Les surfaces en acier sont fréquemment nettoyées par projection d'abrasif ou à l'aide d'outils mécaniques avant l'application de revêtements de protection. Le profil de surface résultant doit être évalué avec précision pour garantir la conformité aux spécifications du travail ou du contrat.
Cependant, la hauteur du profil seule (le paramètre le plus couramment mesuré) constitue-t-elle un bon indicateur des performances à long terme du revêtement ?
Cet article présente des essais récents qui ont comparé de nombreux profils à l'adhérence par arrachage. Un dispositif de mesure de chantier simple et économique a été utilisé pour obtenir 3 paramètres de profil à partir d'une seule mesure sur bande de réplique : la hauteur du profil, la densité de pics et la surface développée. Les surfaces d'essai ont été mesurées à nouveau à l'aide de microscopes 3D complexes et coûteux, et les résultats ont été comparés à ceux obtenus avec la bande de réplique.
Le nettoyage des surfaces en acier par décapage à l'abrasif et par outils mécaniques élimine les anciens revêtements, la calamine, la rouille et les contaminants. Il rend également la surface rugueuse afin d'améliorer l'adhérence du revêtement. Le profil de surface résultant, ou profil d'adhérence, se compose d'un réseau complexe de pics et de creux qui doit être évalué avec précision pour garantir la conformité aux spécifications du cahier des charges ou du contrat et assurer la réussite du projet de revêtement (Fig. 1).
Il est généralement admis que la nature de ces surfaces permet de prédire les performances à long terme du revêtement. Les caractéristiques d'une surface décapée comprennent la hauteur des pics, la densité des pics, la surface développée, l'angularité, la netteté et la forme. Seule la hauteur des pics (H) est couramment mesurée aujourd'hui. Si cette hauteur est insuffisante, la peinture n'adhérera pas. Si elle est excessive, une quantité de peinture plus importante sera nécessaire pour combler les « creux » et les pics élevés risquent de faire saillie à travers la peinture et de devenir des foyers de corrosion.
Les premières méthodes de caractérisation consistaient en des étalons visuels appliqués sur la surface décapée à des fins de comparaison. Bien qu'encore utilisée aujourd'hui, cette solution qualitative a été largement supplantée par des instruments de mesure quantitatifs dont le prix et la complexité varient selon qu'ils sont destinés à une utilisation sur le terrain ou en laboratoire. Les méthodes de terrain actuelles les plus populaires consistent à mesurer la hauteur moyenne de pic à creux du profil à l'aide de micromètres de profondeur et/ou de bandes de réplique.
Un instrument de mesure du profil de surface de type micromètre de profondeur comporte une base plane qui repose sur la surface et une touche sur ressort qui s'engage dans les creux du profil de surface. La base plane repose sur les pics les plus élevés et chaque mesure représente donc la distance entre les pics locaux les plus élevés et le creux particulier dans lequel la pointe s'est introduite. Généralement conçus pour des surfaces planes, ces appareils présentent l'avantage de mesurer de grandes hauteurs de profil qui dépassent la plage de la plupart des autres instruments (Fig. 2).
La bande de réplique, qui fait l'objet de cet article, est reconnue depuis longtemps pour la caractérisation des surfaces. Elle est simple, relativement peu coûteuse et particulièrement utile sur les surfaces courbes. Son mode opératoire est décrit dans un certain nombre de normes internationales, notamment les normes ASTM1 D44172, ISO 8503-53, NACE RP02874 et AS 3894.55.
La bande de réplique se compose d'une couche de mousse compressible fixée sur un support en polyester incompressible d'une épaisseur hautement uniforme de 2 mils +0,2 mil6 (50,8 microns + 5 microns). Lorsqu'elle est pressée contre une surface en acier rugueuse, la mousse s'affaisse et forme une empreinte de la surface. En plaçant la bande comprimée entre les touches d'un micromètre d'épaisseur et en soustrayant l'épaisseur du support incompressible, soit 2 mils ou 50,8 microns, on obtient une mesure de la hauteur du profil de surface (Fig. 3).
