les traitements de surface -...
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Les traitements de surfaceLes traitements de surface
Qu’est ce qu’un Qu’est ce qu’un traitement de surface? traitement de surface?
« Toutes les opérations mécaniques, chimiques, électrochimiques ou physiques qui ont pour conséquences de modifier la fonctionou l’aspect de la surface d’un matériau, afin de l’adapter à des
conditions d’utilisation données ».
Définition donnée par l’encyclopédie Universalis.
« Traitement de surface » = Terme général regroupant:
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Les traitements de surfaceLes traitements de surface
Une SURFACE est faite pour satisfaire des propriétés d’emploi données. C’est la raison pour laquelle on est souvent amené à pratiquer un (ou des) « traitements » pour « anoblir » la surface et lui conférer une fonctionnalité spécifique.
Un traitement de surface, pour quoi faire?Un traitement de surface, pour quoi faire?
Domaines d’applications:Domaines d’applications:
�L’aspect de surface/décoration
�La résistance à la corrosion
�La résistance au frottement
�La résistance à l’abrasion/érosion
�La résistance à la fatigue
�L’aptitude au collage
44,90%
23,80%
11,40%
8,10%
7,80% 2,50%1,50%
Anti-corrosion Anti-usure
Amélioration de l'aspect Conductibilité électrique
Amélioration des caractéristiques de glissement Soudabilité
Autre
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Les traitements de surfaceLes traitements de surface
Qu’est ce qu’un Qu’est ce qu’un traitement de surface? traitement de surface?
UN TRAITEMENT DE SURFACE CE COMPOSE TOUJOURS:
Remarque: Les traiteurs à façon font une distinction très nette entre un revêtementet un traitement de surface superficielle :
D’un revêtementD’un traitement de surface superficielle
D’un (ou plusieurs) traitement préparatoire(préparation de surface)
ET/OU
ET
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Les traitements de surfaceLes traitements de surface
Qu’est ce qu’Qu’est ce qu’un traitement préparatoire un traitement préparatoire ??
Conditionnement d’une surface industrielle par une successiond’opérations appropriées afin de la rendre apte à recevoir (et à
garder) un traitement ultérieur.
SEQUENCE DE PREPARATION
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Les traitements de surfaceLes traitements de surface
Qu’est ce qu’un Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielletraitement de surface superficielle??
Terme général désignant une modification structurellesuperficielle des surfaces; la modification de structure n’étant pas, en général, homogène suivant l’épaisseur et étant caractérisée par:
� Un effet thermique⇒Traitement thermique de surface
� Un effet mécanique
� La diffusion d’un métal ou d’un métalloïde⇒Traitement thermochimique de diffusion
� La formation d’un nouveau composé⇒Traitement de conversion
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Les traitements de surfaceLes traitements de surface
Qu’est ce qu’Qu’est ce qu’un revêtementun revêtement ??
Terme général désignant toute couche métallique, organique ou minérale déposée sur une surface par un procédé de recouvrement, tel que la surface du matériau d’apport soit assez homogène et les modifications du matériau de base à l’interface négligeablepour que la qualité de la couche soit définie par son épaisseur.
LE MATERIAU D’APPORT NE REAGIT PAS OU TRES PEU AVEC LE SUBSTRAT
ÉpaisseurInterface
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Les traitements de surfaceLes traitements de surface
Critères de choix:Critères de choix:
Considérations économiques� Prix du revêtement, du procédé,..
� Durée de vie, entretien
Propriété
MécaniqueDureté, Ductilité, Fluage,
Adhérence, Résistance à l’abrasion,
À l’usure, au frottement,…
ChimiqueRésistance à la corrosion naturelle ( atmosphérique ),
aux HT°, industrielle
PhysiquePorosité, Épaisseur,
Conductibilité thermique, électrique, Rugosité….
