Un revêtement métallique qui se répare

Les avions, les voitures et les navires qui ne se corrodent pas sont la promesse de revêtements de peinture auto-cicatrisants et de matériaux polymères. Désormais, les chercheurs du Institut Fraunhofer pour l'ingénierie de fabrication et l'automatisation et l'Université de Duisburg-Essen en Allemagne ont mis au point un revêtement métallique qui peut être capable de se réparer après avoir subi des dommages.

Bulles de guérison : De minuscules capsules remplies de liquide de quelques centaines de nanomètres de large sont dispersées dans une fine couche de métal électrolytique. Les capsules pourraient être remplies de polymères pour fabriquer des revêtements métalliques qui se réparent.

Le métal auto-cicatrisant peut être galvanisé, ce qui ouvre des applications dans la construction, la construction automobile et d'autres industries qui utilisent ou fabriquent des machines en acier. (Les écrous, les boulons et les vis en acier, qui est sensible à la corrosion, sont déjà galvanisés avec des métaux antirouille tels que le zinc et le chrome.)

Le nouveau revêtement mesure environ 15 micromètres d'épaisseur et contient des capsules de polymère de quelques centaines de nanomètres de diamètre. Lorsque le placage est rayé, les capsules devraient éclater et libérer leur contenu - qui pourrait être un polymère capable de sceller la fissure ou des liquides inhibiteurs de corrosion.

Jusqu'à présent, les chercheurs ont fabriqué des revêtements infusés de nanocapsules à partir de métaux ou d'alliages tels que le cuivre, le zinc et le nickel. En principe, il devrait être possible de les fabriquer à partir de n'importe quel métal pouvant être galvanisé, explique Harald Holeczek, un chercheur de Fraunhofer qui a participé aux travaux.

Bien que Holeczek et ses collègues n'aient pas encore démontré la propriété d'auto-guérison du matériau, être capable d'incorporer des nanocapsules remplies de liquide dans des couches électrolytiques est important, dit Michael Kessler , professeur de science des matériaux et d'ingénierie à l'Iowa State University. Il s'agit du premier revêtement auto-cicatrisant qui peut être électrodéposé, dit-il. L'avantage est que la galvanoplastie est un procédé industriel largement utilisé.

Le liquide à l'intérieur des nanocapsules pourrait être adapté à diverses fins. Par exemple, les capsules dans le placage des roulements à billes pourraient être remplies d'huiles minérales pour rendre les roulements autolubrifiants. Les capsules remplies de liquides colorés ou d'huiles parfumées peuvent faire des pièces métalliques qui changent de couleur ou dégagent une odeur lorsqu'elles sont endommagées. Mieux encore, plusieurs types différents de capsules pourraient être incorporés à l'intérieur d'une couche métallique, explique Holeczek. Par exemple, il peut être possible d'utiliser une couleur ou un parfum dans une couche supérieure pour signaler l'usure ou les dommages et d'utiliser un agent d'inhibition dans une couche plus profonde pour éviter de graves dommages.

La galvanoplastie consiste à faire passer un courant à travers une solution d'électrolyte contenant des ions métalliques positifs. L'objet à revêtir reçoit une charge négative et est immergé dans l'électrolyte. Les ions positifs sont attirés par la surface négative, créant une fine couche de métal.

Les chercheurs de Fraunhofer fabriquent les nanocapsules séparément avant de les ajouter à une solution d'électrolyte. Mais fabriquer des capsules qui survivent au processus de galvanoplastie n'a pas été facile – les électrolytes agressifs peuvent facilement dégrader les capsules, explique Holeczek. De plus, les très petites capsules ont tendance à se coller les unes aux autres une fois introduites dans un milieu aqueux. Les chercheurs ont donc dû ajouter un mélange exclusif de produits chimiques à la solution d'électrolyte et aux capsules elles-mêmes pour éviter que cela ne se produise.

En conséquence, les nanocapsules peuvent être intégrées dans le placage mince sans affecter sa dureté et ses autres propriétés mécaniques, explique Holeczek. Ils sont également répartis uniformément à travers la couche métallique, ce qui signifie qu'il y a de meilleures chances que les capsules s'ouvrent même lorsque les dommages sont mineurs.

Paul Braun , professeur de science des matériaux et d'ingénierie à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, a conçu un système de cicatrisation à microcapsules qui peut être ajouté à une large gamme de peintures et de revêtements protecteurs et est maintenant commercialisé. Il dit que rendre les capsules trop petites pourrait aller à l'encontre de l'objectif : si vous avez une rayure de 15 micromètres de large, vous ne pouvez pas libérer suffisamment de matériau pour remplir le plan de fissure.

Cependant, une fois que les chercheurs auront mis au point les chimies appropriées pour montrer que le matériau peut se guérir, dit Braun, cela pourrait ouvrir un tout nouvel espace d'opportunité.

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