En 1974, Keane et al.7 ont écrit qu'une surface préparée pour la mise en peinture par décapage par projection abrasive ne pouvait pas être entièrement décrite par la seule mesure de la distance entre crêtes et creux (H). Leur article venait étayer l'expérience de terrain qui indiquait l'existence d'un autre paramètre important en plus de H, à savoir le nombre de crêtes par unité de longueur (nombre de crêtes - Pc) ou le nombre de crêtes par unité de surface (densité de crêtes - Pd). Outre l'augmentation de la surface d'adhérence, l'article expliquait que l'accroissement du nombre de crêtes dans une zone définie augmentait l'angularité de cette zone. Cela soumettait le revêtement à des contraintes de cisaillement plus importantes qu'à des contraintes de tension (arrachement). Cela augmentait la résistance de liaison du revêtement appliqué, les valeurs de cisaillement étant toujours supérieures aux valeurs de tension. Le revêtement appliqué doit, bien entendu, mouiller 100 % de la surface.
La figure 4 est un exemple simplifié illustrant pourquoi LA HAUTEUR DE PIC ET LA DENSITÉ DE PICS sont toutes deux importantes pour comprendre les performances d'un revêtement. Ces deux surfaces présentent des géométries différentes alors que leurs mesures de hauteur sont identiques. Pour obtenir une image plus précise de la surface disponible pour l'adhérence, il est également nécessaire d'effectuer des mesures du nombre de pics. De plus, ces deux valeurs mesurées permettent d'étudier l'augmentation de la surface spécifique résultant du processus de sablage abrasif.
Il ne fait aucun doute que les mesures de la densité de pics sont importantes pour l'industrie de la corrosion, mais le problème jusqu'à présent résidait dans le fait que le nombre de pics n'était pas facile à déterminer.
En juin 2005, un article important rédigé par Roper et al.8 a indiqué que le nombre de pics pouvait être maîtrisé et que, tout comme la hauteur des pics, il influençait les performances du revêtement. Leurs travaux ont abouti à la création de la norme ASTM D71279, qui a également été publiée cette année-là.
Dans un article de suivi l'année suivante, ils ont conclu que « les profils d'acier optimaux pour une large gamme de revêtements industriels standard qui mouilleront complètement les surfaces sont une hauteur de profil de 2 à 3 mils (50 à 75 microns) et un nombre de pics compris entre 110 et 150 pics/pouce (40 et 60 pics/cm). Le nombre de pics optimal pour un revêtement particulier dépend de ses propriétés rhéologiques ». Ils ont expliqué qu'« une règle générale pour ajuster le nombre de pics afin d'optimiser les performances du revêtement consiste à utiliser l'abrasif le plus petit et le plus dur capable d'effectuer le travail. Pour obtenir une surface uniforme, il faut maîtriser la technique de sablage et la granulométrie de l'abrasif. Le revêtement doit être capable de mouiller complètement la surface ».10
Les auteurs recommandaient d'utiliser dans l'industrie de la corrosion des instruments de mesure de la rugosité par stylet, qui constituaient alors le meilleur instrument de terrain disponible, afin d'obtenir les deux informations cruciales sur le profil : la hauteur de crête ET la densité de crêtes.
Les rugosimètres à palpeur enregistrent les mouvements de haut en bas d'un palpeur externe se déplaçant sur une surface (Fig. 5). Ils mesurent un paramètre de hauteur appelé Rt conformément à la norme ISO11 428712, qui donne la distance verticale entre le pic le plus haut et le creux le plus bas sur une longueur d'évaluation donnée de 0,5 pouce (12,5 mm). Cinq traces sont réalisées et les valeurs Rt sont moyennées pour obtenir la moyenne des distances maximales de pic à creux.
Une étude comparative interlaboratoires (round robin) menée par l'ASTM en 201113 a déterminé que la hauteur de pic à creux Rt mesurée par les rugosimètres à palpeur correspondait étroitement à la hauteur H mesurée par les micromètres de profondeur et les bandes de réplique.
Cependant, si les rugosimètres à palpeur étaient capables de mesurer à la fois la hauteur des pics et le nombre de pics rencontrés sur une longueur d'évaluation, pourquoi l'industrie de la corrosion a-t-elle hésité à les adopter ?
Cette réticence s'explique probablement par des raisons économiques et pratiques. Les rugosimètres à palpeur sont par nature fragiles, car ils reposent sur un palpeur étalonné avec précision qui dépasse souvent du corps de l'appareil. Leur configuration et leur utilisation peuvent s'avérer complexes, et ils fournissent un certain nombre de paramètres de rugosité qui n'ont qu'un intérêt limité pour l'industrie des revêtements. Tous ces facteurs découragent probablement les utilisateurs potentiels.
