Revêtement de couleur professionnel pour l'acier : protection durable et attrait esthétique

Le revêtement de couleur est un terme utilisé pour décrire l'application d'un revêtement organique décoratif et/ou protecteur sur un substrat d'acier fourni sous forme de bobine. L'acier à revêtement de couleur est aussi appelé acier prélaqué.

Les revêtements de couleur sont des revêtements de peinture et sont des produits de spécialité, qui sont utilisés pour donner à l'acier une protection à long terme sous une large gamme de conditions corrosives, s'étendant de l'exposition atmosphérique à l'immersion complète dans des solutions fortement corrosives. Un revêtement de couleur fournit peu de résistance au substrat d'acier, pourtant il protège l'acier de sorte que sa résistance et son intégrité peuvent être maintenues.

Processus de revêtement de couleur

Le revêtement de couleur de l'acier est un processus industriel continu et hautement automatisé pour le revêtement efficace des bobines d'acier. Dans ce processus d'application de revêtement de couleur, le substrat d'acier obtient un revêtement protecteur et décoratif. Ce processus de revêtement de couleur est aussi appelé un revêtement duplex.

Le processus de revêtement de couleur de l'acier selon la norme EN 10169:2010 est un « processus dans lequel un matériau de revêtement organique est appliqué sur une bande métallique laminée dans un processus continu qui comprend le nettoyage, si nécessaire, et le pré-traitement chimique de la surface métallique et soit un côté ou les deux côtés, application unique ou multiple de peintures (liquides) ou de poudres de revêtement qui sont ensuite polymérisées et/ou stratifiées avec des films plastiques permanents ».

La première ligne de revêtement de couleur a été démarrée en Europe pendant les années 1940. Elle est devenue immédiatement très populaire en raison de ses avantages inhérents de base qui sont donnés ci-dessous :

• Productivité plus élevée
• Une application de revêtement hautement sophistiquée et contrôlée par ordinateur
• Avantages environnementaux et économie d'énergie
• Propriétés plus cohérentes des tôles revêtues
• Moins de gaspillage de matériau de revêtement

Le revêtement de couleur fait généralement référence à l'application de couche de peinture liquide sur le substrat dans un processus automatique, continu après pré-traitement. L'acier prélaqué à revêtement de couleur est un produit à très haute valeur ajoutée qui combine les meilleures propriétés du substrat et du revêtement organique, lui conférant en plus une finition esthétique, un haut degré de durabilité et une haute résistance à la corrosion. L'épaisseur du revêtement de couleur est généralement dans la plage de 15 à 40 microns et les finitions sont lisses, mates, brillantes, texturées et imprimées. Pour la tôle à revêtement de couleur standard, l'épaisseur du substrat d'acier varie généralement de 0,2 mm à 1,6 mm et la largeur varie de 600 mm à 1600 mm.

Le revêtement de couleur est fait sur divers substrats d'aciers pour produire les produits les plus rentables, assurés en qualité avec la couche de finition compatible avec l'environnement. Les substrats d'acier normalement utilisés sont donnés ci-dessous :

• Acier laminé à froid
• Acier galvanisé à chaud
• Acier électrogalvanisé
• Galvalume – Aussi connu sous le nom de Zincalume et consiste en 55 % d'aluminium, 43,5 % de zinc et 1,5 % de silicium en poids.
• Galfan – C'est 95 % de zinc et 5 % d'aluminium

Les arrangements schématiques de la structure de revêtement de couleur sont montrés à la Fig 1.

Fig 1 Arrangements schématiques de la structure de revêtement de couleur

Procédé de revêtement

La ligne de revêtement de couleur traite à la fois les bobines d'acier laminé à froid et à revêtement métallique. La ligne de revêtement de couleur continue commence par le déroulement de la bobine à traiter et le joint mécanique de l'extrémité de tête de la bande à l'extrémité de queue de la bobine précédente. En raison de l'opération continue, la ligne inclut deux accumulateurs de bande, qui alimentent la bande dans le processus de revêtement pendant les changements de bobine.

En première étape de production d'un tel matériau, le pré-traitement est effectué pour assurer une surface de substrat uniforme et propre. Le pré-traitement du substrat est une opération très importante requise pour une meilleure adhérence et formabilité des tôles d'acier à revêtement de couleur. Par la suite, la surface est activée par le biais d'une conversion sans chromate pour assurer une bonne protection contre la corrosion et l'adhérence du primaire suivant. Cela peut être appliqué soit sur la surface supérieure et/ou inférieure. Avant d'entrer dans l'étape de processus suivante, la bande doit être séchée uniformément.

Certains producteurs de revêtement de couleur utilisent la technologie « sans rinçage  » à la place du phosphatage (revêtement phosphate) sur la bande de substrat d'acier en raison d'une meilleure maintenance du bain, d'une structure cristalline uniforme du revêtement ainsi que pour répondre à la demande des utilisateurs finaux pour plus de flexibilité de l'acier revêtu.

