Mouillage à haute température de surfaces hétérogènes fer métallique / oxydes
L’objectif poursuivi ici est d’étudier les mécanismes microscopiques du mouillage réactif ou non réactif de surfaces hétérogènes fer métallique / oxydes par un métal liquide. Il existe en effet très peu de données expérimentales quantitatives ou de modèles dans la littérature sur ce sujet, d’où son intérêt scientifique.
Les résultats intéressent également l’industrie de la galvanisation en continu, procédé qui consiste à couvrir l’acier d’un revêtement de zinc par immersion dans un alliage de zinc fondu. Dans ce contexte, nous avons, par exemple, étudié le mouillage réactif par un alliage de zinc et d’aluminium de surfaces hétérogènes composées de fer métallique et de particules ou de films d’oxydes à 450°C, par la technique de chute de gouttes (1).
Pour une recherche plus fondamentale, nous avons étudié le mouillage par le plomb liquide de surfaces de fer métallique recouvert de plots de silice à base carrée régulièrement répartis.
On peut observer ci-contre un exemple de surface hétérogène fer/SiO2 texturée.
Le schéma ci-contre présente l'évolution des angles d'avancée et de recul de la goutte de Pb en fonction de la fraction surfacique de silice.
Les angles d'avancée et de recul sont bien prédits par les modèles de la littérature, adaptés au cas du système que nous étudions (Cassie, Baxter, Trans Faraday Soc. 40 (1944) 546 et Raj, Enright, Zhu, Adera, Wang, Langmuir 28 (2012) 15777).
En parallèle, un code de calcul est développé afin de simuler le mouillage sur des surfaces solides. Les développements se basent sur une méthode Boltzmann sur réseau (LB) tridimensionnelle multiphasique et parallélisée à l’aide de l’interface MPI (Message Passing Interface). La méthode LB choisie résout à la fois les équations de Navier-Stokes, régissant l’écoulement des fluides, et l’équation de Cahn-Hilliard, qui détermine le mouvement de l’interface entre les fluides. À terme, ce code devrait permettre de simuler une goutte se déposant sur une surface lisse ou rugueuse et/ou chimiquement hétérogène afin de déterminer l’angle de contact et son hystérésis.
Références : (1)Giorgi M.-L., Diawara J., Rivollier M., Duval D., Koltsov A., 2018, Improvement of Wettability between Steel and Liquid Zn–Al Alloy by Forced Wetting, ISIJ Int. 58.