Quelles autres solutions de mesure sont disponibles ? Il est communément admis dans l'industrie de la corrosion que les dispositifs de mesure définitifs doivent recourir à des méthodes de laboratoire telles que l'interférométrie à lumière blanche, la microscopie à variation de focale, la microscopie laser confocale et la microscopie à force atomique. Toutefois, ces puissants instruments peinent à mesurer les surfaces grenaillées complexes. Ils sont coûteux à l'achat, ne fonctionnent pas sur le terrain et nécessitent une formation approfondie pour configurer la myriade de paramètres de test nécessaires à l'analyse topographique, notamment les zones de garde, les graphiques d'échelle de surface, l'analyse d'échelle de complexité, les filtres, l'assemblage (stitching) et les dimensions des zones spatiales.
Les professionnels de la corrosion souhaitent simplement savoir s'ils disposent d'une bonne surface pour appliquer un revêtement. La surface a-t-elle été préparée de manière adéquate ? Est-elle acceptable pour le client ? Ils recherchent des objectifs mesurables et des paramètres de décapage réglables pour atteindre ces objectifs.
Il est donc souhaitable de disposer d'un instrument de terrain unique, abordable et robuste, conçu spécifiquement pour l'industrie de la corrosion, qui fournit à la fois des mesures de hauteur de pic (H) et de densité de pic (Pd), afin d'offrir aux inspecteurs une prédiction plus significative et fonctionnellement corrélée des performances du revêtement lors de la préparation de surface.
La solution réside dans la bande de réplique. On ignore généralement que les répliques de surface obtenues à l'aide de la bande Testex contiennent bien plus d'informations que la simple hauteur de crête mesurée au micromètre. Des données significatives sont accessibles grâce à l'imagerie numérique.
La bande de réplique est utilisée pour mesurer le profil de l'acier décapé par aんだけど (abrasif) depuis la fin des années 1960. Son fonctionnement est décrit dans plusieurs normes internationales, notamment les normes ASTM D4417, ISO 8503-5 et NACE RP0287. Par rapport à d'autres méthodes, elle présente les avantages d'être robuste, d'avoir un coût initial relativement faible, d'offrir une bonne répétabilité et d'offrir la possibilité de conserver une réplique physique de la surface évaluée. Cette méthode est largement utilisée et comprise. (Fig. 7)
Un avantage supplémentaire, parfois sous-estimé, réside dans le fait que, contrairement aux techniques à stylet, la méthode par réplique échantillonne une surface bidimensionnelle (2D) contiguë suffisamment vaste pour générer des statistiques robustes. Un balayage unique par testeur de rugosité de surface électronique, par exemple, échantillonne une ligne le long d'une surface sablée d'une longueur de 12,5 mm (0,5 po) et d'une largeur de 10 μm, soit une surface totale de 0,12 mm2. Une réplique en mousse plastique unique échantillonne environ 31 mm2, soit une surface 250 fois plus grande. Une nouvelle approche consiste à exploiter une propriété de la bande liée, mais distincte, de sa capacité à répliquer les surfaces : l'augmentation de la transmission optique de la bande là où elle est comprimée. La transmission est proportionnelle au degré de compression. Bon nombre des essais réalisés pour cet article ont utilisé les grades de bande de réplique existants Grossier (Coarse) et Très Grossier (X-Coarse). Afin d'améliorer la résolution optique et de réduire les artéfacts optiques, la société Testex14 a également fourni une version de qualité optique de sa bande de grade Très Grossier (X-Coarse) récemment commercialisée.
Une photographie d'un morceau de bande rétro-éclairé (Fig. 9) révèle des zones claires de compression plus élevée (pics) et des zones sombres de compression plus faible (vallées).
En appliquant le principe de transparence, les comptages de pics peuvent être déterminés en comptant simplement les points brillants sur l'empreinte capturée par un capteur d'image numérique. Ces mesures de luminosité correspondent à des mesures d'épaisseur qui, à leur tour, reflètent le profil de la surface d'origine. Un instrument portable (Fig. 11) peut identifier les pics et déterminer la densité surfacique des pics, c'est-à-dire le nombre de pics présents par millimètre carré, ou Pd, tel que défini par la norme ASME B46.115.
