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I. PRESENTATION DE « MAFER »

Le secteur du traitement de surfaces est formé par des entreprises, surtout petites et moyennes,

dédiées à la modification de la structure première d’une surface – métallique ou non – en vue de lui

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offrir certaines conditions de résistance aux agents externes, de finition décorative, etc. Il s’agit,

pour l’essentiel, d’ateliers dont le niveau de technicité est, dans l’ensemble, moyen-bas.

L’utilisation d’une grande diversité de composants chimiques, dont beaucoup peuvent être

hautement toxiques et polluants, constitue une autre caractéristique du secteur.

Dans ce chapitre, nous présentons quelques informations générales sur la société « MAFER » et

aussi une description des différents ateliers de traitement de surface existant à cette société ainsi les

matériels utilisés soit pour le suivi ou le contrôle de qualité des pièces.

1.1. Les informations technico-commerciales de MAFER

Dans le tableau suivant nous résumons les informations technico-économiques de « MAFER » :

Capital 4.500.000 DHs

Effectif de la société 36 personnes

Principes activités de la société Chromage, zingage, nickelage, Laitonnage, Etamage, cuivrage, …

Type de métaux traités Acier, cuivre, zamak

Revêtements métalliques utilisés Zingage électrolytique (acide et alcalin), Chromage électrolytique, Nickelage électrolytique, Cuivrage électrolytique, Laitonnage, Etamage, Passivation jaune et bleu, Nickel noir.

Alimentation en eau Puits, Eau potable, Eau déminéralisée.

Nombre et type de bains de rinçage 48 bains de rinçages (10 rinçages morts et 38 rinçages courants).

Nombre des bains de Prétraitement 26 bains (dégraissage chimique, cathodique et anodique ; décapage ; dépassivation).

Nombre des bains de Revêtement (Chimique et électrolytique)

24 bains (nickelage, chromage, cuivrage, laiton, étamage, nickel noir, zingage, passivation,…).

Autres matériels 16 Redresseurs, 13 Tonneaux et 6 Filtres

1.2. Description de l’atelier de MAFER

L’atelier de MAFER est constitue de quatre chaine de traitement de surface, chaque chaine est

composé de cuves dont l’objectif principal est de mettre en contact des pièces métalliques avec des

produits chimiques de façon à modifier l’état de ces pièces et un petit atelier pour le polissage.

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1.2.1 Chaîne 1

La première chaine est la chaine de Zingage acide par tonneau ou on traite des pièces en Zamak et

en Acier le schéma suivant nous permet d’avoir une petite idée sur les utilisées pour traiter les deux

types de pièces :

Pièces en Zamak Pièces en AcierDégraissage chimique Dégraissage chimique

Rinçage courant Rinçage courantDégraissage cathodique Décapage chimique

Rinçage courant Rinçage courantDépassivation chloridrique Dégraissage Anodique

Rinçage courant Rinçage courantZingage acide Dépassivation chloridrique

Rinçage courantZingage acide

Après la déposition du zinc en effectue un rinçage mort et un autre courant pour éliminer les traces

de la solution du bain de zingage et après on traite les pièces dans un bain de passivation jaune ou

bleu selon l’exigence des clients.

1.2.2 Chaîne 2

La deuxième chaine est la chaine de Nickelage et chromage par accrochage ou on trouve aussi deux

bains de cuivrage qui sont nécessaire avant le nickelage et chromage après le nickelage pour assurer

le revêtement total contre la corrosion et autre contraintes.

Pour cette chaine on traite trois types de pièces : Zamak, Acier et Cuivre et le schéma suivant nous

donnes les trois gammes utilisées pour les différentes pièces traitées :

Pièces en Zamak Pièces en Cuivre Pièces en AcierDégraissage chimique Dégraissage chimique Dégraissage chimique

Rinçage courant Rinçage courant Rinçage courantDégraissage cathodique décapage Décapage

Rinçage courant Rinçage courant Rinçage courantDépassivation chlorhydrique Dégraissage anodique Dégraissage anodique

Rinçage courant Rinçage courant Dégraissage cathodiqueCuivrage Dépassivation sulfurique Rinçage courant

Rinçage courant Rinçage courant Dépassivation chlorhydriqueDépasssivation sulfurique Nickelage Rinçage courant

Rinçage courant Rinçage mort CuivrageNickelage Rinçage courant Rinçage courant

Rinçage mort Chromage Dépassivation sulfurique

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Rinçage courant Rinçage courantChromage Nickelage

Rinçage Chromage

1.2.3 Chaîne 3

La troisième chaine est réservée aussi pour le nickelage mais il existe aussi deux nouvelles

traitement qui sont le laitonnage et l’étamage mais selon le besoin du client.

