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Le traitement chimique des aciers inoxydables

Ci-dessous, sauf mention contraire, cet article est valable uniquement pour les aciers inoxydables austénitiques. Selon la nuance d'inox traitée et de la température ambiante, les temps d'application des produits sont susceptibles de varier.

Il existe plusieurs raison quant à l'utilisation de traitement de l'inox. Les trois principales sont d'une part l'enlèvement des traces de chauffe noires de la Zone Affectée Thermiquement (ZAT) après Soudure, la seconde est que contrairement à sa dénomination, l'acier inoxydable austénitique est soumis à la corrosion dû à sa teneur en fer (bien que proportionnellement faible) le traitement permet donc d'enlever les traces d'oxydation de fer. La troisième raison peut être l'amélioration de la rugosité de la matière pour en améliorer la nettoyabilité, notamment avec le procédé d'électropolissage.

Cet article est destinée à expliquer le principe de fonctionnement et l’effet des 4 principaux types de traitement de surface des aciers inoxydables austénitiques (plus exactement sur les inox 304 et 316). A ce stade de l'édition de cette page encyclopédique, les explications ci-dessous sont données dans les grandes lignes et peuvent être inexactes sur certains aspects, il est conseillé de consulter un spécialiste avant de mettre en place ou d’utiliser ces produits et ces process.

Le process "commun" d’un traitement de surface de l’inox

Ces trois étapes (1 ; 2 ; 3) sont dans l’ordre chronologique d’un traitement conventionnel de l’inox dit « dégraissage, décapage, passivation ». Un rinçage de la pièce doit être effectué entre chaque étape et un rinçage final est requis après application du dernier produit. En fonction de la situation initiale et de l'état final recherché, il est possible de réaliser seulement une ou deux étapes :

1- Dégraissage (dégraissage, décontamination)

Principal composant de la solution : acide phosphorique (non exhaustif).

Types d’application : en pulvérisation, bain, application au pinceau/chiffon, circulation pour les tuyauteries (formulation spécifique sans mousse pour ce cas).

Enlèvement de matière : minime ; principalement les oxydes de fer et certaines particules de carbone.

Dégradation / amélioration de la rugosité : Presque aucun changement (sauf en cas de rouille relativement dense sur la surface où une amélioration de la rugosité plus ou moins prononcée peut être constatée).

Utilisations : Permet principalement de nettoyer la surface de la matière : poussières, huiles, etc… (valable pour les dégraissants basiques (PH14) et acides (PH0)). Ce procédé à pour objectif de soit simplement nettoyer l'inox, soit de le préparer pour la prochaine étape de traitement (décapage, passivation ou électropolissage) afin d’obtenir un résultat homogène et uniforme lors de l'application de celui-ci. Les dégraissants à base d’acide phosphorique permettent également d’enlever la rouille de légère à moyenne.

2- Décapage

Principe actif le plus répandu : acide nitrique et acide fluorhydrique - mélange vulgarisé acide fluo nitrique (non exhaustif).

Types d’application : en pulvérisation (formulation en gel coloré), bain, application au pinceau (formulation en gel - exclusif aux cordons de soudure), circulation pour les tuyauteries.

Enlèvement de matière : oui

Dégradation / amélioration de la rugosité : dégradation de rugosité relativement importante dépendant de la durée d'exposition, de la concentration des composants de la solution et de la température ambiante.

Utilisations : Permet principalement d’enlever le noir de la ZAT (Zone Affectée Thermiquement) ou cordon de soudure en uniformisant l’aspect et la couleur extérieure de la matière en la rendant légèrement mate voire blanchâtre en fonction de la durée d'exposition. Ce procédé ronge au niveau microscopique tous les éléments présents en surface de la matière composant l'inox y compris la « couche passive » (Voir étape de passivation ci-dessous), fragilise l’inox au niveau chimique (forts risques d’oxydation si exposé à l’humidité, la chaleur, le sel ou le chlore par exemple). Une étape de passivation est en général fortement recommandée après cette étape en dépit du fait que la couche passive puisse se constituer naturellement avec l'oxygène contenue dans l'air ambiant.

Note : dans le langage courant, il est fréquent que les acteurs du domaine confondent le décapage et la passivation qui sont deux procédés distincts ayant des fonctions différentes.

3- Passivation

Principes actifs les plus répandus : acide nitrique, acide citrique ou peroxyde d’hydrogène.

Types d’application : en pulvérisation, bain, application au pinceau, circulation.

Enlèvement de matière : NON

Dégradation / amélioration de la rugosité : AUCUN

Utilisations : Permet de créer « rapidement* » une couche d’oxyde de chrome à la surface de la matière. Cette couche passive permet de protéger l’inox et de le faire résister plus longtemps face aux potentielles agressions chimiques extérieures (humidité, chaleur, sel ou chlore par exemple). Il faut savoir que l’oxygène contenu dans l’air ambiant oxyde naturellement une partie du chrome de l’inox mais celle-ci sera moins épaisse et se constituera plus lentement** qu’une passivation chimique.