Le pré-traitement de revêtement sans rinçage est une couche très mince de traitement chimique qui lie la surface de revêtement de l'acier aux matériaux de revêtement organique appliqués subséquemment pour assurer une excellente adhérence du matériau de revêtement organique et la résistance à la corrosion du substrat d'acier.

Dans le cas du pré-traitement chimique, la surface de la bande est lavée et une couche de passivation est ajoutée en quatre phases. La couche de passivation améliore la résistance à la corrosion du produit et l'adhérence du primaire.

Après le pré-traitement, le primaire de couche uniforme d'épaisseur uniformément contrôlée est appliqué sur la surface pré-traitée. Le primaire fournit de la flexibilité au système de revêtement de couleur ainsi que la résistance à la corrosion car il contient des inhibiteurs de corrosion. Le primaire est polymérisé dans le four avec des contrôles de température précis et avec une grande précision.

Différents types de primaires sont disponibles basés sur diverses résines telles que l'époxy, le polyester, le polyuréthane et le PVC (chlorure de polyvinyle). Les primaires époxy sont préférés pour l'utilisation en toiture car ils contiennent des pigments chromates pour une meilleure résistance à la corrosion. Le chrome hexavalent (chrome VI) sert de coupleurs électrochimiques qui peuvent résister à l'action corrosive sur la plupart des surfaces métalliques. Cependant, ces composés sont largement utilisés dans les revêtements industriels, sont classés comme « cancérogènes  » (catégories 1 et 2) ainsi que toxiques et dangereux pour l'environnement. Donc, certains producteurs ont développé des primaires sans chromate.

La ligne de revêtement de couleur a normalement deux applicateurs. Le premier applique le primaire sur les deux faces de la bande et le second applique la couche de finition et la couche de dos. Après les deux applicateurs, il y a des fours à convection, où les revêtements de couleur sont polymérisés à l'air chaud.

La plupart des marchés de la toiture et de la construction pour les tôles à revêtement de couleur utilisent des couches de finition basées sur le polyester, le polyuréthane (PU), le fluorocarbone, le fluorure de polyvinylidène (PVDF), le polyester modifié silicone (SMP) et les plastisols pour la rentabilité et la durabilité.

Pour le revêtement multicouche, une couche de finition peut être appliquée sur la couche de primaire (aussi sur la surface supérieure et/ou inférieure) pour répondre aux exigences de qualité les plus élevées sur le produit final.

La couche de finition contient une combinaison de pigments de couleur et d'additifs qui fournit la couleur requise et d'autres propriétés de performance comme la résistance aux ultraviolets, etc.

Après les fours, la bande peinte est trempée dans l'eau. Si un stratifié est appliqué comme revêtement de finition, le second applicateur applique un adhésif qui est activé dans le four. Un film stratifié est pressé sur la bande d'acier par un rouleau immédiatement une fois que le produit a quitté le four. Un film protecteur peut également être appliqué sur le revêtement, qui protégera le revêtement des dommages et de la saleté pendant le traitement ultérieur par le client. Avant le renroulement, la surface de la bande est vérifiée visuellement. Un échantillon coupé de la bande subit un contrôle qualité dans le laboratoire de la ligne de revêtement de couleur.

Avant le refroidissement final, un dispositif peut être installé pour appliquer un film protecteur sur la surface chaude, selon les exigences des clients.

Finalement, la bande peut être inspectée dans la zone d'inspection et classée selon les spécifications des clients et les demandes du marché.

Une ligne de revêtement de couleur typique montrant le flux de matériau est montrée à la Fig 2.

Fig 2 Flux de matériau typique dans la ligne de revêtement de couleur

Essais effectués pour le contrôle qualité de l'acier revêtu

Les essais suivants sont effectués sur les aciers à revêtement de couleur :