Les gammes existant dans cette chaine sont les suivantes :

Pièces en Zamak Pièces en Cuivre Pièces en AcierDégraissage chimique Dégraissage chimique Dégraissage chimique

Rinçage courant Rinçage courant Rinçage courantDégraissage cathodique décapage Décapage

Rinçage courant Rinçage courant Rinçage courantDépassivation chlorhydrique Dégraissage anodique Dégraissage anodique

Rinçage courant Rinçage courant Dégraissage cathodiqueCuivrage Dépassivation sulfurique Rinçage courant

Rinçage courant Rinçage courant Dépassivation chlorhydriqueDépasssivation sulfurique Nickelage Rinçage courant

Rinçage courant Rinçage mort CuivrageNickelage Rinçage courant Rinçage courant

Rinçage mort Dépassivation sulfuriqueRinçage courant Rinçage courant

Nickelage

1.2.4 Chaîne 4

La quatrième chaine est une petite chaine de Zingage alcalin constitue par neuf bains : deux bains de décapage, deux bains de dégraissage, trois bains de rinçage et deux bains de passivation bleu et jaune.

Cette chaine est entrain de réorganisée pour être plus efficace et plus productive.

1.2.5 Opérations prétraitement

Il existe chez MAFER un atelier pour le polissage des pièces pour éliminer le maximum des saletés

sur la surface des pièces et d’autres opérateurs qui sont responsable sur le décapage manuel des

pièces par des acides forts (acide chromique) et autre qui font le nettoyage des pièces qui possède

plus de graisses par des dégraissants spécifiques.

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1.2.6 Comment on traite des pièces

Le passage d'un bain à un autre s'effectue à l'aide de différents systèmes de

manipulation :

Le cadre, support sur lequel les pièces sont suspendues. Il est

surtout utilisé pour les pièces volumineuses.

Le tonneau, récipient souvent octogonal fermé et mis en rotation. Il est surtout utilisé pour

des pièces de petite ou de moyenne taille supportant les frottements dus aux brassages.

Ces systèmes sont manipulés soit manuellement, chaine 4, ou semi-automatique qui descendent et

remontent les pièces des bains puis les font passer d'un bain à un autre.

1.3. Le Laboratoire

1.3.1 Description du laboratoire

Une petite salle pour les analyses et le contrôle qualité des pièces (notamment les pièces zinguées).

Le chimiste effectue chaque jour le suivi des chaines de traitement par la mesure de : densité, PH,

température et l’ampérage. Pour cette raison le laboratoire est équipé par des appareils et des

matériels nécessaires pour effectuer ces actions.

Figure 5 : Laboratoire de MAFER

2.3.2 Le matériels et les appareils du laboratoire

a. Microtest

Sur chaque pièce à contrôler, il y a lieu de relever l'épaisseur au moins sur cinq plages de mesure en procédant de 3 à 5 lectures individuelles de l'épaisseur à chaque plage à l’aide d’un appareil de mesureur d'épaisseur de revêtement. Figure 6 : mesureur d’épaisseur

La mesure d’épaisseur se fait seulement pour les pièces en aciers zinguées.

b.PH-mètre

Chaque jour on doit effectuer une mesure de PH et de température

pour chaque bain soit de prétraitement ou de revêtement pour vérifier

les normes de travail, cette mesure se fait à l’aide d’un PH-mètre.

Figure 7 : PH-mètre

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c. Métrix

La vérification d’ampérage est effectuée par l’électricien et après par le chimiste pour assurer la

densité de courant nécessaire pour chaque bain soit pour les bains de revêtements (nickelage,

cuivrage,…) ou pour les bains de dégraissage cathodique et anodique pour cette raison il est

important d’avoir un mesureur d’ampérage et de voltage « métrix ». Figure 8 : Métrix

d. mesureur de densité

Les normes utilisées à MAFER nécessitent le contrôle de la densité des

bains de revêtements par le chimiste d’une façon journalier par un

mesureur de densité.