Aspect� brillance, couleur
Nature� Composition, défauts� Alimentaire, allergène
Conditions de service� Nature du milieu
�Mode d’exposition
� Conditions climatiques
� Sollicitations mécaniques
Matériau de la pièce� Nature,
� Composition, structure
� antécédents métallurgiques
Forme,
dimensions,…
Choix d’un traitement de surface
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Les traitements de surfaceLes traitements de surface
2 possibilités:2 possibilités:
Revêtements
Traitements superficiels
Métalliques
Minéraux (Émaux)
Organiques
De conversion
Thermochimiques de diffusion
Par transformation structurale
Provisoire
� Éléments métalliques
�Métalloïdes
� Voie mécanique
� Voie thermique
Préparatoire
Autres traitementsPréparation de surface
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Les traitements de surfaceLes traitements de surface
Répartition par fonction d’utilisation:Répartition par fonction d’utilisation:
8%7%
61%24%
Revêtement Traitement de conversion
Traitement par transformation structurale Traitement de diffusion
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LES REVETEMENTSLES REVETEMENTS
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Les revêtementsLes revêtements
� Émaux (céramiques)
Voie humide
Voie sèche
� Dépôt électrolytique� Matoplastie� Dépôt chimique� Immersion en métal fondu IMF� Immersion à froid,…
� Placage � Projection thermique� Phase vapeur ( PVD, CVD )� Rechargement métallique,…
Métalliques
Organiques� Les peintures et vernis� Les bitumes ( revêtement épais, de l’ordre de qques mm )� Les revêtements polymériques
Minérales
Les différentes familles :Les différentes familles :
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Les revêtements métalliquesLes revêtements métalliques
Facteurs susceptibles d’influencer les performances d’un Facteurs susceptibles d’influencer les performances d’un revêtement :revêtement :
Performancesdu revêtement
Porosités inhérentes au procédés d’application
L’uniformité de l’épaisseur
Tensions Internes
Préparation du métal de base
Répartition ou défectuosité du dépôt
Conditions d’élaboration
Blessures accidentelles du revêtement en cours d’utilisation
Perméabilité
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Les revêtements métalliquesLes revêtements métalliques
CAS DES REVETEMENTS ANODIQUES (Zn, Mg,..)
Substrat = Acier = CATHODE
Oxyde de zinc = cicatrisation
Corrosion généralisée du revêtement par couplage galvanique
Revêtement =ANODE
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Les revêtements métalliquesLes revêtements métalliques
CAS DES REVETEMENTS CATHODIQUES
Substrat = Acier = ANODE
Revêtement = Aluminium (oxyde) = cathode
Corrosion par couplage galvanique
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Les revêtements métalliques Les revêtements métalliques
LES REVETEMENTS OBTENUS LES REVETEMENTS OBTENUS
PAR VOIE HUMIDEPAR VOIE HUMIDE
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Les revêtements métalliques par voie humideLes revêtements métalliques par voie humide
LES REVETEMENTS LES REVETEMENTS
ELECTROLYTIQUES ELECTROLYTIQUES
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Les revêtements électrolytiquesLes revêtements électrolytiques
Principe :Principe :Un générateur électrique fournit des électrons qui réduisent le métal d’apport
(M) à la surface du substrat (S)
Équation chimique: Mn+ + ne- �MS
++++−−−− e-Batterie
MS
e-
Mn+MS
Électrode positive (anode)
Pièce à revêtir (Cathode)
Cathode
Mn+ + ne- ����MS
2H+ + 2e- ���� H2
Anode
M ����Mn+ + ne-
2H2O ���� O2 + 4H+ 4e-
L’anode n’est pas forcément le métal à déposer, celui ci peut déjà se trouver sous sa forme ionique en solution
Électrolyte
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Les revêtements électrolytiquesLes revêtements électrolytiques
Avantages des revêtements électrolytiques:Avantages des revêtements électrolytiques:
� Grande variété de dépôts:
- Tous type de métaux (Zn, Cr, Ni, Cu, Sn, Ag, Au, ….)- Alliages (codépôts)- Composites (Ni+carbure de silicium)
� Grande variété de procédés:
- Immersion- Hors cuve (au tampon)- Pulsé- En vrac ( au tonneau)
� Épaisseur variable
� Économie
� Disponibilité
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Les revêtements électrolytiquesLes revêtements électrolytiques
Inconvénients des revêtements électrolytiques:Inconvénients des revêtements électrolytiques:
� Traitement par voie humide: ⇒ pollution
� Gammes de traitement élaborées:
� Fragilisation ⇒ H2 (réaliser un traitement de dégazage)
� Répartition du dépôt⇒ fonction de la forme de la pièce
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Les faits :Rupture de brides en acier XC45
électrozinguées bichromatées
Le responsable :
� H2 ayant entraîné la fragilisation de la pièce (absence de dégazage)� Dureté relativement élevée: 440 à 490 HV (1420 à 1595 N/mm2)
Les remèdes :
� Réaliser un traitement thermique de dégazage (déshydrogénation)
Les revêtements électrolytiquesLes revêtements électrolytiques
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Les revêtements électrolytiquesLes revêtements électrolytiques
A partir d’une résistance à la rupture de 1450 Mpa environ, les risques de fragilisation deviennent particulièrement importants et des précautions doivent être prises quelque soit le traitement électrolytique.
