La corrosion des métaux peut compromettre leur résistance fonctionnelle, entraînant une dégradation structurelle importante, notamment des fissures, des ruptures partielles et, dans les cas extrêmes, une défaillance totale du matériau. L'aluminium et ses alliages sont largement utilisés dans divers secteurs industriels en raison de leur rapport résistance/poids élevé et de leur passivité intrinsèque. Cet article présente les cinq principaux types de corrosion de l'aluminium et les moyens de les prévenir.
Qu'est-ce que la corrosion de l'aluminium ?
La corrosion de l'aluminium est la dégradation progressive des molécules d'aluminium en leurs oxydes, ce qui diminue les propriétés physiques et chimiques du matériau. L'aluminium est un métal naturellement réactif, mais aussi passif. Cela signifie que, bien que l'aluminium naissant réagisse avec l'oxygène et l'eau présents dans l'environnement, les composés résultants forment une couche protectrice en surface qui préserve le matériau sous-jacent de toute dégradation ultérieure. Cette couche d'oxyde non réactive adhère fortement à la surface et ne se détache pas facilement, contrairement à l'acier inoxydable. À la différence de procédés tels que la gravure laser et l'anodisation de l'aluminium , la corrosion est un processus lent qui peut durer des mois, voire des années.
Types de corrosion de l'aluminium
Le degré et la forme de la corrosion de l'aluminium dépendent non seulement du milieu corrosif, mais aussi de la composition et de l'état de trempe de l'alliage. En conditions d'utilisation courantes, les principales formes de corrosion de l'aluminium et de ses alliages sont la corrosion par piqûres, la corrosion intergranulaire, la corrosion exfoliante, la fissuration par corrosion sous contrainte (SCC) et la corrosion galvanique.
Corrosion par piqûres
La corrosion par piqûres est la forme de dégradation la plus courante de l'aluminium et de ses alliages . Généralement, la corrosion par piqûres des alliages d'aluminium à l'air libre est peu sévère, mais elle est nettement plus agressive dans l'eau, pouvant entraîner une perforation en un laps de temps relativement court. Les conditions favorisant la corrosion par piqûres comprennent la présence d'ions inhibant la corrosion générale (tels que SO₄²⁻ , SiO₃²⁻ et PO₄²⁻ ) , ainsi que d'ions détruisant localement le film passif (tels que Cl⁻ ) , et la présence d'accélérateurs (oxydants) qui favorisent la réaction cathodique.
Pour prévenir la corrosion par piqûres des alliages d'aluminium, les mesures de contrôle environnemental consistent souvent à éliminer les ions oxydants, tels que les ions chlorure, du milieu. La présence d'ions cuivre dans l'eau est une cause fréquente de corrosion par piqûres de l'aluminium ; il est donc essentiel de minimiser la teneur en cuivre dans l'eau.
L'aluminium de haute pureté est résistant à la corrosion par piqûres. Cependant, la teneur et la répartition des impuretés dans l'aluminium commercialement pur influent fortement sur sa résistance à la corrosion par piqûres. Les alliages d'aluminium contenant du cuivre présentent la plus faible résistance à la corrosion par piqûres. Les alliages d'aluminium-manganèse et d'aluminium-magnésium peuvent atteindre une meilleure résistance à la corrosion par piqûres, à condition que leur qualité de fabrication soit maintenue.
Corrosion intergranulaire
La corrosion intergranulaire (CIG) désigne une corrosion qui s'amorce et se développe le long ou à proximité immédiate des joints de grains d'un métal dans un environnement corrosif spécifique. L'état physico-chimique des joints de grains diffère de celui de l'intérieur des grains. Dans certains milieux corrosifs, cette différence engendre une corrosion localisée et sélective due à l'action de micropiles galvaniques. En pratique, l'aluminium pur ne subit pas de CIG. Les alliages des systèmes Al-Cu, Al-Cu-Mg et Al-Zn-Mg-Cu présentent une susceptibilité importante à la CIG. Un traitement thermique inapproprié peut accroître considérablement cette susceptibilité. Plus précisément, lorsque la phase CuAl₂ riche en cuivre précipite de manière continue le long des joints de grains, des zones appauvries en cuivre se forment simultanément à proximité de ces joints. Une pile de corrosion se met en place, où la phase CuAl₂ et la zone appauvrie en cuivre constituent respectivement la cathode et l'anode. La corrosion de la zone appauvrie en cuivre provoque la CIG.
