Test accéléré de corrosion alternatif au brouillard salin selon la norme ASTM B117

Un test de corrosion accélérée est généralement défini comme étant une méthode qui évalue la performance de résistance à la corrosion, de métaux et de revêtements, et dont les résultats sont obtenus après une période de temps plus courte qu'avec une exposition naturelle. Les tests de corrosion accélérée sont essentiels pour le développement et la qualification de nouveaux matériaux, revêtements et traitements de surface. Cependant, pour une multitude de matériaux et revêtements utilisés dans l'industrie aéronautique, ces tests sont peu fiables et échouent dans la reproduction de la performance de résistance à la corrosion obtenue dans les essais d'exposition extérieure à long termes ou même sous les conditions de service. Ce manque de précision a mené à une forte dépendance aux essais d'exposition à longs termes. Le brouillard salin suivant la procédure ASTM B117 est l'un des tests accélérés de corrosion, les plus fréquemment utilisés, notamment pour évaluer la résistance à la corrosion des alliages d'aluminium. Cette méthode peut durer plusieurs centaines d'heures, en plus d'être l'objet de multiples controverses dans la littérature. Malgré ses limitations connues telles que la lenteur, le coût et la subjectivité, le test du brouillard salin est considéré comme une référence dans le milieu aéronautique. Voilà pourquoi, Bombardier Aéronautique, leader dans le domaine de la construction aéronautique et entreprise d'accueil de cette maîtrise en milieu industriel, a proposé de mener un projet de recherche expérimentale en collaboration avec l'École Polytechnique de Montréal. L'objectif de ce projet étant le développement d'un test en mesure d'évaluer la capacité de différents alliages d'aluminium anodisés à résister à la corrosion en outrepassant les limites du test du brouillard salin. Pour Bombardier Aéronautique, l'intention première n'est pas de remplacer le test du brouillard salin mais plutôt d'élaborer une méthode alternative qui permettra de prédire la réussite ou l'échec des tests au brouillard salin. La méthode dite alternative doit être simple, objective et rapide. Elle doit permettre d'évaluer la qualité du fini de l'aluminium avec anodisation à l'acide chromique et les spécifications relatives au revêtement et aux coupons de test sont fournies par l'entreprise. Afin de satisfaire les requis de Bombardier Aéronautique, le choix s'est porté sur le « cathodic breakdown test » CBT parmi l'ensemble des méthodes électrochimiques. Le CBT semble être la méthode la plus prometteuse et avec le plus de chance de corrélation avec le brouillard salin. Par ailleurs, le CBT est une des méthodes électrochimiques spécialement conçues pour l'évaluation des revêtements d'anodisation sur l'aluminium et ses alliages. Le CBT a été utilisé dans l'industrie aéronautique pendant une quinzaine d'années (entre 1978 et 1993), au moins, sur une base informelle, pour évaluer les variations du procédé d'anodisation à l'acide chromique. Les données collectées se sont avérées suffisamment prometteuses pour considérer l'évaluation de la corrélation entre les résultats du CBT et ceux du test du brouillard salin sur une base échec/réussite. Une méthode expérimentale, discutée dans la littérature, a été mise en place pour évaluer la résistance à la corrosion d'un revêtement d'anodisation à l'acide chromique typique. À terme, 63 tests ont été conduits et des paramètres et critères de corrélation ont été établis. L'application de ces critères a permis d'identifier correctement les échecs au brouillard salin : les échantillons qui échouent au CBT, échouent aussi au brouillard salin. L'auteur a conclu que le CBT montrait une assez bonne corrélation avec le brouillard salin. À cet égard, le CBT n'étant pas standardisé et ne faisant l'objet d'aucune procédure approuvée, détaillée et claire, dans la littérature, le présent mémoire se consacre à développer une méthode expérimentale complète pour la réalisation du CBT, à étudier la corrélation entre les résultats du CBT et ceux du brouillard salin, à discuter la précision des critères et paramètres de corrélation présentée dans la littérature et finalement, à évaluer le CBT en tant qu'outil de contrôle de la qualité dans l'industrie aéronautique. L'étude du CBT sera basée sur les matériaux aéronautiques industriels, et sera centrée sur les revêtements d'anodisation à l'acide chromique sur l'aluminium avec une large gamme de colmatages. Ultimement, une nouvelle méthode d'évaluation de la performance de résistance à la corrosion, outrepassant les limites du brouillard salin, sera présentée (10 minutes pour le CBT versus 336 heures pour le brouillard salin). L'examen des résultats obtenus a démontré que le paramètre de corrélation, CBTcombined, augmente avec le temps de test au brouillard salin à l'échec et que le CBT est très sensible à la qualité du colmatage de l'échantillon testé. Le CBT est alors identifié comme un outil en mesure de prédire les échecs au brouillard salin et peut donc être utilisé à cette fin chez Bombardier Aéronautique. L'intégration du CBT en tant que test alternatif au brouillard salin permettrait une réduction considérable des tests au brouillard salin, offrirait des gains de temps considérables et des données quantitatives objectives. Cependant, une réévaluation des critères et paramètres de corrélation, est nécessaire avant de considérer le CBT comme outil efficace de contrôle de la qualité, de manière indépendante.