190-23024> 1800
190-23018> 1450 ≤ 1800
190-2308> 1100 ≤ 1450
Pas obligatoire≤ 1100
Température (°C)Durée (heures)Résistance à la traction
(Mpa)
Selon norme NF A 91-102 (juin 1980): dépôts électrolytiques de zinc ou de cadmium sur acier
Ce traitement thermique doit être appliqué au maximum dans les 4 heures qui suivent la réalisation du revêtement électrolytique et avant le traitement de chromatation.
Exemple de traitement thermique de dégazage pour un zingage électrolytique :
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Exemple de revêtement électrolytiqueExemple de revêtement électrolytique
Le zingageLe zingageDomaine principale d’application:Domaine principale d’application:
Protection contre la CORROSION de pièces en acier: tôle, feuillards, visserie…
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LE ZINGAGELE ZINGAGE
5« Non agressif »
� Intérieur sec1
8« Peu agressif »
� Extérieur sec
� Intérieur humide2
12« Agressif »
�Milieu urbain3
25« Très agressif »
� Corrosion chimique
�Milieu tropical, marin, industriel4
Désignation du milieuAgressivité
selon ISO 1458
Épaisseur déposée
( µm )
Conditions d’emploi
Épaisseur déposée selon NF A 91 102:Épaisseur déposée selon NF A 91 102:
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LE ZINGAGELE ZINGAGE
Avantages et inconvénients:Avantages et inconvénients:
� Revêtement anticorrosion sacrificiel (anodique/acier)⇒ protection des bords de découpe
� Protection contre la corrosion peu onéreuse
� Bonne tenue en immersion dans l’eau de mer
� Bonne tenue aux substances organiques
� Inversion de la polarité (zinc-fer) en milieux aqueux au delà de 80°C⇒ attaque directe du substrat
� Pas de tenue en milieu acide ou basique
� Pas de tenue en présence d’embruns
� Tenue moyenne en atmosphère industrielle
� Répartition mauvaise de l’épaisseur
� Pas d’utilisation dans l’alimentaire (sels toxiques)
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Exemple de revêtement électrolytiqueExemple de revêtement électrolytique
Le chromageLe chromageDomaines d’application :Domaines d’application :
Tous les domaines ou l’on cherche:
� Des propriétés d’antiadhérence
� Une dureté superficielle
� Une résistance à l’usure et à la corrosion
Nature des substrats (tous support) :Nature des substrats (tous support) :
Aciers, fontes, zinc et alliages, cuivres et alliages, aluminium
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LE CHROMAGELE CHROMAGE
Caractéristiques du dépôt:Caractéristiques du dépôt:
�Une grande dureté (valeur courante 1000 à 1100 HV)
� Une grande aptitude au polissage
� Une faible ductilité ⇒ dépôt cassant
� Une structure fissurée
� Un faible coefficient de frottement
� Des propriétés antiadhérentes
� Résistance à l’usure
� Résistance à la corrosion
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LE CHROMAGELE CHROMAGE
Aspect du dépôt:Aspect du dépôt:
Macro-fissure
Faïençage du dépôt
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LE CHROMAGELE CHROMAGE
Épaisseur déposée:Épaisseur déposée:
Acier Acier
Deux types de chromage:
Chrome dure
Épaisseur de quelques µm à quelques dixièmes de mm
Dépôt courant 50 µm
Chrome décoratif
Dépôt normaliséCr 0.5 + Ni 10
Cr 0.5 µmSous couche Nickel 10 µm
(ou de cuivre)
���� Épaisseur ≥≥≥≥ 50 µm ���� protection contre la corrosion et/ou l’usure
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LE CHROMAGELE CHROMAGE
� Bonne résistance à la corrosion et à l’oxydation:
� Autres caractéristiques:
� Atmosphère normale, chaude et oxydante
� Oxygène → 600 ° C
� Vapeur d’eau → 1000° C
� Gaz carbonique et sulfureux → 100° C
