Development of anticorrosive Zn-based alloy coatings for cold formed steel body parts - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2019

Development of anticorrosive Zn-based alloy coatings for cold formed steel body parts

Électrodéposition de nouveaux revêtements à base de Zn pour la protection contre la corrosion de pièces de carrosserie embouties à froid

Abstract

Numerous coating systems are used by the automotive manufacturers for the corrosion protection of cold formed steel body parts. According to the literature, various approaches and solutions were suggested over the past decades. However, only a few systems were able to go into serial production. The objective of the present doctorate thesis is to develop and characterize alternative anticorrosive coatings based on Zn-alloys for the corrosion protection of cold formed steel components used for automotive body parts. Based on a thorough literature review, two interesting approaches were considered, consisting in the pulse electrodeposition of Zn-Mn and ZnMn-Al2O3 coatings. The deposits were characterized in order to determine their composition, microstructure as well as their crystallographic properties. The suitability of these new deposits was then assessed based on their anticorrosive behaviour, cold formability and paintability. Using pulse electrodeposition permitted to deposit monophasic, pore-free and compact Zn-Mn alloys containing about 15 wt.% Mn at high current efficiencies. Electrodeposition on various substrates exposed a stable and reproducible deposition process. Electrochemical experiments and accelerated corrosion tests revealed a promising anticorrosive performance of the Zn-Mn alloys. A substantial improvement in the time before red rust appearance and a significant decrease of the corrosion rate were observed in comparison to the traditional Zn deposits. While a slight increase of the hardness was observed in comparison to the Zn coatings, a lower crack density was observed on the Zn-Mn deposits after tensile experiments. Preliminary phosphating and painting tests revealed the good suitability of the Zn-Mn alloys for those processes with the formation of a dense and homogeneous phosphate crystals network and the successful deposition of a homogeneous and pore-free electrophoretic paint layer. However, some challenges were identified with Zn-Mn deposits presenting some unsatisfactory properties when immersed in chloride-containing environments. With the aim to solve these issues, the deposition of ZnMn-Al2O3 composite coatings was considered. The impact of the particles and electric parameters were investigated with a particular attention given to the distribution of the particles in the metallic matrix. Using optimized deposition parameters, homogeneous, compact and monophasic composite coatings containing about 15 wt.% Mn were obtained at high efficiencies. Further analyses revealed the presence of particles on the surface as well as at the substrate – deposit interface. First mechanical tests revealed interesting properties of the composite coatings with a substantial increase of the coating hardness. Electrochemical experiments also revealed some promising insights on the corrosion behaviour of the ZnMn-Al2O3 deposits.
De nombreux revêtements sont utilisés par les constructeurs automobiles pour la protection contre la corrosion de pièces de carrosserie embouties à froid. D’après la littérature, diverses solutions et approches ont été suggérées au cours des dernières décennies. Cependant, seulement quelques systèmes ont pu aboutir à une production en série. L’objectif de la thèse de doctorat présentée ici est de développer et caractériser de nouveaux revêtements anticorrosifs à base d’alliages de zinc pour la protection contre la corrosion de composants en acier mis en forme à froid. Sur la base d’une revue de la littérature détaillée, deux approches d’intérêt ont été considérées, consistant en l’électrodéposition impulsionnelle de dépôts de ZnMn et de ZnMn-Al2O3. Les revêtements ont été caractérisés en termes de composition chimique, microstructure et cristallographie. L’aptitude des revêtements à une application dans l’industrie a été évaluée sur la base du comportement en corrosion, de la formabilité à froid et l’aptitude aux opérations de peintures. L’utilisation de l’électrodéposition impulsionnelle a permis d’obtenir des revêtements de ZnMn monophasés, absent de porosités et compacts, présentant une teneur en Mn avoisinant les 15 m.% avec un fort rendement. L’électrodéposition sur des substrats variés a révélé un procédé de déposition stable et reproductible. Des mesures électrochimiques et des tests de corrosion accélérés ont révélé une performance anticorrosive des alliages de ZnMn intéressante. Une amélioration du temps d’apparition de la rouille rouge et qu’une diminution de la vitesse de corrosion ont été observées en comparaison avec les revêtements traditionnels. Des analyses de la mise en forme à froid ont montré un comportement prometteur des dépôts de ZnMn. Des premiers tests de phosphatation et peinture ont démontré la bonne aptitude des revêtements pour ces procédés. Cependant, certaines limitations ont été identifiées avec notamment des propriétés insatisfaisantes des revêtements lors d’une immersion en milieu chloré. De plus, des porosités ont pu être observées à proximité de l’interface entre le dépôt et le substrat. Dans le but de résoudre ces problèmes, l’électrodéposition de revêtements composites ZnMn-Al2O3 a été considérée. L’impact des particules et des paramètres électriques sur la distribution des particules dans la matrice métallique a été étudié. Avec des paramètres optimisés, des dépôts composites homogènes, compacts et monophasiques contenant jusqu’à 15 m.% de Mn ont pu être obtenus avec de forts rendements. Des analyses poussées ont aussi révélé la présence de particules sur la surface ainsi qu’à l’interface substrat - film. Des premiers essais mécaniques ont montré une augmentation de la dureté des dépôts composites. Des mesures électrochimiques ont également donné un aperçu très prometteur sur le comportement anticorrosif des revêtements ZnMn-Al2O3.
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tel-02558306 , version 1 (14-12-2021)

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  • HAL Id : tel-02558306 , version 1

Cite

Florian Claudel. Development of anticorrosive Zn-based alloy coatings for cold formed steel body parts. Materials. Université de Lorraine, 2019. English. ⟨NNT : 2019LORR0264⟩. ⟨tel-02558306⟩
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