Figure 9 : mesureur de densité

e. Redresseur et la cellule

le redresseur est utilisé pour l’utilisation des cellules de Hull pour

confirmé la qualité de l’électrolyte des bains (chrome, cuivre, nickel, …)

en général la cellule est un petit bain pour vérifier la qualité du dépôt ou on

utilise des plaques de laiton bien préparées (polissage, dégraissage,

décapage, …) et on met la plaques sur une coté de la cellule et l’anode de l’autre coté avec un

ampérage bien précis selon la surface de la plaque et selon les résultats (le dépôt sur la plaque) on

doit effectuer une correction du bain.

Figure 11 : Redresseur et Cellule de Hull

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I. GENERALITES SUR LE ZINC

Le zinc est l'un des éléments les plus abondants dans la croûte terrestre. Il est également un élément

essentiel pour tous les êtres vivants. Le zinc a de nombreuses utilisations commerciales et

industrielles. La consommation mondiale de zinc situe ce métal au troisième rang des métaux non-

ferreux.

Dans ce chapitre nous présentons tous ce qui concerne le zinc à partir des mines passant par les

traitements du minerai, la production, les propriétés et enfin les domaines d’utilisation.

1.1. Minerai du Zinc

80% des mines de zinc en sous-sol, 8% sont de type à ciel ouvert et le reste est une combinaison des

deux. Toutefois, en termes de volume de production, les mines à ciel ouvert représentent jusqu'à

15%, les mines souterraines de produire 64% et 21% de la production provient de la mine

de l'exploitation minière souterraine et à ciel ouvert combinée. (1)

Le principal minerai de zinc est la blende ZnS ; sa gangue est silico-calcaire et renferme souvent de

la galène, du sulfure de cadmium et un peu de pyrite de fer.

Le zinc existe également sous forme de carbonate ZnCO 3 (smithsonite) et de silicate SiO2, 2 ZnO

(willémite) ; on désigne sous le nom de calamine une association de carbonate et de silicate.

Les gisements les plus importants de minerais de zinc sont ceux de l’Amérique du nord (États-Unis,

Mexique, Canada), d’Australie, de Silésie, d’Italie et d’U.R.S.S. La France exploite des mines de

zinc dans le Massif Central et dans les Pyrénées. (2)

1.2. Métallurgie du Zinc

Plus de 95% de zinc dans le monde est produite à partir de blende (ZnS). (1)

Le zinc est extrait de ses minerais par deux procédés nettement différents : voie sèche et voie humide ; le premier procédé qui est le plus ancien fournit environ les 60% de la production du zinc.

Voie sèche : le minerai, quel qu’il soit, est transformé en oxyde ZnO, le quel est réduit par le

charbon. Le sulfure de zinc est traité par grillage et réduction, et le métal est volatilisé (point

d’ébullition : 907 °C).

Dans le cas du carbonate de zinc, on calcine au préalable le minerai pour le transformer en oxyde.

Dans le cas du silicate de zinc, le minerai est placé directement dans l’appareil de réduction, puis

mélangé en proportions convenables avec des blendes grillées à gangue calcaire : la chaux déplace

l’oxyde de zinc. (2)

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Voie humide : après grillage du sulfure, l’oxyde est attaqué par l’acide sulfurique, et la solution

obtenue est soumise à l’électrolyse avec des anodes en plomb. Le métal obtenu est plus pur que

l’autre procédé, mais le prix de revient en est plus élevé à cause de l’emploi de l’énergie électrique.

(2)

1.3. Production minière

D’après les deux figures, Il ressort immédiatement que l’accroissement de la production mondiale entre 2003 et 2006 est une conséquence de celui de l’Asie et, plus particulièrement, de la Chine et de l’Inde. Ces deux pays représentent, respectivement, 70 % et 12 % de la production minière au sein de cette zone ; le continent asiatique assurant a` lui seul 40 % de la production mondiale de minerai de zinc. (3)

Figure – Evolution de la production minière par continent entre 1998 et 2006 (3)

Figure – Distribution de la production minière par continent – Période de 1998 a` 2006 (3)

1.4. Propriétés mécanique du zinc

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Les propriétés mécaniques du zinc sont relativement faibles et dépendent fortement de son degré de

pureté. Les traitements thermomécaniques influent sur les propriétés finales du zinc en raison d’une

recristallisation aisée au regard de sa température de fusion. La résistance à la traction du zinc, de

pureté 99,995 %, est faible. Selon le degré d’écrouissage, elle peut varier entre 100 et 130 MPa.

