Nucleation and growth mechanisms of trivalent chromium conversion coatings on 2024-T3 aluminium alloy

Nucleation and growth mechanisms of trivalent chromium conversion coatings on 2024 aluminium alloy (AA 2024) were studied. Nucleation of 25 nm diameter nodules was observed on the ridges of the scalloped structure of degreased and desmutted AA 2024 after very short time of conversion treatment corresponding to the formation of a 12 nm thick precursor layer. Then, the composition of this layer evolved and concomitantly a chromium and zirconium outer layer deposited on top of it. Rather long-lasting anticorrosive properties were measured even for conversion coatings formed after short exposure to the conversion bath, except for the precursor layer

Comparative analysis of the anticorrosive properties of trivalent chromium conversion coatings formed on 2024-T3 and 2024-T351 aluminium alloys

The anticorrosive properties of the trivalent chromium process (TCP) coatings were studied for a 2024 aluminium alloy (AA2024) in both T3 and T351 metallurgical states. Better corrosion resistance was measured for the TCP coated AA2024-T3 compared to AA2024-T351, which was clearly related to the surface copper coverage measured after the pre-treatments for the different samples. The differences were explained considering the reactivity of both the S-phase coarse intermetallics (IMCs) and intergranular Cu-rich precipitates during deoxidation.Large S-phase IMCs and numerous intergranular Cu-rich precipitates constituted critical metallurgical parameters for the anticorrosive properties of the TCP coating

Influence of the alloy microstructure and surface state on the protective properties of trivalent chromium coatings grown on a 2024 aluminium alloy

The protective properties of trivalent chromium process (TCP) coatings grown on a 2024-T3 aluminium alloy were studied on the basis of electrochemical measurements performed both in sulphate and chloride solutions and neutral salt spray tests. The influence of the alloy microstructure and surface state was studied: two batches, each one characterized by its own coarse intermetallic particle distribution, and two surface states, i.e. laminated and polished, were considered. Results showed that in 0.1 M Na2SO4, the protective properties of the TCP coatings decreased when the roughness of the initial surface increased. Furthermore, improved protective properties were observed for a TCP coating grown on a surface containing a lower amount of Al-Cu-Mg IMCs in the initial microstructure. The most plausible explanation is that a fast kinetics of coating growth, either associated to strong initial roughness or a great surface copper coverage, was detrimental for the protective properties of the coatings. In more aggressive solutions, i.e. 0.5 M NaCl solution or for neutral salt spray tests, the differences are not significant. The findings are highly relevant for industrial applications: the results showed that variations in batches, for a same type of alloy, or in initial surface state should not be detrimental for the corrosion resistance of the TCP coated samples. However, the conversion process had to be adapted for different types of alloys, characterized by their own microstructure

Réactivité dans les bains de prétraitement et mécanismes de croissance des couches de conversion au chrome trivalent sur un alliage d'aluminium 2024