* Sous 12h à 24h

** Sous 24h à 48h

Polissage et décapage électrolytique

Le décapage et le polissage électrolytique sont deux procédés d'Électro-érosion utilisés pour améliorer l'état de surface de la matière (lissage des crêtes de la matière au niveau microscopique). En 2023, il existe deux principaux procédés d'électropolissage.

Le polissage électrolytique en bain

Prince actif le plus répandu : mélange d’acide phosphorique et d'acide sulfurique

Types d’application : bain uniquement

Enlèvement de matière : OUI

Dégradation / amélioration de la rugosité : AMELIORATION

Utilisations : Process qui a pour principal but d’abaisser la rugosité de la matière. Grace à un système d’anodes, de cathodes et d’électrolyte, cette technique fonctionne avec le principe d'Électro-érosion en "rongeant" tous les éléments de la surface de la matière y compris les oxydes de fer. Le fait d’améliorer le Ra permet de mieux protéger l’inox face aux potentielles agressions des éléments contaminants (humidité, chaleur, sel ou chlore par exemple) car ceux-ci s’incrusterons moins profondément dans la matière sur une surface lisse que sur une surface plus rugueuse. L’électropolissage permet d’améliorer la nettoyabilité de la matière (plus une surface est lisse et plus elle est nettoyable facilement) tout en ayant un aspect esthétique brillant permettant de constater immédiatement une éventuelle "salissure" (tâche) de la matière. Une étape de dégraissage est obligatoire avant électropolissage et une étape de passivation est fortement recommandée après. Cette technique de traitement est très prisée des industries agro-alimentaire et pharmaceutiques notamment grâce à la facilité de nettoyage de la matière post traitement.

Les machines portatives d’électropolissage/décapage sous courant

Prince actif le plus répandu : acide phosphorique à forte concentration ou solution alcaline (non exhaustif).

Types d’application : application au pinceau ou au tampon (sous courant faisant ainsi office de cathode).

Enlèvement de matière : OUI

Dégradation / amélioration de la rugosité : AMELIORATION (mode électropolissage) ; aucun voire légère dégradation (mode décapage).

Utilisations : Process qui à pour but principal d’enlever le noir de la ZAT des cordons de soudures (fonctions électropolissage ou décapage) afin de décontaminer la pièce (enlèvement des oxydes de chauffe sujettes à oxydation) et de la rendre plus uniforme esthétiquement parlant. Cette technique est destinée à remplacer la « traditionnelle » pâte décapante pour cordons de soudures, en effet, après électropolissage sous courant, il n'est pas nécessaire d'effectuer un rinçage abondant haute pression de la pièce. De plus, cette technique utilise des composés moins nocifs (pas d’acide nitrique, sulfurique ou fluorhydrique) et créée des déchets moins contraignants. C’est un procédé plus en plus prisé sur les chantiers dans les industries agro-alimentaires ou pharmaceutiques dû à l’absence de pictogrammes « toxique », de gestion de déchets liquides et limitant les dommages sur les sol en cas de gouttes tombant dessus.

Sécurité

Lors de l’achat d’un produit de traitement de surface de l’acier inoxydable, le fabricant et/ou le revendeur sont tenus par la loi de fournir une Fiche de Données de Sécurité (FDS) énonçant entre autres les composants dangereux du produit, leur teneur approximative ainsi que les EPI que l’opérateur doit porter lors de la manipulation, l'utilisation et le stockage de celui-ci. Voici la tenue complète qui convient pour la plupart de ces produits, il va de soi que tous ces derniers doivent être homologués pour être résistants aux produits utilisés :

- Gants : allant jusqu’au poignets au minimum, il en existe également allant jusqu’au coudes ou épaules.

- Lunettes : peuvent être tolérées pour l’utilisation de quelques produits (électropolissage au tampon par exemple mais sous certaines conditions) ou lors de certaines phases de rinçage (dégraissants peu ou pas dangereux par exemple).

- Masque à cartouche : c’est l’EPI le plus polyvalent car accepté (requis) pour presque tous les produits mais pas dans toutes les situations. La cartouche du masque doit être choisie avec la plus grande vigilance car le code couleur inscrit dessus doit être au minimum A2B2E2K2P3 (code couleur : marron, gris, jaune, vert, blanc). En cas de doute, l'utilisateur doit bien se renseigner sur le type de cartouche à utiliser auprès des spécialistes du domaine, cela est une information vitale pour l'opérateur avec un danger de maladie grave voire de mort si le matériel utilisé n'est pas conforme.

- Appareil Respiratoire Isolant (ARI) : utilisation requise en cas de travail en milieu confiné (cuves par exemple) où l’acide peut remplacer l’oxygène de l’air ambiant. L'utilisation d'un ARI se fait en binôme constitué d'un opérateur constamment surveillé par une personne formée.

- Cagoule : si utilisation de masque ou ARI, celle-ci permet de créer une étanchéité à l’air entre le visage et le masque de l’opérateur tout en protégeant son crane en cas de problème avec la capuche de la combinaison.

