Qu’est qu’un laiton?
Les laitons sont des alliages qui contiennent majoritairement du cuivre et du zinc. Ils peuvent également contenir d’autres éléments en faible quantité pour améliorer certaines propriétés comme leurs propriétés mécaniques, leur résistance à la corrosion ou encore améliorer leur usinabilité. Ils sont très ductiles et malléables.
Le laiton est l’alliage de cuivre le plus utilisé dans l’industrie. En effet, les laitons sont moins couteux que d’autres alliages de cuivre et ils permettent d’en conserver les bonnes propriétés mécaniques. Ils sont également aisément mis en forme.
Il existe différents types de laiton, et parmi ceux-ci, on retrouve le laiton jaune, qui est très utilisé en quincaillerie et également en plomberie (valves, cartouches de robinet, etc.). Le laiton jaune contient environ 30 à 40 % de zinc.
Les laitons avec un taux de zinc supérieur à 15 % sont vulnérables à certains types de corrosion, comme la dézincification, en présence d’un environnement corrosif.
Qu’est-ce que la dézincification?
La dézincification est l’une des causes de bris des pièces de plomberie. Elle peut se produire lorsque des laitons avec plus de 15 % de zinc sont en contact avec de l’eau potable.
La dézincification est l’attaque sélective du zinc. La zone dézincifiée devient une masse poreuse composée uniquement de cuivre. Les propriétés mécaniques de cette zone sont considérablement diminuées. La dézincification va fragiliser l’ensemble de la pièce jusqu’à sa rupture finale. Plus le pourcentage de zinc est élevé, plus le risque à la dézincification augmente.
Certains paramètres de l’eau peuvent favoriser la dézincification :
- un taux de chlorures et de sulfates élevé;
- une alcalinité de l’eau faible;
- un pH d’environ 8.
Depuis 2009, certaines normes, comme la NSF/ANSI Standard 14 , exigent que les laitons utilisés en plomberie soient résistants à la dézincification. Pour répondre à cette exigence, un laiton doit contenir moins de 15 % de zinc ou contenir des éléments d’addition comme l’arsenic, l’antimoine, le phosphore ou encore l’étain. Cependant, notre expérience ainsi que la littérature montrent que ces éléments d’additions limitent le risque à la dézincification sans pour autant l’empêcher.
Comment identifions-nous la dézincification?
Un examen visuel et un examen au binoculaire nous permettent de mettre en évidence la dézincification. Les photographies 1 et 2 montrent le faciès de rupture d’une cartouche de robinet en laiton jaune. Les zones rougeâtres correspondent aux zones appauvries en laiton. En effet, c’est le zinc qui vient apporter la couleur jaune au laiton. Afin de confirmer le phénomène de dézincification, des examens complémentaires sont nécessaires : une analyse chimique, un examen au MEB (microscope électronique à balayage), des analyses EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) et un examen au microscope optique.
L’analyse chimique par spectrométrie ou par ICP (Inductively Coupled Plasma) nous permet de connaitre la composition chimique exacte du matériau. Comme seuls les laitons avec plus de 15 % de zinc sont susceptibles à la dézincification, il est donc important de connaitre la composition chimique du laiton.
L’examen au MEB (microscope électronique à balayage), nous permet de déterminer le mode de bris de la pièce. Lorsque la dézincification se produit, la surface de bris est associée à un bris fragile. Le bris fragile n’est pas attendu chez les laitons, car il s’agit d’un matériau ductile. La photographie 3, prise au MEB, montre la décohésion des joints de grains et des fissurations, qui sont des caractéristiques d’un bris fragile.
La photographie 4, également prise au MEB, montre des zones poreuses. Les analyses EDX, qui nous permettent d’avoir des estimations semi-quantitatives de la composition chimique de la surface de rupture, indiquent que les zones poreuses sont appauvries en zinc. Ainsi, les analyses EDX nous permettent de mettre en évidence les variations du pourcentage de zinc à différents endroits sur la surface de rupture.
L’examen métallographique nous permet de mettre en évidence les zones affectées par la dézincification. La photographie 5 , prise au microscope optique, montre une zone non affectée par la dézincification (à gauche) et une zone affectée par la dézincification (à droite). La zone affectée est poreuse, car le zinc a été attaqué. Seul le cuivre reste intact.
Pour résumé
La dézincification est l’attaque sélective du zinc dans le laiton. Elle peut se produire lorsque les laitons ayant plus de 15 % de zinc sont en contact avec de l’eau. Plus le pourcentage de zinc est élevé, plus les laitons sont y sont susceptibles. Certains paramètres de l’eau (alcalinité, pH, présence de chlorure ou sulfate) peuvent favoriser la dézincification des laitons.
Lorsque la dézincification se développe dans la pièce, elle va considérablement baisser les propriétés mécaniques de la pièce, jusqu’à entrainer sa rupture.
Les laitons jaunes, étant très polyvalents, sont très utilisés pour les pièces de plomberie. Cela dit, ils sont composés à plus de 30 % de zinc, ce qui en fait un matériau susceptible à la dézincification. Malgré l’ajout de certains éléments d’addition pour rendre ces laitons plus résistants à la dézincification, les bris causés par celle-ci restent fréquents en plomberie.
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