Hexavalent chromium, one of the main components of the chemical conversion coatings on the market, will be banned by European REACh regulations from 2024. From several years, manufacturers in the aeronautical sector have been developing substitution solutions based on trivalent chromium. These solutions with promising anti-corrosion properties as compared to hexavalent chromium are less toxic and less harmful to the environment than hexavalent chromium. However, the deployment of the CrIII conversion coatings to the industrial scale highlighted a higher sensitivity of these processes, as compared to the CrVI solutions, to the surface properties of the aluminium alloys. This work aims at improving the robustness of the trivalent chromium conversion process of the aluminium alloys by identifying the first order parameters controlling the anticorrosion performances of the conversion coatings. For that purpose, elements of understanding concerning the surface modifications caused by the surface preparation as well as data on the mechanisms of growth of the coating were brought. The thesis work was carried out on aluminium alloy 2024, which is widely used in the aeronautical field. Various alloy batches, surface states and metallurgical states were considered in order to determine the impact of alloy metallurgy on the surface properties after surface preparation as well as on the anticorrosive properties of the coating. The study of the reactivity of the alloy in the chemical conversion bath gave relevant data on the mechanisms of nucleation and growth of the conversion layer. As a result, a model for the formation of the conversion coating for 2024-T3 alloy was proposed.Composants principaux des couches de conversion chimique sur le marché, les composés à base de chrome hexavalent vont être interdits par la réglementation européenne REACh à partir de l'année 2024. Depuis plusieurs années, les industriels du secteur aéronautique développent donc des solutions de substitution basées sur le chrome trivalent, moins toxique et moins néfaste pour l'environnement que le chrome hexavalent, tout en conférant des propriétés anticorrosion prometteuses aux alliages d'aluminium. Le déploiement des solutions de conversion chimique à base de CrIII à l'échelle industrielle a mis en évidence une sensibilité forte de ces procédés aux propriétés de surface des alliages d'aluminium. Ce projet de thèse vise à améliorer la robustesse du procédé de conversion au chrome trivalent en identifiant les paramètres de premier ordre contrôlant les performances anticorrosion des couches. Pour cela, des éléments de compréhension concernant les modifications de surface causées par la préparation de surface et les mécanismes de croissance de la couche ont été apportés. Les travaux de thèse ont été réalisés sur l'alliage d'aluminium 2024 largement employé dans le domaine aéronautique. Différents lots d'alliage, états de surface et états métallurgiques ont été considérés afin de déterminer l'impact de la métallurgie de l'alliage sur les propriétés de surface après préparation de surface ainsi que sur les propriétés anticorrosion de la couche formée. L'étude de la réactivité de l'alliage dans le bain de conversion chimique a ensuite permis de mettre en évidence les mécanismes de nucléation et croissance de la couche de conversion. Un modèle de formation de la couche en surface de l'alliage 2024-T3 a ainsi été proposé

Réactivité dans les bains de prétraitement et mécanismes de croissance des couches de conversion au chrome trivalent sur un alliage d'aluminium 2024

Hexavalent chromium, one of the main components of the chemical conversion coatings on the market, will be banned by European REACh regulations from 2024. From several years, manufacturers in the aeronautical sector have been developing substitution solutions based on trivalent chromium. These solutions with promising anti-corrosion properties as compared to hexavalent chromium are less toxic and less harmful to the environment than hexavalent chromium. However, the deployment of the CrIII conversion coatings to the industrial scale highlighted a higher sensitivity of these processes, as compared to the CrVI solutions, to the surface properties of the aluminium alloys. This work aims at improving the robustness of the trivalent chromium conversion process of the aluminium alloys by identifying the first order parameters controlling the anticorrosion performances of the conversion coatings. For that purpose, elements of understanding concerning the surface modifications caused by the surface preparation as well as data on the mechanisms of growth of the coating were brought. The thesis work was carried out on aluminium alloy 2024, which is widely used in the aeronautical field. Various alloy batches, surface states and metallurgical states were considered in order to determine the impact of alloy metallurgy on the surface properties after surface preparation as well as on the anticorrosive properties of the coating. The study of the reactivity of the alloy in the chemical conversion bath gave relevant data on the mechanisms of nucleation and growth of the conversion layer. As a result, a model for the formation of the conversion coating for 2024-T3 alloy was proposed.Composants principaux des couches de conversion chimique sur le marché, les composés à base de chrome hexavalent vont être interdits par la réglementation européenne REACh à partir de l'année 2024. Depuis plusieurs années, les industriels du secteur aéronautique développent donc des solutions de substitution basées sur le chrome trivalent, moins toxique et moins néfaste pour l'environnement que le chrome hexavalent, tout en conférant des propriétés anticorrosion prometteuses aux alliages d'aluminium. Le déploiement des solutions de conversion chimique à base de CrIII à l'échelle industrielle a mis en évidence une sensibilité forte de ces procédés aux propriétés de surface des alliages d'aluminium. Ce projet de thèse vise à améliorer la robustesse du procédé de conversion au chrome trivalent en identifiant les paramètres de premier ordre contrôlant les performances anticorrosion des couches. Pour cela, des éléments de compréhension concernant les modifications de surface causées par la préparation de surface et les mécanismes de croissance de la couche ont été apportés. Les travaux de thèse ont été réalisés sur l'alliage d'aluminium 2024 largement employé dans le domaine aéronautique. Différents lots d'alliage, états de surface et états métallurgiques ont été considérés afin de déterminer l'impact de la métallurgie de l'alliage sur les propriétés de surface après préparation de surface ainsi que sur les propriétés anticorrosion de la couche formée. L'étude de la réactivité de l'alliage dans le bain de conversion chimique a ensuite permis de mettre en évidence les mécanismes de nucléation et croissance de la couche de conversion. Un modèle de formation de la couche en surface de l'alliage 2024-T3 a ainsi été proposé

