Processus de passivation de l'acier inoxydable
La résistance à la corrosion de l’acier inoxydable et d’autres métaux dépend essentiellement de la condition de leur surface, plus particulièrement de la quantité d’oxydes qu’elle contient. Le phénomène de passivation (changements qui se produisent à la surface de l’acier inoxydable) peut modifier la vitesse de corrosion et rendre l’acier plus résistant à celle-ci (passif).
La couche passive de l’acier inoxydable a une composition chimique différente de l’acier inoxydable de base :
- Approximativement 65 % de Cr + oxyde de chrome;
- Approximativement 35 % de Fe + oxyde de fer;
- Faible pourcentage de molybdène et de nickel.
Il arrive que le phénomène de passivation ne soit pas toujours concluant. La couche colorée d’oxyde qui apparaît sur l’acier inoxydable lors du soudage, ou encore la couche noire lors du laminage à chaud, offre une moins bonne protection.
En temps normal, la couche d’oxyde protectrice a une épaisseur de 1,5 à 2,5 nm et est visible à l’aide de microscopes spécialisés (MET). Le chrome a une grande affinité pour l’oxygène, ce qui le rend hautement réactif à l’acier dans les environnements riches en oxygène. Il tend à produire des oxydes et des hydroxydes très stables. Ces composés éliminent les réactions indésirables qui peuvent provoquer la corrosion de l’acier inoxydable. Comme ce dernier contient au moins 11 % de chrome, il attire les oxydes à sa surface, ce qui a pour effet de former une couche protectrice. La conductivité électronique de la couche passive déclenche les procédés de réduction d’oxydation chimique qui stoppent la corrosion.
Un des paramètres influençant la qualité de la couche passive est le pourcentage de chrome et d’autres substances présentes dans l’acier. Un acier de série AISI 200 sera moins résistant à la corrosion qu’un acier de série AISI 304, puisqu’il a une plus petite concentration de nickel. La couche passive des métaux contenant moins de nickel ne se reforme pas aussi rapidement après les processus d’abrasion ou de nettoyage.
La finition de la surface de l’acier inoxydable est un autre déterminant important de la qualité de la couche passive. Le polissage électrochimique de l’acier inoxydable garantit :
- Une microstructure lisse et homogène du grain de la couche passive;
- Une adhésion de surface améliorée au fur et à mesure que diminue la rugosité;
- Une migration plus libre des atomes de chrome vers la surface;
- Une meilleure interaction chimique avec l’oxygène ambiant, ce qui favorise l’épaississement de la couche passive.
Si la surface est finie par abrasion mécanique (fini satiné) :
- La microstructure n’est pas homogène;
- Les substances abrasives contaminées s’agglutinent sur la surface et créent des points de corrosion par piqûres;
- La couche passive s’amincit.
Les caractéristiques thermodynamiques (température, environnement d’oxydation, etc.) déterminent si la couche passive peut s’adapter, se stabiliser et devenir plus durable avec le temps.
Durant une opération standard, la qualité de la couche passive dépend de :
- La propreté de l’air;
- La pureté de l’eau;
- La passivation dans de l’acide nitrique concentré de 5 % à 30 %;
Les facteurs suivants ont un impact sur le temps nécessaire à la passivation de l’acier inoxydable :
- Avec de l’air propre : entre 48 et 96 heures;
- Avec de l’eau pure : entre 6 et 15 heures;
- La passivation dans de l’acide nitrique concentré de 5 % à 30 % : entre 30 et 120 heures.
Finalement, la qualité de la couche passive dépend du pourcentage de substances d’alliage se trouvant dans l’acier. Le fait que les conditions thermodynamiques favorisent ou non la formation d’une couche compacte et chimiquement stable a également un impact. La durée du processus de passivation dépend de l’environnement auquel l’acier est exposé. Le polissage électrochimique constitue la meilleure méthode pour obtenir une surface d’acier inoxydable homogène, passivée et exempte de contamination.