Abstract

An accelerated corrosion test is generally defined as a method that assesses the performance of metals and coatings and the results are obtained after a period of time shorter than with natural exposure. The accelerated corrosion tests are essential for new materials, coatings and surface treatments development and qualification. However, for a variety of materials and coatings used in the aviation industry, these tests are unreliable and fail to reproduce the performance of corrosion resistance obtained in tests of long-term outdoor exposure or even under in service conditions. This lack of precision led to a heavy reliance on long-term exposure tests. The salt spray test, such as defined by ASTM B117, is one of the most widely used proof tests for evaluating corrosion protection provided by organic and inorganic coatings on metals, including aluminum alloys, and is frequently quoted in specifications as a quality control tool. This method can take several hundred hours, in addition to being the subject of many controversies in the literature. Despite its known limitations such as time, costs and subjectivity, the salt spray test is considered a reference in the aerospace industry. Explaining why, Bombardier Aerospace, a leader in the aircraft construction field and host company for this master degree, proposed to conduct an experimental research project in collaboration with the “École Polytechnique de Montréal”. The scope of this project is to develop test able to assess the ability of different anodized aluminum alloys to resist corrosion attack by overstepping salt spray test limits. For Bombardier Aerospace, the intent is not to replace the salt spray test but rather to develop an alternative method that will predict salt spray pass or failure. The alternative method must be simple, objective and fast. It should be able to assess finished aluminum alloys, with chromic acid anodizing, quality. Coating specifications and test coupons are provided by the company. To meet Bombardier Aerospace requirements, the "Cathodic Breakdown Test" CBT among all electrochemical methods was chosen. The CBT appears to be the most promising test and the most likely to correlate with salt spray test. Moreover, CBT is a specially designed electrochemical method for evaluating anodized coatings on aluminum and aluminum alloys. The CBT has been used in the aeronautical industry for about 15 years (from 1978 to 1993), at least, on an informal basis to evaluate process shifts of chromic acid anodized aluminum coatings [1]. The collected CBT data appeared promising enough to evaluate the correlation between this test results and the salt spray data on a pass/fail basis. An experimental method was put in place to evaluate the corrosion resistance performance of a typical chromic acid anodizing process. At the end, 63 tests were conducted and correlation parameters and criteria were established. Their use allowed an accurate prediction of salt spray failure: samples that failed CBT, also failed in salt spray. The author concluded that the CBT results correlate well with those of the salt spray. The CBT, not being a standardized test and lacking approved methodology in the literature, this work is devoted to develop a complete experimental procedure for cathodic breakdown testing, to study the correlation between CBT and salt spray testing results, to discuss the accuracy of the correlation parameters presented in the literature, and finally, to evaluate the CBT as useful quality control tool in the aerospace industry. This study will be based on aerospace industrial materials, and will focus on chromic acid anodizing coatings with a large range of sealing performances. Ultimately, a new testing method of corrosion performance, overcoming salt spray limitations, will be presented (10 minutes for CBT versus 336 hours for salt spray). Data examination showed that the CBTcombined parameter increases with the salt spray test time to fail, and that the CBT is very responsive to the sealing quality. Thus, the CBT is identified as a tool with the ability to predict failures in salt spray cabinet and could be use for this aim at Bombardier Aerospace's locations. The CBT integration as an alternate test to salt spray would allow a considerable reduction of salt spray testing, deliver great time savings and provide objective quantitative data. However, re-evaluating correlation criteria and parameters is necessary to qualify the CBT as a standalone quality control tool.