Pour les mêmes raisons, la dureté du zinc est comprise entre 30 et 35 Hv. Quant au module

d’Young, sa valeur évolue entre 70 et 110 GPa. Malléable, le zinc peut être laminé entre 100 et 200

°C. Il devient cassant à plus haute température.

Le zinc présente une aptitude à former avec d’autres métaux de nombreux alliages, aussi bien en

tant que constituant principal qu’en qualité d’élément d’addition (laitons, zamak, maillechorts,

bronzes...). (4)

Pour mémoire, le zinc est naturellement présent dans notre organisme et représente le deuxième

oligoélément après le fer.

Typed’alliage

CompositionChimique

(% en masse)

Résistanceà la tractionRm (MPa)

Allongementà la ruptureA (%)

Limited’élasticitéRp 0,2 (MPa)

Moduled’élasticitéen

traction

(MPa)

DuretéVickers

(HV)

Zinc pur Zn = 99,995 130 70 50 50 000 38

Au cuivre-titane Cu = 0,6

Ti = 0,15

199 36 167 100 000 70

Au plomb-

cadmium

Pb = 0,35

Cd = 0,02

144 63 167 75 000 44

Tableau : Caractéristiques mécaniques des alliages de zinc (5)

Le zinc cristallise dans le système hexagonal compact. Les caractéristiques mécaniques dépendent

fortement de la composition du zinc. D’après le tableau les propriétés du zinc peuvent être plus

intéressantes avec d’autres métaux sous forme d’alliages que le zinc pur même si le pourcentage

des métaux dans ces alliages est négligeable par rapport le pourcentage du zinc.

La propriété avantageuse qui rend du zinc parmi les métaux les plus utilises dans divers domaines

est surtout la galvanoplastie que Dans l’air humide, le zinc réagit plus facilement. Il se couvre

généralement d’une couche de carbonate basique qui, dans les conditions atmosphériques normales,

le protège d’une oxydation ultérieure.

1.5. Propriétés physico-chimiques du zinc

Le tableau suivant résume la totalité des caractéristiques physico-chimiques du zinc :

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Symbole métallurgique Z

Symbole chimique Zn

Numéro atomique 30

Masse atomique 65.37 g/mol

Masse volumique 7 133 kg · m−3

Groupe, période, bloc 12, 4, d

Configuration électronique [Ar] 3d10 4s2

Structure cristalline Hexagonale, c = 0,495 nm etc/a = 1,856

Potentiel standard - E° (Zn2+/Zn) - 0,76 V

Température de fusion 419 °C

Température d’ébullition 907 °C

Résistivité électrique 5,96µ · cm

Conductivité thermique 113 W · m−1 · K−1

résistance a` la traction à 20 °C 120 MPa

électronégativité Pauling 1,65

limite d’élasticité à 20°C 30-40 MPa

Tableau : caractéristiques physico-chimiques du zinc

1.6. Utilisation du zinc

Le zinc est le quatrième métal produit au monde après le fer, l’aluminium et le cuivre. Plus de

11 millions de tonnes de zinc sont produites annuellement dans le monde entier. 50% de

ce montant est utilisé pour la galvanisation pour protéger l'acier contre la corrosion.

Environ 17% sert à la production d'alliages à base de zinc, principalement pour

l'approvisionnement de l'industrie de moulage sous pression et 17% pour produire en laiton et en

bronze. Des quantités importantes sont également utilisées dans des applications en zinc laminé y

compris la toiture, les gouttières et les tuyaux de descente. Le reste est consommé dans des

composés tels que l'oxyde de zinc et le sulfate de zinc.

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Figure : Principales utilisations du zinc (1)

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I.ZINGAGE ELECTROLYTIQUE

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Ce type de processus est un des plus répandus parmi les entreprises de traitement de surfaces et,

probablement, deviendra un des revêtements les plus utilisés pour la protection du fer, étant donné

ses caractéristiques anticorrosion et décoratives.

Il existe dans l’actualité trois façons essentielles de déposer le zinc par voie électrolytique :

Dans ce chapitre nous détaillons

tous ce qui concerne du zingage électrolytique à partir du pricédé de déposition du métal sur une

pièce et les types de zingage existant mais on s’intéresse par le zingage acide au chlorure qui est

utilisé par la société MAFER.

