
I.10.1. Corrosion par piqûres...….………………………………………………………...23
I.10.2. Corrosion intergranulaire……………………………………………….………….23
I.10.3. Corrosion exfoliante ou feuilletante……………………………………………….24
I.10.4. Corrosion galvanique……….……………………………………………………...25
I.11. Etudes précédentes……………………………………………………………………...25
I.12. Conclusions………………………………………………….…………………………..29
Matériaux, méthodes et conditions expérimentales......................................................33
II.1. Matériaux : alliages d’aluminium 2024 T351 et 7075 T7351 et aluminium pur.…….…33
II.2. Méthodes de caractérisation microstructurale……………………………………..…….34
II.2.1. Microscopie optique……………………………………………………..…………34
II.2.2. Microscopie électronique à balayage…………………………..………..…………34
II.2.3. Microscopie électronique en transmission…..………………..……………………35
II.3. Techniques électrochimiques………………………….………………………………...36
II.3.1. Chronopotentiométrie……………..…………………………………..……………36
II.3.2. Chronoampérométrie……………..……………………………..………………….36
II.3.3. Voltampérométrie…………………………………………………………………..36
II.3.4. Tracés des courbes de Levich……………………………………..………..………36
II.3.5. Spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE)……………….……………….37
II.3.5.1. Représentations traditionnelle des données……………..…………………….39
II.3.5.2. Circuits électriques équivalents…………..…………………………………...39
II.3.5.3. Modèle de loi de puissance…………………………………………………...42
II.3.6. Conditions expérimentales des essais électrochimiques……………………….…..44
II.3.6.1. Milieu d’étude………………………………………………………………...44
II.3.6.2. Préparation de la surface……………………………………………………...45
II.3.6.3. Montage électrochimique……………………………………………………..45
2
III. Caractérisation de l’état microstructural des matériaux…………….………..49
III.1. Microscopie optique……………………………………..……………………………...49
III.2. Microscopie électronique à balayage (MEB)………………………………………..….51
III.3. Distribution de la taille des particules intermétalliques présentes dans les deux
alliages…………………………………………………………………………………..........55
III.4. Microscopie électronique en transmission (MET)…………………………………..….56
III.5. Conclusions………………………………………………………………………..……63
IV. Comportement électrochimique des différents matériaux au potentiel de
corrosion…...........................................................................................................................66
IV.1. Suivi du potentiel de corrosion au cours du temps d’immersion……………………….66
IV.2. Observation de l’état de surface après immersion……………………………………...68
IV.3. Mesures d’impédance électrochimique………………………………………………...68
IV.4. Analyse des diagrammes d’impédance…………………………………………………70
IV.4.1. Schéma électrique équivalent……………………………………………...……...71
IV.4.2. Détermination graphique des paramètres α et Q……………………………….....72
IV.4.3 Ajustement avec le modèle de loi de puissance……...……………………….……76
IV.5. Effet de la vitesse de rotation…………………………………………………………...82
IV.6. Mesures d’impédance sans rotation…………………………………………….………86
IV.7. Conclusions……………………………………………………………………………..90
V. Comportement cathodique et anodique des matériaux……………….…….….93
V.1. Courbes potentiocinétiques dans le domaine cathodique…………………………...…..93
V.2. Etat de surface après polarisation cathodique…………………….………………...…...96
V.3. Courbes de Levich……………………………………………………………………….98
V.4. Mesures d’impédance dans le domaine cathodique………………………..………......100
V.5. Courbes potentiocinétiques dans le domaine anodique ………………….…………….104
V.6. Mesures d’impédance dans le domaine anodique…………………………………......105
V.7. Etat de surface après polarisation anodique……………………………………….…...106
V.8. Conclusions…………………………………………………………………….….…...108
Conclusion............................................................................................................................111
Bibliographie……..……….......................................................................………………..114
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Introduction
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Introduction
Les alliages d’aluminium 2024 T351 et 7075 T7351 occupent une place très importante
dans le domaine aéronautique. Ils possèdent une faible masse volumique qui constitue un
atout pour la réduction de masse des avions. En outre, ils présentent de hautes caractéristiques
mécaniques ce qui permet leur utilisation en tant que matériaux de structure. La résistance
mécanique de ces alliages est accrue par le phénomène de durcissement structural qui
implique des traitements thermiques ou thermomécaniques spécifiques. La contre partie de
ces traitements est l’établissement d’une microstructure très hétérogène qui sensibilise le
matériau à divers modes de corrosion.
Ces modes de corrosion sont fréquemment rencontrés sur les structures aéronautiques
après quelques années de service. Ils peuvent se développer à la surface de l’alliage mais aussi
pénétrer jusqu’au cœur de la pièce (corrosion par piqûres, corrosion intergranulaire, corrosion
feuilletante) et, de ce fait, il est parfois difficile de les détecter. Les conséquences de cette
dégradation sur l’intégrité des pièces aéronautiques sont alors désastreuses tant pour la
sécurité des aéronefs que pour la santé économique des exploitants. On comprend alors
l’intérêt d’une part, d’étudier les mécanismes de la corrosion de l’alliage 2024 T351 et de
l’alliage 7075 T7351 et d’autre part, de donner une approche quantitative de leurs différentes
réponses à la corrosion. Ces deux axes de recherche sur la corrosion des deux alliages
constituent les objectifs de ce travail.
Cette thèse, articulée autour de cinq chapitres, est donc consacrée à la caractérisation vis-à-
vis de la corrosion des deux alliages d’aluminium : l’alliage 2024 (AA 2024 T351) et l’alliage
7075 (AA7075 T7351) dans une solution de Na2SO4 0,1 M en particulier à l’aide de la
spectroscopie d’impédance électrochimique globale (SIE). L’aluminium pur a été utilisé
comme matériau de référence tout au long de l’étude.
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