Le traitement des surfaces

pourquoi plusieurs modèles ont été élaborés pour avoir accès à cette grandeur. Nous n’étudierons ici que le plus simple, le critère de Zisman.

Critère de Zisman

Les travaux de Zisman ont permis de dégager un critère de mouillage plus simple à

manipuler que l’équation de Young-Dupré. Celui-ci fait intervenir une tension critique de surface, γ , déterminée expérimentalement en mesurant l’angle de contact d’une série C

de liquides homologues. On en déduit le critère suivant :

γ LG > γC : mouillage partiel γ : mouillage total LG < γ C

Exemple 7.1.4 — Tensions critiques de quelques solides.

Solide -1 γ C (mN.m)

Téflon 18 Polypropylène 29 Acier non traité 29 Polyéthylène 31 PVC 39 Acier phosphaté 43 Nylon 46 Verre propre 150

De ce qui précède, on déduit que la plupart des huiles et solvants organiques s’étalent sur les matières plastiques, mais pas l’eau. En revanche, l’eau s’étale sur le verre propre. Le problème est que le verre propre, dont l’énergie de surface est élevée, ne le reste pas longtemps : toute poussière ou graisse à son contact s’y adsorbe puisqu’elle est susceptible de diminuer cette énergie de surface. Le verre, dans les conditions habituelles où nous le voyons (vitre, pare-brise, lunettes), n’est mouillé que partiellement par l’eau. Remarquons enfin le rôle essentiel de la phosphatation de l’acier, traitement qui permet d’augmenter substantiellement sa mouillabilité. Les traitements de surface font l’objet de la section suivante.

7.2 Le traitement des surfaces

De la section précédente, nous pouvons déduire que traiter une surface solide afin

d’augmenter sa mouillabilité revient à augmenter sa tension critique de surface. Plusieurs méthodes peuvent être employées, que nous regrouperons en deux catégories : les méthodes physiques, généralement plus simples à mettre en œuvre et surtout moins coûteuses, puis les méthodes chimiques.

7.2.1 Méthodes physiques

Les méthodes physiques n’impliquent pas de transformation de la surface mais plutôt

une restitution de celle-ci dans un état propre et sain de manière à obtenir une tension de surface la plus élevée possible. Voici les principales méthodes :

• Simple nettoyage et dépoussiérage.

7.2 Le traitement des surfaces 103

• Dégraissage à l’aide de solvants adaptés (principalement pour les métaux).

• Création de rugosité pour faciliter l’accroche : ponçage, détrempe contrôlée des

matières plastiques à l’aide de solvants agressifs.

7.2.2 Méthodes chimiques

Il s’agit ici de transformer chimiquement la surface du solide de manière à augmenter sa tension superficielle. Nous en présentons ici les plus classiques.

Conversion chimique des métaux

Les procédés de conversion chimique consistent en la formation de composés inorga-niques complexes parfaitement adhérents au métal traité. La phosphatation est l’une des conversions chimiques les plus employées. On peut alors utiliser pour traiter l’acier un bain phosphatant constitué de phosphate de zinc Zn(H2P O4)2 et d’acide phosphorique H . La présence de ce dernier provoquera alors la dissolution du fer à l’interface 3 P O 4

métal-solution :

F e + 2+ + 2 H = F e + H

(s) 2(g)

Il résulte de cette réaction une augmentation du pH qui va provoquer la précipitation de sels métalliques phosphatés :

Zn2+ -+ 2 H 2 P O 4 = Zn(H2 P O4 )

2(s)

F e2+ -+ 2 H 2 P O 4 = F e(H2 P O4 )

2(s)

Le substrat ainsi transformé présente une tension superficielle supérieure à celle du métal original mais la conversion créee de plus un état de passivation donc une excellente résistance à la corrosion.

Figure 7.8 – Passage d’un pièce dans un bain phosphatant

Traitement des matières plastiques

Les valeurs des tensions superficielles critiques révèlent que certaines matières plas-tiques comme le polyéthylène et le polypropylène sont particulièrement difficiles à mouiller. Certains traitements de surface industriels (pour la mise en peinture ou les assemblages collés par exemple) sont destinés à rendre leur surface polaire afin d’augmenter leur tension superficielle :