� Acide acétique et citrique
� Chlore sec→ 300° C
� Soude, potasse caustique, carbonate de sodium et potassium, ammoniaque
� Tenue à HNO3, produits organiques divers
� Grande dureté (1000 à 1100 HV)
� Dépôt avec ou sans microfissures ⇒ courant pulsé
� Faible coefficient de frottement
� Bonne résistance à l’usure et au frottement
Avantage du chromage:Avantage du chromage:
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LE CHROMAGELE CHROMAGE
� Une faible ductilité �dépôt cassant
� Forte densité de courant
� Temps pour obtenir un dépôt épais
� Pas de tenue en milieu chloruré
� Protection contre la corrosion non sacrificielle
(revêtement cathodique/acier)
Inconvénients du chromage:Inconvénients du chromage:
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Les revêtements métalliques par voie humideLes revêtements métalliques par voie humide
LES REVETEMENTS PAR LES REVETEMENTS PAR
IMMERSION DANS LES IMMERSION DANS LES
METAUX FONDUS (I.M.F)METAUX FONDUS (I.M.F)
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Immersion dans les métaux fondus IMFImmersion dans les métaux fondus IMF
Principe:Principe:
Le substrat S est immergé dans le métal d’apport A fondu
Aliquide ���� Asolide
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Immersion dans les métaux fondus IMFImmersion dans les métaux fondus IMF
Principe (suite):Principe (suite):
Lorsque l’on plonge un élément en acier dans un bain de métal enfusion, différents phénomènes se produisent plus ou moins conjointement:
� le mouillage de l’acier par le métal en fusion lié à la composition superficielle de l’acier, sa propreté et sa rugositéd’une part et aux caractéristiques du bain (composition et température) d’autre part;
� une « attaque » du fer par le bain avec dissolution;
� des réactions de diffusion conduisant à la formation d’alliages métalliques, dépendant du bain et des conditions opératoires (temps – température).
![Page 35: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/35.jpg)
Immersion dans les métaux fondus IMFImmersion dans les métaux fondus IMF
EXEMPLE DE REVETEMENT EXEMPLE DE REVETEMENT
OBTENU PAR IMMERSION OBTENU PAR IMMERSION
DANS UN METAL FONDUDANS UN METAL FONDU
LA GALVANISATION A CHAUDLA GALVANISATION A CHAUD
T° du bain 470°C∼∼∼∼
![Page 36: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/36.jpg)
LA GALVANISATIONLA GALVANISATION
Domaines d’applications:Domaines d’applications:
PROTECTION CONTRE LA CORROSION ATMOSPHERIQUE
� Protection physique� Écran entre le milieu extérieur et le substrat
� Protection cathodique� Revêtement anodique/acier
Formation d’oxyde ou de carbonate basique de ZINC
![Page 37: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/37.jpg)
LA GALVANISATIONLA GALVANISATION
Caractéristique du revêtement :Caractéristique du revêtement :
EPAISSEUR VARIABLE
Pour un métal donné, elle varie d’une dizaine de µm à quelques centaines de µm :
Ordre de grandeur:
Tôles galvanisées 400 g/m² Double Face soit 28 µm par face
MICROSTRUCTURE PARTICULIERE DU REVETEMENT
FONCTIONS:
� Température et composition du bain
� Durée d’immersion
� Vitesse de retrait
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LA GALVANISATIONLA GALVANISATION
Caractéristique du revêtement : Caractéristique du revêtement :
Microstructure type obtenu par galvanisation à chaud (bain de zinc pur):
On distingue successivement plusieurs phases
� Γ Toujours très fine (≤1µm) et difficile à observer
� δ 2 couches de même caractéristiques physiques mais de structure métallographique ≠- 1 bande continue fine- 1 bande plus épaisse à l’aspect microfissurée
