Le Zamak et la résistance à la corrosion

L’alliage Zamak étant principalement composé de zinc (95%), il offre une tenue correcte face à l’oxydation en milieu abrité, mais exposé aux intempéries et surtout au contact d’une ambiance saline un phénomène de rouille blanche peut rapidement apparaitre. Celui-ci est empirique, à la manière d’une rouille rouge affectant les aciers.

Dans la plupart des cas la pièce va se ternir et si l’ambiance est agressive une poudre blanche (l’oxyde de zinc) va se former et venir attaquer sa surface. Le processus peut s’étaler sur plusieurs années voir décennies avant une destruction totale si la pièce est exposée et non-protégée, le cas le plus défavorable étant en bord de mer, non abritée.

Utilisation de lubrifiants au contact d’une pièce brute (sans revêtement de surfaces) :

• Les lubrifiants ne doivent pas contenir de produits d’origine animale ou végétale qui, en se décomposant sous l’effet du temps, formeraient un produit acide risquant d’attaquer le zamak. Les lubrifiants d’origine minérale, comme la plupart des huiles, ne présentent pas ce risque.

Afin de se prémunir du phénomène une gamme de revêtements techniques est disponible, chacun présentant leurs avantages et inconvénients (résistance, prix, aspect etc..).

Pour mesurer la résistance à la corrosion, un test de vieillissement accéléré est réalisé dans une étuve : le test B.S. (Brouillard Salin).

Les tenues des revêtements sont exprimées en Heures au test de brouillard salin.

• Le zingage :

La protection la plus courante est le zingage qui consiste à déposer une fine couche de zinc pur (inf. à 0.01mm) à la surface de la pièce par électrodéposition.
le zingage se réalise principalement en vrac en remplissant les tambours de pièces qui seront immergées dans les différents bains du process.
L’opération est également possible au bain mort/à l’attache pour les pièces plus volumineuses.

Il est réalisé selon la norme NF A 91-102 « Revêtements métalliques – Dépôts électrolytiques de zinc »

	Revêtements par zingage électrolytique sur zamak
	Noir	Blanc standard	Blanc renforcé (HTBS)	Renforcé + filmogène
Aspect	noir-brun, irisé	peu irisé	irisé bleu	irisé bleu
Tenue BS Max.	48h	96h	120h	240h
Coût	+	–	+	++

• La passivation :

Le procédé de passivation est traitement chimique par aspersion ou trempage qui provoque au séchage un mélange de chromate de zinc et d’hydroxydes qui seront partiellement déshydratés conférant à la pièce sa protection, l’épaisseur déposée est proche du micromètre et d’aspect gris clair irisé.

Dans le cas de pièces peintes, pour renforcer la tenue B.S. une passivation aura également l’avantage de favoriser la tenue de la peinture.

La passivation avant peinture est même recommandée sur des pièces qui risquent d’être exposées à l’humidité et particulièrement à une atmosphère tropicale.

A elle seule la passivation apporte une tenue B.S. moyenne de 72h et dans quelques cas jusqu’à 200h qui peut servir de protection temporaire pour du stockage de longue durée.

Explication du procédé mis œuvre pour la fabrication en fonderie zamak sous pression:

Préambule :

Le procédé nécessite l’utilisation d’une matière première sous forme de lingots (7-11kg) de l’alliage préparé par l’affineur.
La matière est réceptionnée prêt à l’emploi et accompagné de sa documentation (CCPU = Analyse matière, et identification du lot).
Le fondeur dispose de presses de différents tonnages pour répondre aux différentes tailles de moules et pièces.
Le tonnage des presses correspond à la force de fermeture exercée sur le moule pendant l’injection, les tonnages les plus répandus vont de 5 à 500t.