Bien qu'populaires dans les industries de l'usinage des métaux, les rugosimètres à palpeur se heurtent à la complexité des profils générés par les opérations de nettoyage de surface. Ils mesurent uniquement une seule ligne sur une surface rugueuse, et la plupart des caractéristiques enregistrées comme des « pics » sont en réalité des « épaulements de pics », le palpeur ayant suivi le flanc du pic plutôt que son sommet (Fig. 16). En revanche, les compteurs de pics pour bande de réplique, tout comme les profilomètres optiques interférométriques de laboratoire, délicats et coûteux, calculent de véritables densités de pics en deux dimensions.
Un autre avantage de ces images réside dans le fait qu'un plus grand nombre de données est utilisé pour dériver chaque mesure (1 000 000 de points pour une mesure unique sur bande de réplique contre 5 000 points pour un balayage de palpeur unique de 1"). De plus, tout cela est réalisé à l'aide d'un instrument de terrain robuste qui utilise un matériel économique pour obtenir des données de caractérisation de surface similaires à celles fournies par des instruments de laboratoire.
Des paramètres de caractérisation de surface supplémentaires peuvent être extraits une fois que la relation épaisseur/transparence a été appliquée à l'interprétation de l'image d'intensité à l'aide d'un logiciel de rendu tridimensionnel (3D). Le résultat se traduit par des cartes 3D de la surface d'acier sablée à un coût bien inférieur à celui des dispositifs de profilage interférométrique ou confocal. Un exemple du fonctionnement de ce processus est illustré dans les figures 10 à 12.
À partir des images 3D, il est possible de mesurer un dernier paramètre connexe censé favoriser l'adhérence chimique et mécanique, à savoir l'augmentation de la surface spécifique résultant d'une opération de décapage. Le Sdr est le rapport de surface interfaciale développée16 exprimé en pourcentage de surface supplémentaire apportée par la texture par rapport à un plan idéal de la taille de la zone de mesure. Les professionnels des revêtements estiment que ce paramètre de profil offre une corrélation fonctionnelle avec la technique d'application en leur fournissant une valeur de rugosité – l'augmentation en pourcentage de la surface supplémentaire créée par le décapage (surface réelle / surface x-y).17 Toutefois, les discussions ultérieures de cet article suggéreront que l'indication de la surface développée présente peu d'intérêt pratique dans l'industrie du décapage.
Pour valider les mesures 3D par bande de réplique, les deux nouvelles mesures de paramètres obtenues à partir de la bande, à savoir la densité de pics Pd et la surface développée Sdr, ont été comparées à deux méthodes établies de mesure de la rugosité de surface : la microscopie confocale et la profilométrie à palpeur.
La première étape a consisté à confirmer que l'imagerie par intensité lumineuse de la bande de réplique produisait des valeurs de Pd et de Sdr comparables à celles obtenues par des méthodes de laboratoire connues. Une étude a été menée en utilisant trois panneaux d'acier préparés par KTA Labs18. Des abrasifs de sablage Amasteel G-50, GMA Garnet Coarse et Amasteel S-230/G40 ont été utilisés. Les trois panneaux ont été envoyés au WPI19 accompagnés de 3 jeux de bandes de réplique brunies de qualité optique pour analyse au microscope confocal LEXT (Fig. 13).
Les images ont été seuillées à la valeur moyenne plus 10 % de Sz20. Tous les îlots supérieurs à 1 000 µm2 ont été comptabilisés comme un pic à des fins comparatives. Les résultats étaient comparables (Fig. 14).
Pour comparer les mesures issues d'images 3D de bandes de réplique avec les instruments de rugosité à palpeur, des mesures de densité de pics ont été réalisées sur les cinq panneaux utilisés dans l'étude comparative interlaboratoires (round-robin) ASTM de 2011. Cela a fourni des résultats d'essais par palpeur provenant de onze opérateurs indépendants qui ont mesuré des comptes de pics linéaires, Pc ou Rpc, à cinq reprises sur chacun des cinq panneaux au moyen de trois instruments de rugosité à palpeur disponibles dans le commerce : le Mitutoyo SJ-201, le Taylor Hobson Surtronic 25 et le MahrSurf PS1.
Pour obtenir les données d'imagerie 3D par bande de réplique, trois brunissages ont été effectués sur chaque panneau à l'aide de bandes de réplique de qualité optique et mesurés avec l'imager de bande de réplique PosiTector 6000 RTR-P (Fig. 11).