1.1. Comment un métal se dépose-il sur une pièce métallique ?

En pratique on se sert des principes électrochimiques pour déposer un métal (zinc, chrome, nickel,

cuivre ...) sur une surface préalablement conductrice ou rendu conductrice.

Les réactions de déposition d'un tel métal se déroulent dans une cellule électrolyseur. Laquelle est

constituée de deux électrodes anode et cathodes, traversées par un courant électrique, immergées

parallèlement dans une solution contenant le métal à déposer. La solution étant le conducteur qui

court-circuite les deux électrodes.

Le bilan de l’électrolyse est comme suit:

Réaction d’oxydation à l’anode :

H2O → ½ O2 + 2e- + 2H+

Réaction de réduction à la cathode : (réduction des ions métalliques)

M2+ + 2e- → M (métal)

Nous présentons sur la figure, un schéma qui explique la technique électrolytique.

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Zingage électrolytiq

ue

Zingage alcalin

Cyanuré Sans cyanure

Zingage acide


Schéma de la technique électrolytique

Source de courant : Le courant alternatif ne permet pas de procéder à une électrolyse et il faut

donc utiliser un redresseur qui transforme le courant alternatif en courant continu. Pour vérifier les

bonnes conditions de l'électrolyse, il est utile de placer un voltmètre (V) et un ampèremètre (A)

comme le montre le schéma simplifiée suivant :

Schéma simplifié du bronchement de l’ampèremètre et de voltmètre

1.2. Le zingage alcalin

Il existe deux grandes catégories d’électrolytes alcalins : les électrolytes cyanurés et ceux non

cyanurés. Aujourd’hui les bains de zingage alcalin sans cyanure sont les plus utilises et peut être

sont 100 % éliminer de l’Europe.

1.2.1. Bain de zingage alcalin cyanuré

Ce type de zincage au Maroc, plus utilisé que le zincage acide et alcalin, est le zincage cyanuré,

sous sa forme alcaline, dont la base est la réaction suivante : (1)

Zn(CN) 2 + 2 NaCN <=====> Na2Zn(CN) 4

Les formulations de base dépendent fondamentalement de la concentration de cyanure sodique,

présentant les variations suivantes:

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Types de bain Types de bain g/l

Teneur moyenne g/l

Teneur basse g/l

Cyanure de zinc 60 30 10Cyanure sodique 42 20 7.5Soude caustique 80 75 65Polysulfure sodique

2 2 -

Brillants à métaux 1-3 1-4 1-5Tableau : composition du bain de zinc alcalin cyanuré (1)

Quant aux conditions de travail, les plus habituelles sont les suivantes :

Température 20-30 ºCDensité de courant cathodique

2-6 A/dm2

Voltage 2-15 VTableau : conditions de travail (1)

Différents travaux ont montré que le rendement faradique cathodique pour les électrolytes cyanurés

varie fortement en fonction de la température, de la formulation du bain considéré et des densités de

courant imposées. (2)

Le zingage alcalin cyanuré nécessite des anodes Z9 (99,99% de zinc) et aussi la l’agitation et la

filtration sont deux opérations conseillées.

a. Avantages

Le bain de zingage cyanuré possède différents avantages comme :

traitement connu et maîtrisé

Bains ne nécessitant pas une préparation des pièces très soignée

Bon pouvoir de pénétration

Bain peu corrosif

b. Inconvénients

Ce genre de bain a plusieurs inconvénients à savoir :

Bain toxique

Conductivité relativement faible

Traitement difficile des fontes et des aciers carbonitrurés

Traitement fragilisant

Rendement faible aux hautes densités de courant (> 5 A · dm−2) pour les bains haut et moyen

cyanure. Néanmoins, cela peut être mis à profit pour des pièces de forme complexe

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1.2.2. Bain de zingage alcalin sans cyanure

La solution de zinc alcaline présente le future de zingage alcalin. Dans ce cas, le zinc réagit avec les

alcalis en donnant des zingages solubles, selon la réaction suivante, dans laquelle aussi est libéré de

l’hydrogène :

Zn + 2 (OH)- <=====> (ZnO2)2- + H2

Dans ce cas, la formulation de base la plus souvent rencontrée est la suivante :

oxyde de zinc 9,5 g/lhydroxyde sodique 90-120 g/lbrillants à métaux 10-50 ml/l

Tableau : composition du bain de zinc alcalin sans cyanure (1)