De plus, la précipitation aux joints de grains peut se produire dans d'autres alliages. Par exemple, des précipités grossiers de la phase riche en magnésium peuvent apparaître aux joints de grains des alliages d'aluminium à haute teneur en magnésium. Cette phase, agissant comme anode, est endommagée de manière sélective et provoque une corrosion intergranulaire (CIG). Ces phénomènes sont sensibles au procédé de fabrication et au traitement thermique de l'alliage. Un procédé approprié peut rendre les alliages sensibles moins vulnérables, tandis qu'un procédé inadapté peut provoquer une CIG sévère, même dans des alliages initialement peu sensibles.
Un traitement thermique approprié pour éliminer la précipitation continue de phases nocives le long des joints de grains peut atténuer efficacement la tendance à la corrosion intergranulaire.
Exfoliation Corrosion
La corrosion exfoliante est une forme spécifique de corrosion qui affecte les alliages d'aluminium. Elle se caractérise par une propagation latérale le long des joints de grains, parallèlement à la surface du profil de l'alliage. Ce phénomène se manifeste par un poudrage, un pelage, des cloques, voire un délaminage. L'exfoliation réduit considérablement la résistance et la ductilité de l'alliage d'aluminium, diminuant ainsi la durée de vie de la structure. La corrosion exfoliante survient souvent lorsque l'alliage n'a pas été recuit ou l'a été insuffisamment. Les alliages d'aluminium ayant subi un traitement de stabilisation présentent généralement une susceptibilité accrue à ce type de corrosion. Lorsque les conditions environnementales, telles que la température, sont réunies, la corrosion exfoliante s'amorce, la corrosion localisée s'accélère et l'alliage subit des dommages importants, avec une morphologie de pelage caractéristique, couche par couche.
Les principales mesures pour atténuer ou éliminer la corrosion exfoliante des alliages d'aluminium comprennent :
- L'ajout d'éléments de transition affinant le grain, tels que le Cr et le Mn, permet d'inhiber ou de ralentir la précipitation de phases secondaires aux joints de grains et de favoriser leur répartition uniforme à l'intérieur des grains et aux joints. Ceci perturbe le processus de corrosion anodique.
- Incorporer des éléments qui réduisent la différence de potentiel entre les phases, comme l'ajout d'une quantité contrôlée de Zn aux alliages Al-Mg.
- En utilisant les procédures de traitement thermique appropriées.
- Utilisation de la protection cathodique par anodes sacrificielles.
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Fissuration par corrosion
La fissuration par corrosion sous contrainte (SCC) désigne la fissuration ou la rupture différée des alliages d'aluminium soumis à des contraintes dans certains milieux. Ce phénomène résulte de l'action combinée d'un milieu corrosif et de contraintes mécaniques.
La fissuration sous contrainte (SCC) se produit principalement dans l'aluminium dur et les alliages d'aluminium ultra-durs. L'aluminium pur et les alliages d'aluminium à faible résistance ne présentent généralement pas de propension à la SCC. La SCC dans les alliages d'aluminium est toujours intergranulaire. Les alliages d'aluminium sensibles à la corrosion intergranulaire (CIG) sont également sensibles à la SCC. La SCC se produit fréquemment lorsque les alliages d'aluminium sont exposés à l'atmosphère, en particulier aux abords des côtes et à l'eau de mer. La sensibilité à la SCC augmente avec la température et l'humidité, la concentration en ions chlorure et le pH.
Les mesures visant à prévenir ou à éliminer la corrosion sous contrainte dans les alliages d'aluminium comprennent :
- Traitement thermique pour soulager les tensions internes.
- Alliage avec des éléments traces tels que Mn, Cr, V, Zr et Mo pour améliorer la résistance à la fissuration sous contrainte en traction.
- Le grenaillage permet de modifier l'état de contrainte de surface (en introduisant des contraintes résiduelles de compression bénéfiques).
Corrosion galvanique
La corrosion galvanique affecte l'aluminium lorsqu'il est en contact physique ou électrolytique avec un métal plus noble (moins réactif). Un métal noble est un métal dont la réactivité est inférieure à celle de l'aluminium. La réactivité d'un métal est déterminée par sa position dans la série électrochimique. Plus un métal est éloigné de l'aluminium dans la série galvanique, plus la corrosion est importante. L'intensité de la corrosion est maximale à l'interface entre les deux métaux et diminue avec la distance. Par exemple, si de l'aluminium et du laiton sont en contact, ou même à proximité, et placés dans l'eau de mer, une pile galvanique se forme. L'aluminium se corrode alors car il joue le rôle d'anode. Cela peut poser un problème important sur les navires où des raccords en laiton peuvent se trouver près de raccords en aluminium, tous deux immergés dans l'eau de mer. Les électrons circulent de l'aluminium (anode) au laiton (cathode) à travers l'eau de mer (électrolyte).