Les instruments de mesure de rugosité à palpeur produisant une mesure 2D en pics/mm et la méthode de la bande de réplique 3D produisant des mesures en pics/mm2, les deux séries de données ne sont pas directement comparables. Aux fins de cette analyse, les mesures de rugosité par palpeur ont été mises au carré afin que les deux techniques de mesure fournissent des valeurs comparables dans leurs dimensions. Une comparaison des méthodes de mesure est résumée à la figure 15.
Comme le montre ce graphique, il existe une forte relation linéaire entre les deux méthodes de mesure. Les mesures de quatre des cinq panneaux testés se situent à l'intérieur d'un écart-type d'une droite de régression passant par l'origine. Néanmoins, deux observations peuvent être tirées de la figure 15. Premièrement, il n'y a pas de relation 1:1 entre les deux méthodes de mesure. Deuxièmement, les données ne s'ajustent pas parfaitement à la droite de régression, ce qui donne une valeur R2 de 0,91.
L'absence de relation 1:1 entre les mesures au carré de l'instrument à palpeur et les méthodes d'imagerie 3D n'a rien d'étonnant. Bien que la mise au carré des mesures de l'instrument à palpeur permette d'obtenir des grandeurs aux dimensions comparables, elle ne peut compenser la nature bidimensionnelle de cet instrument. Par exemple, lors du tracé d'une ligne droite, il est possible de croiser une même crête à plusieurs reprises, ce qui génère de multiples « pics » alors qu'il n'existe en réalité qu'un seul pic adjacent à la trajectoire du palpeur. De plus, la classification de ce qui constitue un « pic » en trois dimensions n'est pas triviale, et l'analyse par imagerie 3D ignore probablement des caractéristiques qui seraient enregistrées comme un pic par l'instrument de rugosité à palpeur.
Les instruments de rugosité à palpeur peuvent enregistrer 0, 1 ou 2 pics selon la trajectoire de mesure. Il n'est pas clairement établi pourquoi les données ne s'ajustent pas parfaitement à la courbe de tendance. Étant donné que chacun des cinq panneaux d'essai était destiné à refléter un large éventail de méthodes de préparation différentes, il est probable que cet écart soit dû, au moins en partie, aux limites de l'instrument à palpeur. Sur les profilés présentant des pics aigus et étroits, le palpeur peut parfois contourner le pic au lieu de le franchir. Cela peut entraîner une sous-évaluation par l'instrument de rugosité sur certains profils.
À la lumière des recherches antérieures menées par Roper et al. sur la corrélation entre l'adhérence d'une part, et la hauteur du profil (H) et la densité de pics (Pd) d'autre part, une étude a été réalisée afin de déterminer si les méthodes d'imagerie par bande de réplique 3D donnaient des résultats similaires. Vingt-cinq échantillons en acier ont été préparés par Sponge-Jet21 à l'aide de divers abrasifs de projection. Après le sablage, des mesures ont été effectuées à l'aide de l'imager de bande de réplique 3D. Les échantillons ont ensuite été recouverts par pulvérisation d'une époxy, d'un acrylique bi-composant et d'un revêtement composite polymère, puis laissés à sécher. Trois essais d'adhérence par traction ont ensuite été réalisés sur chaque échantillon selon la méthode d'essai décrite dans la norme ASTM D454122 à l'aide d'un adhésimètre hydraulique de type V décrit à l'annexe A4 (méthode d'essai E) de cette même norme (Fig. 17).
Dans l'article de Roper et al. de 2006, il a été émis l'hypothèse que, « selon l'expérience des auteurs, les profils d'acier optimaux pour un large éventail de revêtements industriels Standard qui mouillent complètement les surfaces présentent une hauteur de profil de 2 à 3 mils (50 à 75 microns) ». Les observations de cette étude semblent confirmer cette hypothèse. Les résistances d'adhérence les plus élevées ont été observées dans la plage de 2 à 3 mils, les valeurs d'adhérence diminuant à mesure que la hauteur du profil dépassait 3 mils (Fig. 18). Bien qu'aucun échantillon n'ait été prélevé avec une hauteur de profil inférieure à 2 mils, on émet l'hypothèse que les niveaux d'adhérence commenceraient à diminuer avec la réduction de la hauteur du profil. Comme indiqué précédemment dans cet article, on théorise que l'adhérence commence à diminuer pour des profils supérieurs à 3 mils parce que le revêtement ne parvient pas à mouiller complètement le substrat. On théorise également qu'elle commence à diminuer pour des profils inférieurs à 2 mils en raison de l'insuffisance du profil pour ancrer le revêtement. Une courbe de tendance hypothétique, avec Pd et Sdr maintenus constants, est superposée aux données de cette étude dans la figure 19.