Les conditions de travail dans ce cas sont:

Température 20-30 ºCDensité de courant cathodique

2-4 A/dm2

Voltage 2-15 VTableau : conditions de travail (1)

a. Avantages

Parmi les avantages du zingage alcalin sans cyanure on site :

Non toxique

Bon pouvoir couvrant et bonne pénétration

Faibles coûts d’entretien

Traitement des effluents simplifié

b. Inconvénients

Les inconvénients du zingage alcalin sans cyanure est plus faible par rapport au zingage cyanuré est

parmi ces inconvénients :

Rendement faradique faible (60 à 70 %)

Zingage difficile sur pièces en fonte et en acier carbonitruré

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1.3. Zingage acide

Les bains acides de zingage sont les premiers bains à avoir été utilisés industriellement, depuis la

fin du 19e siècle, pour le zingage en continu des tôles et des fils. Ces bains étaient à base de sulfate

ou de chlorure de zinc, comme sels métalliques, et de chlorures ou sulfates de métaux alcalins ou

d’aluminium, comme sels conducteurs.

Le grand handicap des bains acides à base de sulfate de zinc est leur très faible pouvoir couvrant, ce

qui rend très difficile, sinon impossible, le zingage de pièces forme plus compliquée. C’est pour

cela, dés l’apparition des premiers bains industriels de zingage alcalins cyanurés, permettant

d’obtenir des dépôts de zinc avec un excellent pouvoir couvrant, l’industrie du zingage s’set dirigé

massivement vers ce type de bains qui a dominé la technique pendant 50 ans est encore largement

utilisé dans de nombreux pays comme le Maroc.

Mais à cause de la toxicité de ce procédé les recherches sont dirigées encore une fois vers le

zingage acide et grâce a un brevet allemand N° 1 521 029 au nom de J. Korpium et H.J.Steeg,

déposé en mai 1966, le zingage acide a revenu le plus utilisé.(3)

Dans ce brevet, l’idée originale a été d’utiliser comme brillanteurs des aldéhydes ou cétones

aromatiques insolubles dans l’eau, mais qui ont été dispersés dans l’électrolyte à l’aide d’agents

tensioactifs non ioniques ehtoxylés. Comme sels de constitution, on a utilisé notamment le chlorure

de zinc et le chlorure d’ammonium. (3)

Ce système a permis l’obtention de dépôts électrolytiques de zinc très brillants, nivelant et avec un

pouvoir couvrant égal à celui des bains cyanurés mais le problème qui reste est l’uniformité de

dépôt car on ne peut pas obtenir des dépôts de zinc uniformes sur les pièces.

1.3.1. Types de zingage acides

On peut diviser le zingage acide en trois types selon les sels utilisés, à savoir :

Zingage acide au chlorure de potassium

Zingage acide au chlorure d’ammonium

Zingage acide au chlorure de sodium

Tous ces bains sont confédérés comme des bains de zingage acide brillant.

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1.3.2. Bain de zingage acide au chlorure d’ammonium

Les électrolytes au chlorure de potassium sont les plus développés industriellement et ce, en raison

de leur pouvoir nivelant élevé et de leur vitesse de déposition modulable en fonction de la

température de travail. S’agissant des bains au chlorure d’ammonium, leur utilisation a été limitée

par les réglementations environnementales en raison notamment d’une demande chimique en

oxygène élevée et de la difficulté de retraiter les effluents contenant en particulier du cuivre ou du

nickel, qui forment, au pH de traitement, des complexes stables avec l’ammoniac.(2)

Une composition typique de ces bains est la suivante : (3)

Chlorure d’ammonium 170 -200 g/l

Chlorure de zinc 40 – 80 g/l

Support de brillanteur (base) 30 – 50 g/l

brillanteur 1 – 2 ml/l

Condition de travail :

Température 15 – 30°C

PH 4,8 – 5,6

Voltage 2 – 4 V au bain mort et 6 – 8V au

tonneau

Densité de courant cathodique 0,5 – 5 A/dm2

Anodes : en zinc pur 99,9% La filtration et l’agitation sont

nécessaires pour ce procédé

1.3.3. Bain de zingage acide au chlorure de sodium

Quant aux électrolytes à base de chlorure de sodium, bien que moins coûteux en matière première

que leurs homologues, ils ont été assez rapidement délaissés en raison de leur rendement

énergétique. (2)

Les bains de sodium donnent des résultats assez bons, mais ils ont été peu-à-peu abandonnés au

profit des bains au potassium, car ils ont les désavantages de produire des dépôts mats ou moins

brillants aux fortes densités de courant et d’avoir une conductivité électrique plus faible que les

bains de potassium. Cela nécessite l’application d’un voltage plus élevé, d’où une consommation

plus grande d’énergie annulant l’économie réalisée par le prix plus bas du chlorure de sodium.