- Combinaison étanche : permet d’éviter les projections de produits sur une large partie du corps de l’opérateur : des chevilles au cou jusqu'aux poignets. Celle-ci doit comporter une capuche qui doit être rabattue par-dessus le masque de l’opérateur pour éviter les infiltrations.

- Bottes de sécurité étanches avec coque : pour protéger les pieds de l'attaque chimique et d'éventuelles chutes d'objets/pièces.

Matériel d’application des produits :

D'après la législation française, l’application et le rinçage des produits doivent être effectués sur une zone de rétention étanche et résistante aux acides. Il existe deux solutions techniques à cette contrainte : le génie civil ou il faut modifier (raboter voire creuser) le sol de la zone prévue au traitement des inox avec une légère pente et de recouvrir les parois de résine polyuréthane (pour l’étanchéité et la résistance aux acides) avec une fosse de relevage sur le fond de la zone pour la récupération des effluents. Il existe également des module de pulvérisation mobile (faite en chaudronnerie plastique) de plus petite taille mais qui permet d’éviter le génie civil avec une pompe de relevage directement intégrée au module pour stocker les effluents.

Une zone de traitement non conforme expose son utilisateur à des poursuites judiciaires (délit), ainsi qu'à des obligations de dépollution des sols contaminées.

Pulvérisation

Il y a deux principales solutions deux types de solution pour la pulvérisation :

Pulvérisateur manuel de petit volume efficace pour les petites pièces. L’inconvénient de ce type d’application est que l’opérateur doit ajuster la pression et remplir le réservoir régulièrement.

Pompe pneumatique à membrane en général de 1" ou 1/2", utilisée pour les pièces plus grandes avec un flexible d’entrée de pompe directement inséré dans un bidon de 25kg, un fût de 200 L, voire dans un conteneur (IBC) de 1000 L.

Bain d’immersion

C’est la solution généralement considérée comme la plus simple pour l’application des produits car il suffit d’immerger la pièce pendant une heure en moyenne (pour le 304 et le 316) sans que l’opérateur n'ai besoin de s’en occuper (temps masqué) sauf pour les étapes de manutention et de rinçage. La limite de ce type de traitement est la taille de la pièce car plus celle-ci est grande et plus le bain doit être volumineux. Il faut savoir qu'en France, un bain de plus de 1500 L est soumis à déclaration et contrôle (contre une simple déclaration en préfecture en dessous de cette valeur) des organismes d'état. Le bain doit être placé sous rétention plastique ou inox (ou double enveloppe) ou sur une zone étanche prévue à cet effet (cf. génie civil évoqué en introduction de cette partie ci-dessus).

Retraitement des effluents

Les effluents de rinçage et les produits en fin de vie ne doivent pas être rejetés aux égouts ou dans la nature car le Potentiel d'Hydrogène (PH), les composants (acides nitrique, phosphorique, fluorhydrique…) et les métaux lourds arrachés à l’inox (nickel, chrome, manganèse) sont nocifs pour les systèmes d’épuration, la faune, la flore et l’Homme. Il convient donc de les retraiter, voici les différents moyens de traitement des effluents.

Relevage puis stockage

C’est la technique la plus employée car économiquement avantageuse pour de petits volumes (généralement moins de 40 m³ à l'année). Elle consiste à relever les effluents sur la zone de traitement puis les stocker soit dans un conteneur de 1000L soit dans une cuve de stockage double enveloppe prévue à cet effet. Une fois le contenant plein, un transporteur certifié ADR doit venir le récupérer (ou pomper directement dans la cuve) pour ensuite envoyer les effluents dans un centre de destruction agrée. Une fois ces effluents détruits, il est envoyé un Bordereau de Suivi de Destruction des déchets (BSD) qui fait preuve de bonne foi de l'utilisateur auprès des organismes étatiques en cas de contrôle.

Système de retraitement des eaux

Pour les gros producteurs d’effluents (plus de 40m3 à l’année) il existe des solutions de retraitement des eaux en circuit fermé permettant de dépolluer les effluents puis de réutiliser cette eau pour effectuer le rinçage des pièces. Les deux principaux procédés de retraitement des eaux sont l’évaporateur sous vide et la station physico-chimique. L’évaporateur sous vide consomme beaucoup d’énergie mais permet d’obtenir une très bonne qualité d’eau (déminéralisée) et une maintenance d’en moyenne 30 minutes à 1 heure par jour. La station physico-chimique est un procédé peu énergivore mais requiert une maintenance d’environ 2h par jour pour une qualité d’eau variable en fonction de beaucoup de facteurs. Ce dernier procédé est voué à devenir obsolète dans les prochaines années.

Il faut savoir que des organismes d’état tels que l’ADEME et potentiellement la région peuvent financer une partie de ces projets, ceci est d’autant plus valable pour les utilisateurs localisés dans des régions telles que la Bretagne où certaines algues vertes sont envahissantes et combattues (les nitrates favorisant leur apparition, les étapes de décapage et de passivation contenant de l’acide nitrique).

Sources :

https://www.dbpmayet.com/traitements-des-metaux-w1.html