Etude et contrôle de la corrosion feuilletante des alliages d'aluminium 2024 et 7449 par bruit électrochimique

Bellenger, Simonne Fabien

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Extrait

Conclusions Générales et perspectives

CONCLUSIONS GENERALES ET PERSPECTIVES

La corrosion feuilletante des alliages d’aluminium est un mode de dégradation qui se développe principalement dans les couches internes des structures laminées de ces alliages. Cet endommagement est difficile à détecter et par suite, il est très redouté dans l’industrie aéronautique. L’étude de la corrosion feuilletante des alliages d’aluminium 2024 T351 et 7449, à l’état T651 et à l’état T7651 (matériau récemment formulé), nous a permis d’analyser le mécanisme complexe de propagation de cette dégradation et de développer un outil efficace de suivi de cette propagation.

L’étude bibliographique présentée dans le premier chapitre de ce mémoire montre que les travaux les plus récents au sujet de la corrosion feuilletante des alliages d’aluminium font essentiellement état d’observations micro- et macroscopiques des matériaux dégradés. Ces travaux permettent égalementde valider des tests accélérés, de classer l’état de dégradation de divers matériaux etd’émettre des hypothèses quant au mécanisme de ce phénomène de corrosion. Ce mécanisme est souvent considéré comme une corrosion de type intergranulaire aggravée par les contraintes engendrées par les produits de corrosion. La revue bibliographique confirme aussi l’intérêt de faire appel à deux techniques expérimentales récentes, l’émission acoustique et le bruit électrochimique, pour ledéveloppement d’un outil de détection et de suivi de ce mode de dégradation.

Dans un premier temps, nous avons caractérisé à l’aide de la technique d’émission acoustique, l’évolution de la dégradation des trois matériaux étudiés, dans deux solutions différentes (EXCO et EXCO modifiée) et cela au cours de l’immersion ou après émersion. Trois régimes différents, liés à trois étapes dans le mécanisme de dégradation sont observés : amorçage lent, propagation rapide, propagation ralentie.

Notre analyse des densités spectrales (DS) des signaux d’EA enregistrés dans les différentes conditions d’essais utilisés montre la présence de trois populations distinctes de signaux durant la corrosion feuilletante. La population A, dont la fréquence propre est 150 kHz, est relative au dégagement (par réduction de protons au niveau des sites cathodiques) de bulles

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d’hydrogène à la surface de l’alliage. La population B, dont la fréquence propre est 250 kHz, est attribuée à des phénomènes mécaniques liés au développement de produits de corrosion dans les joints de grains des alliages. La population C, dont la fréquence est 500 kHz, serait due à la propagation de l’endommagement. L’analyse des densités spectrales moyennes (DSM), nous permet de différencier l’importance relative de ces trois populations et de montrer ainsi que l’alliage 2024 T3 subit une corrosion feuilletante dont le mécanisme est lié principalement à la composante mécanique (contraintes). En revanche, l’alliage 7449 T7 se caractérise parune dissolution électrochimique importante sans influence notoire de la composante mécanique. Quant à l’alliage 7449 T6, il présente un comportement à la corrosion feuilletante intermédiaire entre la dissolution électrochimique et l’effet mécanique, qui dans ce dernier cas, reste néanmoins significatif.

L’étude du mécanisme de la corrosion feuilletante est approfondie grâce à l’utilisation des techniques électrochimiques. Le suivi de la résistance de polarisation, lors de l’immersion des matériaux en milieu agressif, confirme les trois étapes du processus de dégradation mises en évidence par émission acoustique. Ces résultats sont aussi confirmés par le tracé des courbes de polarisation et des diagrammes de spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE). La formation de cloques en surface des matériaux se traduit sur les diagrammes de Nyquist par l’apparition d’une boucle capacitive basse fréquence. En accord avec les observations macrographiques, on montre alors que, contrairement à l’alliage 7449 T7, l’alliage 2024 T3 et à un degré moindre, l’alliage 7449 T6 se dégradent avec formation de cloques.