L’injection sous-pression :

La transformation du lingot en pièces moulées se fait à l’aide d’une presse à injecter « chambre chaude » composée d’un groupe d’injection et d’un four de fusion attelé.
Les presses « chambre froide » étant réservées à des alliages ayant un point de fusion plus élevé (typiquement l’aluminium) où la partie fusion est dissocié de la presse.

Principe de fonctionnement :

 

Explications :

1. Le cycle démarre moule ouvert avec la pulvérisation à sa surface d’un produit de poteyage (agent de démoulage).
2. Fermeture du moule.
3. Un piston est immergé dans le bain de métal en fusion et pousse la matière jusqu’au moule.
4. Le moule est refroidi par une circulation d’eau permettant à la pièce de passer à l’état solide en quelques secondes.
5. Ouverture du moule.
6. La presse actionne la plaque d’éjection à l’arrière du moule, permettant à la pièce d’être éjectée.

Autour de la presse des équipements peuvent être installés pour :

• le contrôle, à l’aide d’une balance connectée à la presse, afin de s’assurer que le moule puisse se refermer sans qu’une pièce soit encore dans l’empreinte au début du cycle suivant.
• Le dégrappage, qui consiste à séparer la carotte ayant servie à l’alimentation, de la pièce qui sera conservée. Par exemple avec l’utilisation d’un robot ou d’une cage d’écureuil.

En situation (vidéo d’archive de la société – 2004) :

Caractéristiques mécaniques de l’alliage Zamak 5 :

Caractéristique	Unité	Valeur
Résistance à la traction	MPa	300-340
Limite élastique à la traction	MPa	290-330
Module d’élasticité	MPa	96000
Allongement	%	3 à 6
Résistance aux chocs	J	65
Résistance à la compression	Mpa (0,1%)	600
Résistance au cisaillement	Mpa	270
Résistance à la fatigue 106 cycles	MPa	56
Dureté Vickers sous 5 kg	HV	85-95
Dureté Brinell H500/10/30	Kg/mm²	90-105
Module d’élasticité	Kg/mm²	10000
Module de Young	Gpa	85
Résistance au fluage pour allongement à 0,5 % – 3000h	Mpa	100
Résilience avec entaille	Kg/cm/mm²	5 à 9
Résilience sans entaille	Kg/cm/mm²	30 à 35
Flexion transversale	mm	4 à 5
Résistance aux entailles	Kg/mm²	30 à 35

Caractéristiques physiques de l’alliage Zamak 5 :

Caractéristique	Unité	Valeur
Densité	g/cm3	6,6 à 6,7
Point de fusion	°C	380 à 386
Chaleur spécifique	cal/g/°C	0,102
Contenu thermique	cal/s/cm/°C	0,26
Capacité thermique	J/Kg/°C	419
Conductivité thermique	Wm-1 °K-1	110
Coefficient de dilatation thermique	μm/m/°C	27,4
Résistivité électrique à 20°C	μ/Ω/cm	6,55
Conductivité électrique	% IACS	26
Coefficient de frottement	–	0,08
Retrait	%/00	4 à 6
Retrait linéaire de solidification	%	11,7

Composition chimique – Norme de désignation matière (lingot) ZL5 : selon NF EN 1774

	Min.	Max.
Al	3,8	4,2
Mg	0,035	0,06
Cu	0,7	1,1
Pb	–	0,003
Fe	–	0,02
Cd	–	0,003
Sn	–	0,001
Si	–	0,02
Ni	–	0,001
Zn	Le solde

Note: Norme matière (pièces) : ZP5

Usure du zamak au contact :

	Indice d’abrasion, en 1/10° de mm
	Charge 10 kg	Charge 20 kg	Charge 50 kg
Alliage d’aluminium	18,8	32	78,6
Laiton (moulé)	11,3	20,5	39,2
Bronze (moulé)	7,2	12,5	20,6
Zamak (moulé)	8,8	14,8	24,2
Laiton (tréfilé)	3,3	5,9	10

A propos des tests d’usure :

Les tests ont été effectués par référence aux alliages d’aluminium à 6% de cuivre, de laiton 60/40, de bronze 90/100, sur des échantillons cylindrique de 15mm de section (1.77cm2 de section) pressés sur un disque de fonte dure, mouillée avec de l’eau mélangée à du sable très fin, avec une charge variable.
Après un nombre de tours correspondant à un parcours de 100m on a mesuré l’épaisseur de la couche enlevée.
Cette épaisseur exprimée en dixième de mm a fourni des données relatives d’abrasion.

