Le traitement de surface des métaux fait référence à des processus qui utilisent des techniques modernes en physique, chimie, métallurgie et traitement thermique pour modifier l'état de surface et les propriétés des composants. Ces processus visent à optimiser la combinaison des matériaux de surface et de noyau pour répondre aux spécifications de performances requises.
Fonctions de traitement de surface :
Améliorez la résistance à la corrosion et à l'usure de la surface, ralentissez, éliminez et réparez les changements et les dommages de la surface.
Fournissez aux matériaux ordinaires des surfaces qui ont des fonctions spéciales.
Économisez de l'énergie, réduisez les coûts et améliorez l'impact environnemental.
Classification des procédés de traitement de surface métallique :
Traitement de surface : cette méthode consiste à modifier la morphologie de la surface, la composition des phases, la microstructure, l'état des défauts et l'état de contrainte du matériau par le biais de processus physiques ou chimiques, pour obtenir les propriétés de surface requises. La composition chimique du matériau reste inchangée.
Technologie de modification de surface : cette méthode utilise des méthodes physiques pour introduire des matériaux supplémentaires dans le substrat, formant ainsi une couche alliée pour obtenir les propriétés de surface souhaitées.
Technologie d'alliage de surface : ce processus implique l'utilisation de méthodes chimiques pour faire réagir les matériaux ajoutés avec le substrat, formant ainsi une couche de transformation pour obtenir les propriétés de surface souhaitées.
Technologie de revêtement de conversion de surface : ce processus implique l'application de méthodes physiques et chimiques pour créer des revêtements, tels qu'un placage ou un revêtement, sur le substrat afin d'obtenir les propriétés de surface requises, sans impliquer le substrat dans la formation du revêtement.
I. Technologies de modification de surface
Durcissement de surface Le durcissement de surface est une méthode de traitement thermique dans laquelle la surface de l'acier est rapidement chauffée jusqu'à la température de transformation de l'austénite puis trempée, sans modifier la composition chimique de l'acier ni la structure du noyau. Les principales méthodes de durcissement de surface comprennent le durcissement à la flamme et le chauffage par induction, utilisant des sources de chaleur telles que des flammes oxyacétylène ou oxypropane.
Durcissement de surface au laser Le durcissement de surface au laser consiste à focaliser un faisceau laser sur la surface de la pièce. En très peu de temps, la couche superficielle est chauffée au-dessus de sa température de transformation ou point de fusion, suivie d'un refroidissement rapide. Ce processus durcit et renforce la surface. La zone affectée thermiquement est petite, la déformation est minime et le processus est facile à mettre en œuvre. Il est principalement utilisé pour le renforcement localisé de composants tels que les matrices d'emboutissage, les vilebrequins, les cames, les arbres à cames, les arbres cannelés, les rails d'instruments de précision, les outils en acier rapide, les engrenages et les chemises de cylindre de moteur.
Shot Peening Le shot peening consiste à projeter un grand nombre de pellets à grande vitesse sur la surface de la pièce, semblables à de minuscules marteaux frappant la surface métallique. Cela provoque une déformation plastique dans les couches superficielles et souterraines, renforçant ainsi le composant. Avantages : Augmente la résistance mécanique, la résistance à l’usure, la résistance à la fatigue et la résistance à la corrosion. Il est utilisé pour la finition mate des surfaces, l'élimination du tartre d'oxyde et l'élimination des contraintes résiduelles dans les pièces moulées, les pièces forgées et les soudures.
Brunissage au rouleau Le brunissage au rouleau consiste à appliquer une pression avec des rouleaux durs ou des outils de brunissage sur la surface de la pièce en rotation à température ambiante, ce qui déforme et durcit plastiquement la surface pour obtenir une surface lisse, polie et renforcée avec des motifs spécifiques. Applications : convient aux composants de formes simples comme les surfaces cylindriques, coniques et plates.
Tréfilage Le tréfilage consiste à forcer le métal à travers une matrice sous l'effet d'une force externe, réduisant ainsi la section transversale du métal pour obtenir la forme et les dimensions souhaitées. Le métal subit une déformation au cours de ce processus. Applications : Le processus peut créer différentes finitions décoratives telles que des lignes droites, des motifs aléatoires, des vagues et des motifs en spirale.
Polissage Le polissage est un processus de finition de surface qui modifie la surface pour obtenir une finition lisse. Bien que cela n'améliore ni ne maintient la précision dimensionnelle, en fonction des conditions de pré-traitement, les surfaces polies peuvent atteindre des valeurs Ra comprises entre 1,6 μm et 0,008 μm.