Il semble exister une forte corrélation positive entre la densité de pics et l'adhérence (Fig. 20), ce qui vient conforter l'hypothèse de Roper et al. selon laquelle le nombre de pics joue un rôle pertinent dans la performance des revêtements. Leur article affirmait que « les profils d'acier optimaux pour une large gamme de revêtements industriels standard assurant une mouillabilité complète des surfaces présentent […] un nombre de pics compris entre 110 et 150 pics/po (40 et 60 pics/cm) ».
Les auteurs ayant utilisé un profilomètre à palpeur dans leurs recherches, leurs chiffres ne sont pas directement comparables aux données de la présente étude. Cependant, en utilisant la relation apparente entre les mesures du profilomètre à palpeur et les mesures optiques par bande de réplique 3D rapportées plus haut dans cet article, une densité de pics 3D équivalente comprise entre 4 et 8 pics/mm2 peut être déduite. On émet donc l'hypothèse que la relation positive observée entre la résistance d'adhérence et la densité de pics ne se mantiendrait pas à des densités de pics supérieures à celles observées dans cette étude. Cette relation théorique entre l'adhérence et Pd, H et Sdr étant maintenus constants, est illustrée à la figure 21.
Un graphique de la surface développée observée en fonction de l'adhérence est résumé dans la figure 22. Les données semblent à première vue contredire l'affirmation de Roper et al. selon laquelle « plus la surface de revêtement est grande, meilleurs sont les résultats ». Cependant, les auteurs affirment ensuite que les deux principaux moyens d'accroître la surface spécifique — à savoir l'augmentation de la hauteur des pics et l'augmentation de leur densité — peuvent inhiber le mouillage et nuire aux performances du revêtement au-delà d'un seuil optimal. On estime que les données de cette étude reflètent cette affirmation. Les mesures de surface développée élevée dans plusieurs des échantillons (les microbilles de verre, par exemple) semblent avoir été le reflet des distances pic-vallée élevées dans ces échantillons. Il n'est donc pas surprenant que les échantillons présentant des surfaces développées élevées en raison de hauteurs pic-vallée excessives aient affiché de piètres performances de revêtement.
On estime que l'augmentation de la surface spécifique résultant du sablage abrasif est directement liée à la hauteur et à la densité des pics, éliminant ainsi la nécessité de la mesurer et de la consigner. Une discussion plus approfondie est présentée en annexe.
Il est généralement admis que la nature des surfaces en acier nettoyées par projection abrasive permet de prédire la performance à long terme des revêtements. L'industrie de la corrosion ne maîtrise pas encore pleinement la dynamique de ce problème complexe, mais elle dispose de plusieurs paramètres mesurables, parmi lesquels la hauteur des pics, la densité des pics, la surface spécifique, l'angularité, l'acuité et la forme. Les croyances bien ancrées dans l'industrie tendent à indiquer qu'une augmentation de plusieurs de ces paramètres améliorera la performance à long terme du revêtement. Les données empiriques démontrent que la réalité est moins simple.
Le plus important de ces paramètres, la hauteur des pics (H), est couramment mesuré aujourd'hui et constitue généralement le seul paramètre rapporté. Bien que son importance soit incontestable, un seul paramètre ne suffit pas à caractériser pleinement la dynamique d'une relation revêtement/substrat.
La densité de pics (Pd) constitue également un indicateur de performance majeur. Bien qu'elle ne puisse pas non plus servir de mesure unique à l'instar de H pendant plusieurs décennies, associée à H, elle offre une meilleure prédiction de la performance à long terme du revêtement telle que mesurée par les essais d'adhérence par traction.