� ξ sous forme de bâtonnets perpendiculaires au métal support
� η solution solide de zinc
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LA GALVANISATIONLA GALVANISATION
Avantages et inconvénients :Avantages et inconvénients :
� Procédé très répandu� Coût faible� Procédé adapté à la série� Épaisseur importante� Protection longue durée� Procédé non fragilisant� Très adhérent� Revêtement ductile ( adapté à la mise forme, découpe possible)� Pas d’entretien particulier
� Surqualité (durée de vie trop longue/à d’autres équipements d’une installation)� Surépaisseur dans les cavités� Chocs thermiques possibles (éclatement des pièces)� Déformation possible à chaud
![Page 40: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/40.jpg)
Les revêtements métalliques par voie humideLes revêtements métalliques par voie humide
LES REVETEMENTS OBTENUS LES REVETEMENTS OBTENUS
PAR IMMERSION A FROIDPAR IMMERSION A FROID
REVETEMENT LAMELLAIREREVETEMENT LAMELLAIRE
�Dacromet – Géomet
� Delta Tone – Delta Protekt
� Zintek,…
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LES REVETEMENTS LAMELLAIRESLES REVETEMENTS LAMELLAIRES
Principe :Principe :Le substrat (S) est immergé dans une solution aqueuse organique et/ou minérale maintenu à température ambiante et contenant du ZINC et de l’ALUMINIUM
sous la forme de paillettes.+
Pré-séchage 60 à 80°C pdt ∼ 15 min � élimination de l’eau et solvant organique
Cuisson (200-300°C ~) pdt ∼ 30 à 45 min� formation du film final
S
Paillettes de Zn+Al
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LES REVETEMENTS LAMELLAIRESLES REVETEMENTS LAMELLAIRES
Domaine principale d’utilisation :Domaine principale d’utilisation :
PROTECTION CONTRE LA CORROSION ATMOSPHERIQUE
� Industrie automobile
� Éléments de fixation
� Boulonnerie
� Visserie
Exemples d’utilisations :Exemples d’utilisations :
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LES REVETEMENTS LAMELLAIRESLES REVETEMENTS LAMELLAIRES
Trois mécanismes de protection:Trois mécanismes de protection:
� Protection par effet barrière :dû à la structure lamellaire du dépôt
Coupe micrographique d’un revêtement lamellaires
⇒ Obstacle physique à la pénétration deséléments corrosifs (effet de tuile)
Lamelles Zn+Al
� Protection sacrificielle :revêtement anodique/au substrat ferreux
� Passivation du film:réduit la vitesse de corrosion du Zn et Al
����revêtement anodique ���� Durée de vie f ( EPAISSEUR )
X 1000
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LES REVETEMENTS LAMELLAIRESLES REVETEMENTS LAMELLAIRES
Avantages et inconvénients :Avantages et inconvénients :
� Propriétés du revêtement maintenues jusqu’à des T° del’ordre de 280° C ( � 650°C pour certaine formulation )
� Pas de fragilisation par H2
� Revêtement anticorrosion sacrificiel
� Coloration possible du revêtement
� Préparation de surface poussée
� Surépaisseur friable pour les pièces creuses
� Cuisson finale du revêtement à 300°C (���� revenu)
� Certaine formulation comporte des solvants organiques ou
du chrome VI ���� pollution
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Les revêtements métalliques par voie sècheLes revêtements métalliques par voie sèche
LES REVETEMENTS OBTENUS LES REVETEMENTS OBTENUS
PAR PROJECTION PAR PROJECTION
THERMIQUETHERMIQUE
![Page 46: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/46.jpg)
LA PROJECTION THERMIQUELA PROJECTION THERMIQUE
Principe : Principe :
Le matériau d’apport solide sous forme de poudre ou de fil est fondu au moyen d’une source de chaleur appropriée (flamme, arc ou plasma d’arc).