L’étude de la dégradation par la mesure du bruit électrochimique indique la présence de deux types de signaux. Le premier, qui apparaît rapidement lors des essais, est attribué à la dissolution électrochimique du matériau. L’autre type de signal correspond à des transitoires qui apparaissent de façon chaotique et qui sont relatifs au clivage de l’alliage sous l’effet des contraintes induites par les produits de corrosion. Ce phénomène mécanique est plus important dans le processus de dégradation de l’alliage 2024 T3 que pour l’alliage 7449 T6. Ce clivage est très peu significatif lors de la corrosion feuilletante dans le cas de l’alliage 7449 T7, où en revanche, la dissolution électrochimique est très active tout au long de la dégradation. Ces résultats confortent ainsi ceux obtenus par émission acoustique.

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L’analyse des résultats obtenus par électrochimie sur l’alliage 2024 T3 montre que le changement de solution d’essai de EXCO standard à EXCO modifiée n’a pour effet qu’un ralentissement de la vitesse de corrosion mais ne change pas la morphologie de la dégradation. L’analyse électrochimique des divers paramètres du milieu EXCO standard montre que le pH de la solution est le paramètre le plus significatif pour caractériser l’agressivité du milieu. Les ions nitrates auraient un effet localisateur sur la dissolution des alliages d’aluminium. Les ions chlorures ont un rôle important dans le mécanisme d’amorçage de la dégradation.

L’analyse microstructurale des alliages par microscopie électronique en transmission (MET), confirme que les des joints de grains de l’alliages 2024 T3 comportent des précipités riches en cuivre et donc cathodiques par rapport à la matrice, distribués de façon discontinue. Il en résulte une dissolution lente des zones adjacentes à ces phases intermétalliques, conduisant au développement de contraintes mécaniques locales dues à la formation des produits de corrosion. Ces contraintes provoquent alors le clivage intergranulaire du matériau et la déformation des feuillets métalliques avec pour conséquence le développement de cloques à la surface de l’alliage.

Dans le cas de l’alliage 7449, les joints de grains comportent des précipités riches en magnésium et donc cette fois-ci, anodiques par rapport à la matrice et séparés de celle-ci par une zone de déplétion cathodique. Dans l’état T7, les caractéristiques des précipités et plus particulièrement de la zone de déplétion induisent un fort couplage galvanique entre ces deux phases. Ce couplage conduit alors à la dissolution des précipités répartis de façon quasi continue le long du joint de grain et donc à la dégradation complète du joint et au déchaussement des grains. Dans ce cas, aucune cloque n’apparaît à la surface du matériau.

Pour l’alliage 7449 à l’état T6, les précipités intergranulaires sont plus dispersés et la zone de déplétion est moins appauvrie en magnésium ce qui conduit à une dissolution intergranulaire plus lente que pour l’alliage à l’état T7. L’influence des contraintes dues aux produits de corrosion est plus importante pour l’alliage 7449 à l’état T6 qu’à l’état T7. Ainsi, le processus de développement de la corrosion feuilletante de l’alliage 7449 T6 n’est pas exclusivement dû à la dissolution électrochimique des joints de grains puisque dans ce cas, la composante mécanique conduit au clivage intergranulaire du matériau et devient un phénomène significatif dans le mécanisme de dégradation de l’alliage.

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Conclusions Générales et perspectives

Pour la suite de cette étude, il conviendrait de chercher à mesurer les contraintes exercées par les produits de corrosion lors du développement de la corrosion feuilletante de chacun des alliages d’aluminium, puisque nous avons montré l’importance plus ou moins significative de ce paramètre selon l’alliage, sur la cinétique de propagation . Par ailleurs, tous les essais que nous avons effectués, ont été réalisés sur des matériaux immergés mais non mécaniquement sollicités. Il paraît pertinent d’étudier un éventuel et probable effet de synergie entre les phénomènes de sollicitation mécanique (contraintes statiques et/ou dynamiques) et leur dégradation par corrosion feuilletante, puisque de telles sollicitations sonttoujours rencontrées sur les structures aéronautiques en service.

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