Le zamak, dans les conditions lesquelles ont été effectués les tests, est moins usé que le laiton, seul le bronze 90/100 a de meilleurs résultats.

La résistance optimale à l’usure est un des facteurs de succès du zamak dans la construction des engrenages.

Comment choisir un revêtement en peinture pour vos pièces zamak :

Préambule :

Les exigences des cahiers des charges (milieu ambiant, finition, résistance,
tenue BS, UV…) doivent être définies par le prescripteur afin de déterminer le
choix de la peinture et de son processus d’application.
Ainsi certaines exigences peuvent impliquer l’application ou non d’un primaire
d’accrochage, d’un traitement de conversion chimique ou d’un vernis.
Plusieurs procédés peuvent répondre aux attentes et seront définis en fonction :
– De l’aspect demandé
– Des quantités à produire
– Du cahier des charges technique

Composition d’une peinture :

Trois groupes de composants constituent essentiellement une peinture :

Les liants :
Leur nature chimique conditionne leur mode de séchage (air, air forcé, four).
Ils sont, soit thermoplastiques, soit thermodurcissables. La classification
des liants est établie dans la norme NF T 36-005 « Peintures et vernis –
Classification des peintures, des vernis et des produits connexes ».

Les pigments ou matières de charge :
Ils sont utilisés pour assurer une ou plusieurs de ces trois fonctions :
• inhibitrice de corrosion,
• décorative,
• mécaniques/chimiques.

Les solvants et diluants (pour peintures liquides) :
Leur action est de dissoudre et fluidifier le liant pour permettre l’application de
la peinture en couches minces.

On distingue 5 grandes familles :
• les hydrocarbures,
• les solvants chlorés,
• les cétones, esters, éthers, éthers-esters,
• les alcools,
• I’eau.
Le choix du solvant dépend du mode d’application (trempé, pistolet).

Le choix d’une peinture par cataphorèse :

De couleur généralement noire, elle offre une excellente protection contre la
corrosion.
Cette peinture convient pour des pièces qui n’ont pas de critère d’aspect
élevé.
Ce procédé permet de protéger toutes les zones d’une pièce de forme
complexe ou d’un assemblage de différentes pièces métalliques.
Remarques : les zones borgnes et profondes empêchent le dépôt de la
peinture (rétention d’air).
L’automatisation des lignes de cataphorèse permet de réduire les coûts de
ce traitement, il est en général 30% moins cher qu’une application en thermolaquage.

Epaisseur du traitement : 15-25µm

Principe d’application :

La pièce ou l’ensemble de pièces est trempée dans la peinture, puis reliée à
la cathode de l’installation. Après introduction dans la zone sous tension, on
a électrolyse de l’eau contenue dans la peinture et donc libération des ions
OH-, ce qui entraîne une élévation du pH.
Ce changement d’acidité provoque la coagulation de la résine à la cathode,
véritable réaction physico-chimique dont la vitesse est maîtrisable par le biais
du contrôle de la température. Le film de résine coagulée est insoluble dans
l’eau et hydrophobe ; de ce fait, on pourra éliminer les excédents de peinture
par lavage à l’eau ou par électro-osmose (expulsion de l’eau hors du film). Les
pièces peintes sont ensuite étuvées afin d’assurer la polymérisation du film
avec un temps de passage de 20 à 30 minutes.

