Traitements de surface – Éléments de fixation en acier

Ses points forts

Aspect visuel..
Les éléments de fixation électrozingués présentent un aspect propre et métallique. Le revêtement est lisse et peut être passivé en finition argent brillant, irisée, jaune ou noire. Pour les applications visibles — produits destinés aux consommateurs, assemblages intérieurs ou toute application visible par le client final — l’électrozingage constitue un bon choix.

Précision dimensionnelle.
Grâce à la faible épaisseur et à l’uniformité du revêtement, les éléments de fixation électrozingués conservent des tolérances serrées. Les filetages s’adaptent correctement aux calibres et aux composants associés, même avec les épaisseurs de revêtement les plus faibles, à condition que le procédé de revêtement ait été réalisé conformément à la norme.

Résistance à la corrosion (applications modérées)..
Un revêtement de zinc électrolytique de 12 µm associé à une couche de passivation offre une protection raisonnable contre la corrosion — généralement de 96 à plus de 200 heures lors des essais au brouillard salin neutre (ISO 9227), selon le système de passivation utilisé. Cela est suffisant pour les applications en intérieur.

Ses limites

Résistance à la corrosion dans les environnements agressifs.
Comparés à la galvanisation à chaud, les revêtements électrozingués sont minces. Dans des environnements extérieurs agressifs, marins ou constamment humides, cette quantité limitée de zinc est consommée relativement rapidement.

Risque de fragilisation par l’hydrogène.
Il s’agit de la limitation la plus importante pour les éléments de fixation à haute résistance. Le procédé d’électrozingage comprend un décapage acide pour nettoyer la surface de l’acier, suivi du dépôt électrolytique lui-même ; ces deux étapes peuvent introduire de l’hydrogène dans l’acier. Pour les éléments de fixation présentant une résistance à la traction supérieure à environ 1040 MPa (classe de qualité 10.9 et supérieure), cela crée un risque de fragilisation par l’hydrogène (HE) : perte permanente de ductilité d’un métal ou d’un alliage causée par l’hydrogène atomique combiné à des contraintes de traction, résultant de charges appliquées extérieurement et/ou de contraintes résiduelles internes de traction.

La norme ISO 4042 traite ce risque en imposant un traitement thermique de dégazage après revêtement (généralement à 200 °C pendant plus de 8 heures) afin d’éliminer l’hydrogène de l’acier. Lorsque ce traitement est correctement réalisé et documenté, le risque est maîtrisé. Lorsqu’il ne l’est pas — ou qu’il est effectué trop rapidement — le risque demeure. C’est pourquoi les éléments de fixation de classe de qualité 12.9 sont rarement fournis avec des revêtements électrozingués et pourquoi les enquêtes sur les défaillances liées aux revêtements renvoient si souvent au procédé de zingage.

Ce qu’il fait bien

Protection contre la corrosion dans les environnements agressifs..
L’épaisseur importante d’un revêtement galvanisé à chaud signifie qu’une quantité nettement plus élevée de zinc est disponible pour assurer une protection sacrificielle. Les éléments de fixation galvanisés à chaud atteignent couramment plus de 1 000 heures lors des essais au brouillard salin et constituent le choix privilégié pour les applications structurelles extérieures : ponts, pylônes de transmission, installations solaires, équipements agricoles et quincaillerie de construction.

Durabilité et résistance aux impacts.
La liaison métallurgique entre les couches d’alliage zinc-fer et le substrat en acier est très robuste. Les revêtements galvanisés à chaud résistent beaucoup mieux aux dommages mécaniques — éclats, décollement et écaillage — que les revêtements électrolytiques. Dans les environnements de chantier et de manutention intensive, cette résistance est essentielle.

Très faible risque de fragilisation par l’hydrogène (HE)..
Le procédé de galvanisation n’introduit pas d’hydrogène dans l’acier de la même manière que l’électrozingage. Le bain de zinc en fusion à haute température exerce même un léger effet de dégazage, favorisant l’évacuation de l’hydrogène plutôt que son absorption. Le risque de fragilisation par l’hydrogène lié à l’étape préalable de décapage acide est très faible comparé à celui de l’électrozingage, et l’immersion ultérieure à haute température l’atténue largement. La galvanisation à chaud est donc considérée comme beaucoup plus compatible avec les éléments de fixation à haute résistance du point de vue de la fragilisation par l’hydrogène.

