Caractérisation des couches de passivation
Question
Comment déterminer précisément l'épaisseur et la composition d'une couche de passivation ?
La passivation est un processus chimique par lequel la formation d'un film "passif" permet de protéger un métal ou un alliage contre la corrosion. Cette couche peut apparaître naturellement par la formation d'un oxyde en surface comme, par exemple, sur l'aluminium ou le titane. Elle peut aussi être induite par un procédé industriel dans lequel il est nécessaire de maitriser l'épaisseur et la nature de l’oxyde formé afin d'obtenir une protection efficace contre le vieillissement des matériaux.
Expertise
Materia Nova possède une large expertise dans les traitements anticorrosions: formulation, étude de vieillissement, caractérisation, ...
Les couches de passivation sont souvent très minces, de quelques nanomètres à quelques dizaines de nanomètres. Dans cette situation, les techniques courantes telles que la XRF (souvent utilisée dans les ateliers de traitement de surface) ou la Microscopie Electronique à Balayage (MEB) ne permettent pas de déterminer précisément leur épaisseur. Cette mesure peut être réalisée grâce à nos équipements de caractérisation de surface tels que l'XPS.
L'XPS est une technique d'analyse de surface (5 à 10 nm de profondeur d'analyse) qui permet d'obtenir des informations sur la nature et la quantité des éléments présents mais aussi, grâce au mode haute résolution, d'accéder à l'état d'oxydation des éléments métalliques. Il est donc possible de faire clairement la distinction entre un matériau passivé ou non. De plus, les canons d'érosion permettent de creuser la matière de manière très précise, afin d'effectuer des analyses en profondeur (profil chimique).
L'exemple ci-dessous montre un profil réalisé sur une couche de passivation composée d'oxyde zinc et d'oxyde de chrome :
- L'analyse de composition montre la présence de zinc, de chrome et d'oxygène en surface. L'analyse en haute résolution confirme l'état oxydé du zinc.
- l'épaisseur de la couche de passivation est estimée à 70 nm.
- En dessous de la couche de passivation, on retrouve sur substrat composé d'un alliage de zinc-nickel.
Solution
La spectroscopie à photoélectrons X (XPS) permet d'étudier la composition chimique des couches de passivation et d'estimer précisément leur épaisseur, en particulier dans les situations où cette couche est très mince.