Cette relation aide à comprendre pourquoi les mesures de H prises isolément n'ont pas toujours constitué une méthode fiable pour prédire la performance de tous les types de revêtements. Un revêtement peut adhérer aussi bien à une surface présentant un faible H et une forte Pd qu'à une surface présentant un H élevé et une faible Pd. C'est pourquoi l'industrie de la corrosion devrait consigner ces deux valeurs afin de permettre aux clients de déterminer le ratio optimal pour leur application de revêtement spécifique. Ces deux paramètres sont maîtrisés par le choix approprié du type et de la granulométrie de l'abrasif. Il est possible qu'un paramètre hybride soit spécifié à l'avenir.
Les répliques de surface obtenues à l'aide de bandes de réplique renferment beaucoup plus d'informations que la simple valeur de H mesurée au micromètre. Des données significatives peuvent être extraites par imagerie numérique. Un appareil portatif simple et économique, doté de capteurs d'épaisseur et d'imagerie, permet de caractériser la bande de réplique et de générer des images ainsi que des données statistiques de la surface d'origine, dont la plus importante est la Pd.
Les résultats de cette étude confirment une étroite corrélation entre les mesures par réplique de ruban, par profilomètre à contact (stylet) et par microscopie confocale pour les deux paramètres les plus importants :
H – La moyenne des distances maximales pic-vallée obtenue en mesurant l'épaisseur d'une réplique de ruban brunie à l'aide d'un micromètre ou d'un capteur d'épaisseur qui compense la non-linéarité du ruban. Les meilleures valeurs d'adhérence par arrachement sont obtenues avec des hauteurs de profil uniformes de l'ordre de 2,5 mils (65 µm) et une surface à densité de pics élevée, où les revêtements appliqués mouillent cent pour cent de la surface.
Pd – Densité surfacique de pics conformément à la norme ASME B46.1. L'augmentation de cette valeur accroît l'angularité afin de développer une plus grande résistance à l'adhérence par cisaillement plutôt qu'à la traction. Pour obtenir une adhérence optimale du revêtement (protection anticorrosion), la densité de pics doit être la plus élevée possible tout en garantissant un mouillage complet de la surface préparée.
L'auteur tient à remercier Leon Vandervalk de DeFelsko Corporation pour son assistance.
Limitations de Sdr
Selon la norme ASME B46.1, le rapport de l'aire interfaciale développée Sdr représente le pourcentage de surface supplémentaire apportée par la texture par rapport à un plan idéal de la taille de la zone de mesure, tel que calculé à la figure 23. Il est calculé en fonction de l'échelle en additionnant les aires d'une série de carreaux virtuels recouvrant la surface mesurée de manière discontinue.
La difficulté de l'utilisation de cette méthode pour caractériser une surface en acier décapée par aimentation réside dans le fait que les calculs sont sujets à l'interprétation de la définition. Si un laboratoire choisit une taille de triangle très réduite avec un dispositif de balayage à haute résolution, il constatera inévitablement une augmentation de surface plus importante qu'un autre laboratoire utilisant un équipement différent avec des seuils inférieurs (Fig. 24). La surface totale mesurée par les carreaux triangulaires augmente à mesure que l'échelle d'observation (aire du carreau) diminue.
On estime que l'augmentation de la surface résultant du décapage abrasif est directement liée à la hauteur et à la densité des pics, ce qui élimine la nécessité de la mesurer et de la consigner. H et Pd suffisent. Une alternative consiste à la calculer d'une manière similaire à la formule de Pythagore suivante :
Il est émis l'hypothèse que, si la hauteur des pics et la densité des pics étaient maintenues constantes, il existerait une corrélation positive entre la surface développée et la résistance à l'adhérence. Toutefois, cette corrélation positive semble faible et, comme le montre cette étude, n'est pas significative par rapport aux effets de la hauteur des pics et de la densité des pics. En outre, l'auteur de cet article n'a connaissance d'aucun moyen pratique de modifier la surface développée à l'aide d'un média abrasif tout en maintenant constantes les valeurs de hauteur et de densité des pics. Par conséquent, il semble y avoir peu d'intérêt pratique à mentionner la surface développée dans l'industrie du décapage par jet.
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1 ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428.