Composition typique de bain au sodium est la suivante : (3)

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Zinc métal 15 – 40 g/l

Chlorure de sodium 165 – 200 g/l

Chlorure total 125 – 135 g/l Cl-

Acide borique 30 – 40 g/l

brillanteur 0,15 – 0,3 % (vol.)

Support de brillanteur 1,5 % (vol.)

Conditions de travail :

Température 20 – 35°C

PH 5,2 – 5,8

Densité de courant cathodique 0,5 – 5 A/dm2

Voltage 1 – 9 V pour cadres et 4 – 16V pour

tonneau

Filtration continue Agitation à l’air pour travail sur

cadres

1.3.4. Bain de zingage acide au chlorure de potassium

Apparus au début des années 1970, à la suite de l’interaction de rejeter des effluents contenant des

ions d’ammonium, les bains de zingage acides au chlorures de potassium ont pris, peu à peu, la

place des bains des bains au ammonium et sont presque exclusivement utilisés pour le zingage

acide, dans les pays appliquant des normes sévères pour le traitement des eaux résiduaires,

principalement en Europe et aux Etats –Unis d’Amérique.(3)

A la pratique, ces bains se sont avérés supérieurs aux bains à l’ammonium, en ce qui concerne la

brillance et le nivellement des dépôts de zinc obtenus et par ma possibilité d’augmenter la vitesse de

déposition du zinc, en travaillant avec des électrolytes chauds

La composition typique de ces bains est la suivante : (3)

Chlorure de potassium 200 – 240 g/lChlorure de zinc 70 – 85 g/lZinc métal 35 – 42 g/lAcide borique 20 – 30 g/lSupport de brillanteur 30 – 50 ml/lbrillanteur 1 – 2 ml/l

Conditions de travail : (3)

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Température 18 – 48°CPH 4,8 – 5,3Densité de courant cathodique 0,5 – 10 A/dm2

Voltage 2 – 4V bain mort et 6 -8V tonneauVitesse de déposition 0,6 – 0,7 µm/min à 3A/dm2

Pour ce type de zingage acide les anodes doivent être pur 99,9% de zinc soit des plaques ou des

billes introduit dans des paniers de titane et les deux soit les plaques ou les billes doivent être

ensachées dans des sacs en tissu polypropylène épais pour empêcher la dispersion des boues

anodiques dans l’électrolyte.

Les Cuves soit on utilise des cuves en plastiques PVC ou en acier avec revêtement intérieur en

matière plastique.

Les opérations de filtration, agitation et refroidissement sont nécessaire pour le zingage acide, le

débit de filtre utilisé doit au moins égale à deux fois le volume du bain à l’heure, l’agitation est

nécessaire pour le zingage sur crochets ou cadres, aussi le refroidissement est importante car

l’électrolyte s’échauffe facilement au cours du travail, par effet de joule, car les ajouts organique

peuvent s’évaporer facilement dans les températures élevées.

1.3.5. Mise en œuvre du procédé (4)

Pour préparer un bain neuf de zingage acide au chlorure de potassium on doit suivre les actions suivantes :

Nettoyer parfaitement la cuve de travail et la traiter à l'aide d'une solution d'acide

chlorhydrique à 5% pendant 12 à 24 heures.

Vider et rincer la cuve à l'eau courante.

Remplir la cuve au 2/3 de son volume utile avec de l'eau à 50°C.

Ajouter la quantité requise d'acide borique en agitant fortement jusqu'à dissolution totale.

Ajouter la quantité requise de chlorure de zinc en agitant fortement jusqu'à dissolution totale

(1 g de zinc correspond à 2,1 g de chlorure de zinc).

Ajouter la quantité requise de Chlorure de Potassium en agitant fortement jusqu'à

dissolution totale.