Recativity in pretreatment bath and growth mechanisms of trivalent chromium conversion coating on a 2024 alumium alloy

Composants principaux des couches de conversion chimique sur le marché, les composés à base de chrome hexavalent vont être interdits par la réglementation européenne REACh à partir de l'année 2024. Depuis plusieurs années, les industriels du secteur aéronautique développent donc des solutions de substitution basées sur le chrome trivalent, moins toxique et moins néfaste pour l'environnement que le chrome hexavalent, tout en conférant des propriétés anticorrosion prometteuses aux alliages d'aluminium. Le déploiement des solutions de conversion chimique à base de CrIII à l'échelle industrielle a mis en évidence une sensibilité forte de ces procédés aux propriétés de surface des alliages d'aluminium. Ce projet de thèse vise à améliorer la robustesse du procédé de conversion au chrome trivalent en identifiant les paramètres de premier ordre contrôlant les performances anticorrosion des couches. Pour cela, des éléments de compréhension concernant les modifications de surface causées par la préparation de surface et les mécanismes de croissance de la couche ont été apportés. Les travaux de thèse ont été réalisés sur l'alliage d'aluminium 2024 largement employé dans le domaine aéronautique. Différents lots d'alliage, états de surface et états métallurgiques ont été considérés afin de déterminer l'impact de la métallurgie de l'alliage sur les propriétés de surface après préparation de surface ainsi que sur les propriétés anticorrosion de la couche formée. L'étude de la réactivité de l'alliage dans le bain de conversion chimique a ensuite permis de mettre en évidence les mécanismes de nucléation et croissance de la couche de conversion. Un modèle de formation de la couche en surface de l'alliage 2024-T3 a ainsi été proposé.Hexavalent chromium, one of the main components of the chemical conversion coatings on the market, will be banned by European REACh regulations from 2024. From several years, manufacturers in the aeronautical sector have been developing substitution solutions based on trivalent chromium. These solutions with promising anti-corrosion properties as compared to hexavalent chromium are less toxic and less harmful to the environment than hexavalent chromium. However, the deployment of the CrIII conversion coatings to the industrial scale highlighted a higher sensitivity of these processes, as compared to the CrVI solutions, to the surface properties of the aluminium alloys. This work aims at improving the robustness of the trivalent chromium conversion process of the aluminium alloys by identifying the first order parameters controlling the anticorrosion performances of the conversion coatings. For that purpose, elements of understanding concerning the surface modifications caused by the surface preparation as well as data on the mechanisms of growth of the coating were brought. The thesis work was carried out on aluminium alloy 2024, which is widely used in the aeronautical field. Various alloy batches, surface states and metallurgical states were considered in order to determine the impact of alloy metallurgy on the surface properties after surface preparation as well as on the anticorrosive properties of the coating. The study of the reactivity of the alloy in the chemical conversion bath gave relevant data on the mechanisms of nucleation and growth of the conversion layer. As a result, a model for the formation of the conversion coating for 2024-T3 alloy was proposed