2 ASTM D4417 « Standard Test Methods for Field Measurement of Surface Profile of Blast Cleaned Steel » (ASTM International, West Conshohocken, PA)
3 ISO 8503-5 « Préparation des subjectiles d'acier avant application de peintures et de produits assimilés — Caractéristiques de rugosité des subjectiles d'acier décapés — Partie 5 : Méthode par ruban réplique pour la détermination du profil de surface » (Genève, Suisse : ISO)
4 NACE Standard RP0287-2002, « Field Measurement of Surface Profile of Abrasive Blast-Cleaned Steel Surfaces Using a Replica Tape ». (National Association of Corrosion Engineers (NACE), 1440 South Creek Dr., Houston, TX USA 77084-4906)
5 Australian Standard AS 3894.5-2002, « Site testing of protective coatings, Method 5: Determination of surface profile ». (Standards Australia, GPO Box 476, Sydney NSW 2001 Australia)
6 Pour convertir les unités impériales en unités métriques, utiliser 1 mil = 25,4 microns (µm).
7 J.D. Keane, J.A. Bruno et R.E.F. Weaver, Surface Profile for Anti-Corrosion Paints, Publication #74-01, SSPC: The Society for Protective Coatings, Pittsburgh, PA 15222, 1974
8 H.J. Roper, R.E.F. Weaver et J.H. Brandon, The Effect of Peak Count or Surface Roughness on Coating Performance, Journal of Protective Coatings and Linings, juin 2005, p. 52 - 64
9 ASTM D7127 « Standard Test Method for Measurement of Surface Roughness of Abrasive Blast Cleaned Metal Surfaces Using an Electronic Portable Stylus Instrument » (ASTM International, West Conshohocken, PA)
10 H.J. Roper, R.E.F. Weaver et J.H. Brandon, Peak Performance from Abrasives, Journal of Protective Coatings and Linings, juin 2006, p. 24 - 31
11 Organisation internationale de normalisation (ISO), 1 rue de Varembé, Case postale 56, CH-1211, Genève 20, Suisse
12 ISO 4287: 1997 « Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface : Méthode du profil — Termes, définitions et paramètres d'état de surface » (Genève, Suisse : ISO)
13 ASTM Research Report RR:D01-1169 (ASTM International, West Conshohocken, PA)
14 Testex, 8 Fox Lane, Newark, DE 19711 USA
15 ASME B46.1-2009 « Surface Texture (Surface Roughness, Waviness, and Lay) » (The American Society of Mechanical Engineers, Three Park Avenue, New York, NY 10016-5990 USA)
16 ISO 25178-2 « Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface : Tridimensionnel — Partie 2 : Termes, définitions et paramètres d'état de surface » (Organisation internationale de normalisation (ISO), 1 rue de Varembé, Case postale 56, CH-1211, Genève 20, Suisse)
17 C.A. Brown et S. Siegmann, "Fundamental scales of adhesion and area-scale fractal analysis," International Journal of Machine Tools and Manufacture, 41 (2001) 1927-1933
18 KTA-Tator, Inc. (KTA), 115 Technology Drive, Pittsburgh, PA 15275 USA.
19 Worcester Polytechnic Institute. (WPI), 100 Institute Rd., Worcester, MA 01609-2208 USA Matthew A. Gleason sous la supervision du Professeur Christopher A. Brown.
20 Il s'agit d'un paramètre 3D étendu à partir du paramètre de rugosité (2D) Rz. Il correspond à la distance entre le pic maximal et le creux maximal sur la surface dans la zone mesurée.
21 Sponge-Jet, Inc., 14 Patterson Lane, Newington, NH 03801 USA sous la supervision de Michael Merritt
22 ASTM D4541 « Standard Test Method for Pull-Off Strength of Coatings Using Portable Adhesion Testers » (ASTM International, West Conshohocken, PA)
23 Christopher A. Brown, William A. Johnsen, Kevin M. Hult, Scale-sensitivity, Fractal Analysis and Simulations, Int. J. Mach. Tools Manufact. Vol 38, Nos 5-6, p. 633-637, 1998)
DAVID BEAMISH (1955 – 2019), ancien président de DeFelsko Corporation, un fabricant basé dans l'État de New York d'instruments de mesure de revêtement portatifs vendus dans le monde entier. Diplômé en génie civil, il possédait plus de 25 ans d'expérience dans la conception, la fabrication et la commercialisation de ces instruments de mesure pour diverses industries internationales, notamment la peinture industrielle, le contrôle qualité et la fabrication. Il a animé des séminaires de formation et a été un membre actif de diverses organisations, notamment la NACE, la SSPC, l'ASTM et l'ISO.
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