Les couches de conversion à base d’oxydes de titane et de zirconium s’appliquent par aspersion, immersion ou roll coating.  Les conditions opératoires exactes sont fonction des caractéristiques désirées de la couche de conversion.  Après le traitement de conversion, il est courant de déposer un revêtement organique sur les pièces. 

Préparation de surface

La mise en œuvre de couches de conversion à base d’oxydes de titane et/ou de zirconium nécessitent une préparation de surface soignée afin de rendre le métal réactif pour la réalisation d’une couche de conversion uniforme de bonne qualité.

La mise en œuvre de couches de conversion à base d’oxydes de titane et/ou de zirconium nécessitent une préparation de surface soignée afin de rendre le métal réactif pour la réalisation d’une couche de conversion uniforme de bonne qualité.

Outre l’élimination des souillures organiques et des oxydes superficiels, les procédés de conversion sans chrome exigent une gestion des rinçages particulièrement soignée.  En effet, de faibles niveaux de contamination peuvent provoquer une inhibition de la réaction de conversion par interaction avec les principes actifs du produit.  Il est donc nécessaire d’effectuer un double rinçage avant l’étape de conversion : rinçage en cascade à l’eau de ville, suivi d’un rinçage à l’eau déminéralisée.  L’eau incluse dans le film résiduel de surface doit présenter une conductivité inférieure à 30 µS/cm, voire dans la mesure du possible, 10 µS/cm pour prolonger la durée de vie du bain de conversion.

Procédé

Le bain est une solution aqueuse de fluorures de titane et/ou de zirconium et de polymère(s).  Les concentrations en éléments actifs sont très réduites comparées aux traitements de chromatation.

Solutions utilisées

Les sources de titane et de zirconium sont principalement des composés fluotitanates et fluozirconates tels que les acides H₂TiF₆ et H₂ZrF₆ ou des sels métalliques alcalins et ammoniacaux.  Les autres types de sels de titane et de zirconium combiné avec HF ou d’autres sortes de composé donneur de fluor (NH₄F, KF, NaF, NH₄×HF,…) sont moins appréciés suite à l’influence possible des anions ajoutés.

Paramètres influençant le traitement

La concentration minimale de fluor doit permette de se combiner avec la totalité du zirconium et du titane pour former des complexes solubles.  En outre, lors de la formation de la couche de conversion, la solution acide attaque le substrat métallique, la solution doit donc contenir suffisamment de fluor pour permettre de complexer la partie dissoute du substrat.  Dès lors, si le fluor est introduit dans la solution sous forme de complexes de titane et de zirconium, il faut prévoir une autre source donneuse de fluor.  Il faut toutefois se méfier d’une concentration trop importante en fluor libre qui entraînera un décapage anormal de la surface et donnera un aspect mat à la surface.  Le maximum de fluor libre admissible est généralement fixé à 500 mg/l.

Les gammes de pH s’étalent de 2 à 4,5.  La limite supérieure de pH est directement liée à la solubilité du Ti et du Zr.  Si cette limite est dépassée, des précipités de titane et de zirconium apparaissent sous une forme d’oxydes non désirés.  La limite inférieure dépend de l’attaque de la surface métallique car une attaque trop importante conduit à la formation d’une couche de conversion non uniforme.  Cette limite inférieure du pH est donc liée à la concentration en fluor libre.  Les ajustements du pH sont principalement assurés par des produits commerciaux ou de l’acide nitrique.

Eu égard à la sensibilité du procédé, il s’avère indispensable d’éviter tout apport dans le bain de conversion des éléments suivants : fer – phosphates – sulfates – chlorures.  Les produits de préparation de surface, l’eau et les équipements doivent tenir compte de ces contraintes (équipements en matériau plastique et en acier inoxydable).

Analyse et suivi des bains

Pour un bain en fonctionnement, le contrôle porte sur les deux paramètres : le pH et l’acidité libre.

• Le pH du bain doit être maintenu entre 2 et 4,5 et les corrections sont effectuées par addition de produit commercial ou d’acide nitrique.
• L’acidité libre du bain est mesurée sur base du titrage à la soude d’un échantillon du bain préalablement refroidi à température ambiante, en utilisant du bleu de bromophénol comme indicateur.  Des équations mathématiques propres aux fournisseurs de solution permettent de déterminer la quantité de produit commercial à rajouter.

Outre ces contrôles courants du bain, des contrôles complémentaires (suivi périodique) doivent être effectués pour surveiller la teneur en Zr et Ti, F^-, ainsi que des mesures de DCO pour mesurer la teneur en polymères.

Remarques

Le traitement des rejets des bains de rinçage se fait en précipitant les fluorures par neutralisation à la chaux à un pH de 9,5.  Ensuite, on procède à des ajustements du pH entre 6,5 et 9 et on décante les boues formées.

La durée de vie du bain est fonction du degré de contamination par les polluants (coloration jaunâtre et éventuellement mousse dans le bain) qui influencent la stabilité des polymères et des sels dissous de zirconium et de titane.

L’addition de polymères dispersibles ou solubles dans l’eau permet de générer un film organique lors du séchage.  Les effets conjugués des oxydes de titane et/ou de zirconium sont synergiques même pour de faibles concentrations.  Outre une meilleure résistance à la corrosion et une meilleure adhérence des couches organiques, cette méthode permet de supprimer les bains de rinçage par un effet de séchage sur place si le polymère dispersible est correctement choisi.

Post-traitement

Les composants du bain réagissent complètement avec la surface du substrat.  L’excès de solution, après formation de la couche de conversion, doit donc être éliminé car il peut être la cause de surépaisseurs provoquant des problèmes d’adhérence.  On peut notamment citer le cas des dépôts se formant au bas des profilés traités dans des installations verticales.  Cette élimination peut se faire par une pulvérisation d’un brouillard d’eau déminéralisée ou par soufflage d’air.

L’opération de conversion doit être terminée par un séchage des pièces avant l’entrée dans le tunnel de peinture.  La déshydratation de la couche amorphe est une étape délicate.  La température de séchage de la couche de conversion ne peut dépasser les 100°C.  En effet, si l’évaporation est trop rapide, la couche perd ses caractéristiques protectrices.

Après séchage, les pièces traitées peuvent subir un revêtement organique.  Ce traitement doit être effectué, de préférence, dans la journée.  La couche de conversion obtenue résiste à la cuisson des poudres (200 à 220°C).