II. Technologies d'alliage de surface
Traitement thermique de surface chimique Le processus typique de la technologie d'alliage de surface est le traitement thermique de surface chimique. Dans ce processus, les pièces sont placées dans un milieu spécifique et chauffées pour permettre aux atomes actifs du milieu de pénétrer dans la surface, modifiant ainsi la composition chimique et la structure de la pièce pour améliorer ses propriétés.
Comparé au durcissement de surface, le traitement thermique chimique de surface modifie non seulement la microstructure de la surface, mais également la composition chimique. Les types courants de traitements thermiques chimiques comprennent la cémentation, la nitruration, la co-diffusion multi-éléments et d'autres types de traitements de diffusion d'éléments. Le processus de traitement thermique chimique comporte trois étapes principales : la décomposition, l’absorption et la diffusion.
Noircissement : Il s'agit d'un processus dans lequel l'acier ou des pièces en acier sont chauffés dans une solution air-vapeur ou chimique pour former un film d'oxyde noir ou bleu sur la surface. Ce processus est également connu sous le nom de « bleuissement ».
Phosphatation : la phosphatation consiste à immerger une pièce (en acier, en aluminium ou en zinc) dans une solution de phosphatation, où une couche de conversion de phosphate cristallin se forme à la surface, insoluble dans l'eau.
Anodisation : L'anodisation fait principalement référence au processus d'anodisation de l'aluminium et de ses alliages. Dans ce processus, les pièces en aluminium sont immergées dans un bain d'électrolyte acide et soumises à un courant électrique. La surface forme un revêtement d'oxyde durable, qui offre une résistance à la corrosion, des finitions esthétiques, une isolation électrique et une résistance à l'usure. Applications : Couramment utilisé pour les traitements de protection des composants automobiles et aérospatiaux, ainsi que pour les traitements décoratifs pour les articles ménagers et la quincaillerie.
III. Technologies de revêtement de surface
Projection thermique La projection thermique consiste à chauffer des métaux ou des non-métaux jusqu'à leur état fondu et à utiliser de l'air comprimé pour les pulvériser sur un substrat. Cela forme un revêtement qui est fermement lié au matériau de base et confère les propriétés physiques et chimiques souhaitées, telles que la résistance à l'usure, à la corrosion et à la chaleur, ainsi qu'une isolation électrique. Applications : Utilisé dans un large éventail d’industries, notamment l’aérospatiale, l’énergie nucléaire, l’électronique, etc.
Revêtement sous vide Le revêtement sous vide est un processus de traitement de surface qui consiste à déposer des films minces métalliques et non métalliques sur des substrats sous vide grâce à des techniques telles que l'évaporation ou la pulvérisation cathodique. Avantages : Le revêtement sous vide permet d'obtenir des couches minces avec une excellente adhérence, une vitesse rapide et une contamination minimale.
Galvanoplastie La galvanoplastie est un processus électrochimique dans lequel un métal est déposé sur un substrat à partir d'une solution contenant des ions métalliques. Par exemple, lors du nickelage, la pièce métallique est immergée dans une solution de sel de nickel (NiSO4) et soumise à un courant continu, provoquant le dépôt de nickel sur la pièce. Applications : Couramment utilisé pour les revêtements décoratifs et fonctionnels, tels que la résistance à la corrosion et l’amélioration des propriétés d’usure.
Dépôt chimique en phase vapeur (CVD) Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est une méthode utilisée pour déposer des films minces sur des matériaux en introduisant des composés chimiques gazeux qui se décomposent à la surface du substrat. Le film résultant peut être constitué de couches métalliques ou composées, selon le type de dépôt. Applications : Le CVD est largement utilisé dans les industries de l'aérospatiale, de l'automobile, de l'électronique et de l'énergie pour produire des revêtements résistants à l'usure, à la corrosion, à la chaleur et conducteurs d'électricité.
Dépôt physique en phase vapeur (PVD) Le PVD est une technique de revêtement sous vide dans laquelle le matériau est vaporisé sous forme atomique ou moléculaire, puis déposé sur un substrat. Il comprend des méthodes telles que l’évaporation sous vide, la pulvérisation cathodique et le placage ionique. Les revêtements PVD sont connus pour leur forte adhérence, leur épaisseur uniforme et leur durabilité.
Applications : les revêtements PVD sont utilisés dans des industries telles que les machines, l'aérospatiale, l'électronique, l'optique et l'industrie légère pour créer des films minces présentant l'usure, la corrosion, la résistance à la chaleur et d'autres propriétés spéciales telles que la conductivité électrique, l'isolation et le magnétisme.