• Essai d'impact – Cet essai est effectué pour déterminer la résistance du revêtement de couleur aux dommages mécaniques. Il est réalisé par l'essai de poids tombant selon les normes ASTM D 2774-84. Cette méthode est utilisée pour vérifier la fissuration ou la perte d'adhérence dans des zones autres que la zone d'impact. Pour l'essai, l'échantillon est fixé au bas de l'équipement avec l'aide de deux fixations. Selon la norme ci-dessus, un poids de 4,76 kg ± 28 g est laissé tomber librement d'une hauteur de 57 cm.
• Essai d'adhérence au pliage – L'essai d'adhérence au pliage est effectué selon ASTM D4145-83, pour évaluer l'adhérence des films de revêtement aux substrats d'acier. Pendant l'essai, un pliage de 180 degrés est fait en appliquant une force dans une machine de pliage. L'échantillon est plié à deux fois l'épaisseur (2t) du substrat pour évaluer l'adhérence du revêtement de couleur. S'il échoue après un pliage 2t, il est considéré comme un échec de l'essai d'adhérence au pliage.
• Essai de flexibilité – L'essai de flexibilité est effectué selon la norme ASTM D522. Il est utilisé pour déterminer la résistance à la fissuration de la flexibilité du revêtement de couleur sur le substrat de tôle d'acier. Un mandrin conique est utilisé pour l'essai. L'échantillon de tôle d'acier revêtue est plié sur le mandrin à travers 180 degrés en une seconde. Après le pliage, le film de revêtement de couleur est examiné pour la fissuration et le délaminage du substrat d'acier.
• Essai de dureté – Ceci est aussi connu sous le nom d'essai au crayon et à travers cet essai, la dureté du revêtement de couleur est déterminée pour évaluer les dommages mécaniques. Cet essai est fait selon la norme ASTM D 3363-74. Cette méthode est utilisée pour vérifier la dureté. L'échantillon est fixé au bas de l'équipement avec l'aide de deux fixations. Selon cette norme, le second rouleau dureté élevée spécifiée est 2H minimum. Pour cet essai, un crayon Faber-Castell est utilisé.
• Essai de résistance chimique – La résistance chimique du revêtement de couleur est évaluée en immergeant les échantillons revêtus de couleur dans l'eau distillée, une solution aqueuse à 5 % de NaOH, et une solution aqueuse à 5 % de H₂SO₄ pendant 24 heures. Les échantillons sont évalués pour des preuves d'attaque chimique préjudiciable. Les évaluations des échantillons indiquent généralement une variation de brillance, de couleur et d'adhérence. La surveillance des problèmes comme le cloquage, le décollement, le crayonnage et la fissuration est faite à travers cet essai.
• Essai de brouillard salin – Cet essai est conduit selon la norme ASTM B117 pour juger la performance du revêtement de couleur dans l'environnement marin contenant du sel. Pendant cet essai, l'échantillon de revêtement de couleur est exposé au brouillard salin dans une chambre scellée personnalisée. 5 % de solution de sel NaCl est prise comme standard pour générer le brouillard salin. D'autres paramètres comme la température, la pression d'air, l'orientation de l'échantillon, etc. sont maintenus. La progression de la corrosion est évaluée par examen visuel après un intervalle donné.
• Essai de résistance à la chaleur – Pour cet essai, un échantillon de taille standard est gardé à l'intérieur du four électrique à moufle pendant 12 heures à une température de 1250 °C. Chaque heure, l'échantillon est sorti pour inspection et est observé pour le cloquage, le changement de couleur et de brillance.
• Essai MEK (méthyl éthyl cétone) – Pour cet essai, de la laine de coton est trempée dans la solution MEK. Une charge de 1 kg est appliquée sur l'échantillon et l'échantillon est frotté par la laine de coton vers le haut par le pouce pendant 100 fois. La laine de coton est re-trempée dans la solution MEK après chaque 25 frottements. L'échantillon est observé pour le décollement du revêtement de couleur.

Applications

Les applications de l'acier à revêtement de couleur incluent les suivantes :

• Toiture et bardage mural industriels / domestiques
• Stockages frigorifiques et entrepôts
• Faux plafonds, intérieurs, stores vénitiens
• Aéroports, atriums dans les centres commerciaux et salles d'exposition
• Gouttières
• Clôtures et murs
• Biens blancs (appareils) tels que réfrigérateurs, congélateurs profonds, machines à laver, etc.
• Panneaux de commande électriques
• Tuiles de toiture
• Fonds de fûts
• Boîtiers et carters
• Mobilier et rayonnages industriels
• Mobilier de bureau
• Carrosseries de bus, wagons ferroviaires et autocars de luxe, etc.

Avantages

Lorsque le revêtement de couleur et l'acier galvanisé sont utilisés ensemble, le contrôle de la corrosion fourni est supérieur à l'un ou l'autre système utilisé seul. Le revêtement galvanisé protège l'acier de base, fournissant une protection cathodique et barrière et le revêtement de couleur ralentit le taux auquel le zinc est consommé, prolongeant considérablement la durée de vie de l'acier galvanisé. Une fois que le revêtement de couleur a été altéré ou endommagé, le zinc est disponible pour fournir une protection cathodique et barrière pour éviter la rouille après le décollement de la peinture. En raison de cet effet synergique pour un revêtement duplex, il fournit une protection contre la corrosion 1,5 à 2,5 fois plus longue que la somme des durées de vie du zinc et du revêtement de couleur utilisés individuellement. Les divers avantages du revêtement de couleur sont donnés ci-dessous :

• Excellente résistance à la corrosion
• Résistance au décollement et à l'écaillage
• Attrait esthétique qui permet la créativité architecturale
• Excellente formabilité et flexibilité de conception
• Facile à installer
• Sans entretien
• Recyclable et respectueux de l'environnement
• Léger mais structurellement fort, capacité à résister aux vents forts
• Efficacité thermique