Pour le zamak, on utilise la technique dite de cataphorèse à basse
température. Les produits utilisés réticulent à des températures inférieures
à 180°C en appliquant des épaisseurs de dépôts comprises entre 10 et 40
micromètres.
La cataphorèse est réalisée après phosphatation ou chromatation. Les
variations de l’épaisseur des dépôts n’excèdent pas 5 micromètres.
Les solvants sont généralement à base d’eau, d’acide et de glycol.

Le choix d’une peinture liquide :

Il est privilégié quand un thermolaquage n’est pas envisageable :

• Quand l’aspect demandé ne peux pas être obtenu autrement (gloss, vernis coloré).
• Quand les épaisseurs allouées au revêtement sont réduites.
• Quand les pièces sont sensibles au dégazage

Note : une application de peinture liquide est au moins 50% plus onéreuse qu’un thermolaquage.

Il existe une grande variété de peintures liquides applicables sur alliages de
zinc. Le choix dépendra des conditions d’utilisation des pièces, décoration,
résistance à la corrosion et de son mode de séchage (air, air pulsé, cuisson).
La rugosité des pièces à peindre est un facteur important. Des pièces lisses
nécessiteront un prétraitement d’accrochage, soit de type chromatation,
passivation ou phosphatation dans le cas de recherche de bonnes propriétés
anticorrosion, soit de type peinture primaire qui sert de couche d’adhérence
(épaisseur inférieure à 10 μm). On obtiendra un aspect lisse pour des pièces
à faible rugosité, une forte rugosité facilitera I’accrochage des dépôts, mais
pourra nuire à la bonne venue des pièces de fonderie (contre-dépouilles sur
les faces parallèles au sens de démoulage).
Les méthodes d’application les plus répandues sont :
• pistolet pneumatique,
• pistolet Airless, Airmix.
Il existe une multitude de produits applicables sur le zamak (polyester,
glycérophtalique, …) qui ont leurs propres caractéristiques d’emploi.

Le choix d’un thermolaquage (peintures poudres) :

Assurant à la fois une bonne protection contre la corrosion et une présentation
attrayante des pièces moulées sous pression, les peintures poudres ont un
excellent pouvoir couvrant. Les épaisseurs déposées sont de l’ordre de 60 à
80 micromètres (dépôt minimum 40 micromètres) et sont appliquées, soit au
pistolet manuel électrostatique, soit sur des lignes automatisées.
Les peintures poudres peuvent recouvrir des pièces brutes de fonderie
(dégraissées) ou être appliquées après chromatation ou phosphatation pour
les cas d’utilisation en classes 3 et 4.
Il existe 3 familles de peintures poudres :
• les époxys,
• les époxys/polyesters,
• les polyesters.
Leurs performances sont explicitées dans les tableaux ci-dessous.
• Conditions d’utilisation
Dans les cas d’applications particulières, le tableau ci-dessous donne les
caractéristiques à température ambiante :

Les aspects décoratifs :

Application :

Les peintures en poudre s’appliquent par projection de la poudre chargée
électrostatiquement sur la pièce à peindre reliée à la masse. La poudre est
ensuite polymérisée dans un four. Les températures et les temps de cuisson
doivent être adaptés au type de poudre choisie (voir avec fournisseurs).

L’optimisation du remplissage de l’empreinte permet de minimiser les
inclusions d’air qui peuvent générer des cloques lors de la cuisson.

Remarques :

• Si l’on recherche une résistance au SO2, le choix des pigments
  (coloration) est très important.
• Les tenues des peintures sur chromatation ou phosphatation sont
  supérieures à celles sur pièces brutes.
• L’accrochage est facilité lorsque les pièces sont peintes peu de temps
  après le traitement chimique (chromatation, phosphatation).

Tableau des résistances des peintures poudres sur zamak :

Données recueillies à partir de l’ouvrage « Les Alliages de Zinc de A à Z » Ed. etif – ISBN : 978-2-71-190232-3