Mettre la solution en filtration continue.

Placer les anodes (plaques ou paniers en titane remplis de zinc).

Ajouter le brillanteur et la base

Compléter au volume final avec de l'eau à 40°C en maintenant la filtration

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1.3.6. Le rôle des constituants

Chlorure de zinc (3) : est la source essentielle des ions de zinc nécessaire pour

l’électrolyse. L’épuisement de ces ions, par la déposition cathodique, est compensé par la

dissolution électrolytique des anodes de zinc. Le rendement de cette dissolution étant de 100 %, si

les pertes par entrainement ne sont pas trop importantes, il n’est pratiquement pas nécessaire, dans

la plus part des cas, d’ajouter du chlorure de zinc au bain à condition toutefois que la surface

anodique soit maintenue constante et adaptée au fonctionnement du bain.

Une concentration plus élevée du zinc dans le bain (40 – 45 g/l) permet de travailler à une densité

de courant plus grande et diminue le risque de « brûlures » mais diminue le pouvoir de pénétration.

Une concentration plus faible en zinc (28 – 34 g/l) améliore le pouvoir de pénétration et le pouvoir

couvrant, mais facilite l’apparition de dépôts brûlés ou granulés, aux fortes densités de courant.

La concentration optimale du zinc, dans les bains au chlorure de potassium, est de (36 – 38 g/l). Elle

doit être contrôlée chaque semaine, par analyse. Le chlorure de zinc contient 48 % de zinc métal.

Chlorure de potassium (2,3): présente la source des ions de chlorure dont le triple rôle est

d’assurer la conductivité du bain, de complexer les ions zinc et d’éviter la passivation des anodes

de zinc en favorisant leur dissolution.

Une concentration trop faible en chlorure de potassium diminue le pouvoir couvrant du bain et peut

diminuer la brillance des dépôts de zinc, dans les zones de faible densité de courant.

Une concentration trop élevée du chlorure de potassium peut provoquer des dépôts mats de zinc et

diminuer le point de trouble du bain.

Le dosage du chlorure doit être effectue chaque semaine. Le chlorure de potassium contient 48%

d’ions de chlore.

Acide borique : sert, tout d’abord, de tampon pour le PH du bain. Il contribue, aussi, à la

brillance de dépôt de zinc et évite les brûlures aux fortes densités de courant. Sa concentration doit

être maintenue à 20 – 23 g/l dans les bains au tonneau. Dans les bains de zingage sur montages ou

le voltage est assez bas (3 -5V), on peut la maintenir à 23 – 30 g/l.

Les additifs organiques (2) : dans la pratique, sans additif, un électrolyte de zingage

chloruré présente un faible pouvoir de répartition et conduit à un dépôt mat, inutilisable pour

certaines applications. Pour pallier cet inconvénient, on a recours à des agents d’addition qui

modifient fondamentalement la structure du dépôt de zinc. Deux types d’additifs sont utilisés à

savoir des brillanteurs et un support de brillanteur (base).

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Brillanteur : les brillanteurs sont classiquement des aldéhydes ou des cétones aliphatiques ou

aromatiques dispersés dans une solution alcoolique ou aqueuse.

Le support de brillanteur : est une solution aqueuse comprend de 4 a 8 agents tensio-actifs,

dispersants et émulateurs, notamment des mouillants dérivés de l’oxyde d’éthylène ou de

l’oxyde de propylène.

1.3.7. Les impuretés métalliques et les techniques d’épuration (2)

Elément polluant Concentration maximale acceptable pour zinc acide

Conséquences Technique d’épuration

Fer 0,5 g/l (attache), 0,05 g/l (tonneau)

Ternissement des revêtements Dépôts sombres aux faibles densités de courant surtout visibles après passivation

Ajout de poudre de zinc Électrolyse sélective à faibles densités de courant

Cuivre <<5 mg/l Dépôts gris mats dans les zones de faibles et/ou moyennes densités de courant


Etain <50 mg/l Dépôts gris-noir à faibles densités de courant Diminution du pouvoir couvrant et de pénétration


Plomb 5 mg/l Dépôts gris-noir voire pas de dépôts à faibles densités de courant Diminution du pouvoir couvrant et de pénétration

Ajout de poudre de zinc

Chrome (VI) Dépôts mats et cloqués

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Nhaila_PFE5-6-11