Recent advances in the data analysis of global impedance and development of local electrochemical impedance : application to the corrosion protection of 2024 aluminium alloy by organic coatings
Avancées récentes sur l'analyse des données d'impédance globale et développement de l'impédance électrochimique locale : application aux revêtements utilisés pour la protection contre la corrosion de l'alliage d'aluminium 2024
Résumé
The aim of this work is to obtain a better understanding of the degradation mechanisms, as a function of exposition time in an aggressive environment, of commercial coatings (epoxy-polyaminoamide waterborne paint) used in aeronautical industry for corrosion protection of 2024 aluminium alloy by global and local impedance techniques. The coatings formulated with either strontium chromate (SrCrO4) or Cr(VI)-free pigments were compared. The behavior of dry coatings (in contact with Hg) was close to that of an ideal capacitor and could be accurately modelled with the power-law model corresponding to a CPE (Constant Phase Element). Upon immersion in NaCl solution, the behavior of the wet coatings became progressively less ideal, i.e. farther from a capacitive behavior. The impedance data was analyzed with the Young model that take into account the exponential variation of the coating resistivity along its thickness. This analysis confirmed that penetration of water and ions occurs on different time scales. The former process is faster and affects permittivity more strongly than resistivity; the latter is slower and affects almost exclusively resistivity. The models allows to explain not only the CPE or pseudo-CPE behaviors observed on impedance diagrams but also to determine the coatings water uptake during the test which is in good agreement with gravimetric measurements. Then, the self-healing properties of artificially damaged coatings were studied by local electrochemical impedance spectroscopy (LEIS). The local diagrams and the mappings (2D or 3D) allowed self-healing processes for the chromated system or corrosion developments for the unchromated system to be observed. The present work proposed a methodology to develop and to characterize coatings containing environmentally friendly inhibitors, and particularly the self-healing process.
Ces travaux de thèse ont pour but d'obtenir une meilleure connaissance des mécanismes de dégradation, lors de l'exposition à un milieu agressif, de primaires de peinture en phase aqueuse (époxy-polyamino amide) utilisés dans l'industrie aéronautique pour la protection contre la corrosion de l'alliage d'aluminium 2024 à l'aide des techniques d'impédances globale et locale. Deux revêtements formulés soit avec du chromate de strontium soit avec un mélange de pigments non-chromatés ont été comparés. Les diagrammes d'impédance des deux revêtements, mesurés dans des conditions sèches (en contact avec Hg), présentent un comportement proche de celui d'une capacité pure, et ont été analysés à l'aide du modèle en loi de puissance, qui correspond à un comportement CPE (Constant Phase Element). Lors de l'immersion dans une solution chlorurée, le comportement des revêtements s'écarte progressivement de l'idéalité. Les données d'impédance électrochimique obtenues pour différents temps d'immersion ont été analysées avec un modèle qui suppose une variation exponentielle de la résistivité le long de l'épaisseur du revêtement (modèle de Young). Cette analyse a confirmé que la pénétration de l'eau et des ions dans le revêtement ne se fait pas de façon identique. La vitesse de pénétration de l'eau est plus rapide et celle-ci affecte plus fortement la permittivité que la résistivité, alors que la diffusion des ions Na+ et Cl- est plus lente et affecte exclusivement la résistivité du revêtement. L'utilisation de ces modèles permet non seulement d'expliquer les comportements CPE et pseudo CPE observés sur les diagrammes d'impédance mais aussi de déterminer la prise en eau des revêtements durant le test. Celle-ci est en accord avec des mesures gravimétriques. L'effet d'auto-cicatrisation des deux revêtements en présence de blessures artificielles a ensuite été étudié par spectroscopie d'impédance électrochimique locale. Les diagrammes locaux et les cartographies (2D ou 3D) ont permis de suivre les phénomènes d'auto-cicatrisation pour le système chromaté ou bien le développement de la corrosion pour le système non-chromaté. Ce travail de thèse propose une méthodologie qui servira de référence pour développer et caractériser les performances de peintures contenant des inhibiteurs écologiques et en particulier leur processus d'auto-cicatrisation.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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