Longue durée de vie.
La combinaison de l’épaisseur du revêtement, de l’intégrité de la liaison et de la masse de zinc permet aux éléments de fixation galvanisés à chaud d’offrir des décennies de protection dans les applications structurelles extérieures avec peu ou pas de maintenance.

Ses limites

Épaisseur du revêtement et ajustement des filetages.
Il s’agit de la limitation pratique la plus importante. M8 est la dimension minimale pour la galvanisation à chaud en raison de l’épaisseur minimale du revêtement de 40 µm. Sur un filetage métrique standard, cela consomme une part significative de la tolérance du filetage.

L’ISO 10684 traite cette problématique en définissant deux systèmes de tolérances de filetage : le système métrique ISO (sous-dimensionné) et le système à filetage surdimensionné. Cela signifie que les boulons et écrous galvanisés à chaud doivent être associés au système d’ajustement de tolérances correspondant.

Aspect visuel.
Les revêtements galvanisés à chaud présentent un aspect gris mat, une texture relativement rugueuse et une apparence variable. Ils sont entièrement fonctionnels, mais ne sont pas particulièrement esthétiques.

Ce qu’il fait bien

Excellente résistance à la corrosion compte tenu de l’épaisseur du revêtement..
C’est la caractéristique phare des revêtements lamellaires de zinc. La structure superposée des lamelles de zinc crée un parcours extrêmement complexe pour les agents corrosifs : l’humidité et les sels doivent traverser couche après couche de zinc au lieu de pénétrer directement. Un revêtement lamellaire de zinc de 12 µm atteint couramment entre 720 et plus de 1 000 heures lors des essais au brouillard salin neutre (selon la formulation de base et le top coat).

Large éventail de propriétés fonctionnelles.
Le choix du top coat peut apporter des propriétés fonctionnelles supplémentaires, notamment : isolation électrique, haute résistance aux produits chimiques, résistance aux impacts et à l’abrasion, résistance thermique, large choix de couleurs et ajout de lubrifiants pour contrôler le coefficient de frottement.

Aucun risque de fragilisation par l’hydrogène (HE)..
Les revêtements lamellaires de zinc sont appliqués à partir d’une suspension aqueuse ou à base de solvants, sans décapage acide ni dépôt électrochimique. Il n’existe aucun mécanisme permettant l’introduction d’hydrogène dans l’acier. Cela fait du revêtement lamellaire de zinc le choix privilégié pour les éléments de fixation à haute résistance — classes de qualité 10.9 et 12.9 — lorsque le risque de fragilisation par l’hydrogène associé aux revêtements électrolytiques est inacceptable et que l’épaisseur de la galvanisation à chaud est incompatible avec les tolérances de filetage.

Faible épaisseur et compatibilité dimensionnelle.
Avec une épaisseur comprise entre 4 µm et 20 µm, les revêtements lamellaires de zinc sont suffisamment fins pour être appliqués sur des éléments de fixation à filetage de précision sans nécessiter, dans la plupart des cas, de filetages surdimensionnés. Les tolérances de filetage standard permettent généralement d’intégrer l’épaisseur du revêtement dans les classes de tolérance 6h/6H.

Ses limites

Faible ductilité.
Les revêtements lamellaires de zinc présentent généralement une faible ductilité. Les performances anticorrosion peuvent être affectées lorsqu’une déformation intervient après l’application du revêtement.

Problèmes spécifiques au procédé de revêtement des éléments de fixation.
Par exemple, le remplissage involontaire des empreintes (six pans creux, empreintes d’entraînement), entraînant une modification des dimensions. La rétention de particules dans les filetages. Une couverture de revêtement non uniforme sur les rondelles — les rondelles peuvent se coller entre elles et les surfaces en contact ne sont alors pas revêtues.