Aussitôt porté à l’état liquide, il est pulvérisé et projeté sous forme de fines gouttelettes par un courant gazeux à grande vitesse.
Le courant gazeux peut être constitué soit par un gaz auxiliaire, plus généralement de l’air, parfois de l’argon ou de l’azote, soit par des gaz provenant de la combustion
(flamme oxygaz) ou du plasma d’arc
![Page 47: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/47.jpg)
LA PROJECTION THERMIQUELA PROJECTION THERMIQUE
Matière projetée : Matière projetée :
� Tous types de métaux et alliages:- Zn, Al, Ti, Cr, Cu, Mo, Sn, Nb,…- Alliages de Zn, Al, base Co, Ni ,Cu,….- Aciers au carbone et aciers inox
� Carbures de W et Cr
� Oxydes métalliques (alumine, oxydes de Cr, de Ti, de Zr,…)
� Plastiques
� Composites
Conditionnement : Conditionnement :
� fil (pour les matériaux tréfilables: métaux)
� poudre: céramiques� Cordon (poudre enfermée dans une gaine organique)
![Page 48: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/48.jpg)
LA PROJECTION THERMIQUELA PROJECTION THERMIQUELA PROJECTION THERMIQUELA PROJECTION THERMIQUE
LES DIFFERENTES APPLICATIONS DE LA PROJECTION THERMIQUE (suite)
Protection contre la corrosion� Dans les industries chimiques et alimentaires et en immersion dans l'eau (Al, Zn, TaCR,Cr2O3, CrB2, WSi2)
� Dans les atmosphères industrielles, salines ou polluées (Al, Zn, Cr, Ta, Cr2O3)
Revêtements à propriétés électriques � Blindages radiofréquences (Al, Zn, Cu, Sn)
� Dépôts diélectriques (Al2O3)
� Bonne conductivité électrique (Al, Cu)
Revêtements pour la réparation et la mise en forme� Les métaux non ferreux (Ti et ses alliages, Al et ses alliages Al-Mg, NiAl, Al-Si, Cu et sesalliages bronze Al, Co et ses alliages Co-Cr-W-Si, Ni et ses alliages Ni-B-Si, NiAl, NiCu)
� Les métaux ferreux (acier, acier au Cr, acier austénitique, acier à bas taux de carbone,
fontes)
![Page 49: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/49.jpg)
LA PROJECTION THERMIQUELA PROJECTION THERMIQUELA PROJECTION THERMIQUELA PROJECTION THERMIQUE
Avantages et inconvénients :Avantages et inconvénients :
� Nombreux dépôts possibles� Possibilité de traitements sur site� Utilisable en réparation localisée� Automatisable� Pas d’effluents aqueux
� Faible adhérence et porosité (sauf plasma et projection haute vitesse)
� Bruits (notamment plasma) ⇒ réalisation de dépôts dans des pièces insonorisées
� Poussières ⇒ protection des yeux, des voies respiratoires, risques de problèmes
intestinaux pour opérateur (Zn)
![Page 50: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/50.jpg)
Cours Cours
LES TRAITEMENTS DE LES TRAITEMENTS DE
SURFACE SUPERFICIELLESSURFACE SUPERFICIELLES
![Page 51: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/51.jpg)
Les traitements de surface superficielsLes traitements de surface superficiels
� Anodisation ( Al, Ti, Mg,….)
traitements superficiels
De conversion
Électrolytique
Chimique� Phosphatation Fe, Fe-Zn, Zn, Mn,.…� Chromatation� Passivation
Thermochimiques de diffusion
Éléments métalliques
� Chromisation (Cr)� Aluminisation (Al)� Chromaluminisation (Cr+Al)� Shérardisation (Zn)
Par transformation structurale
Voie thermique � Trempe superficielle
Voie mécanique
� Grenaillage de précontrainte� Galetage
Métalloïdes� Carbone (C)� Azote (N)� Soufre (S)� Oxygène (O)
![Page 52: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/52.jpg)
Les traitements de surfaceLes traitements de surface
LES TRAITEMENTS DE LES TRAITEMENTS DE
CONVERSION CHIMIQUECONVERSION CHIMIQUE
![Page 53: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/53.jpg)
Les traitements de conversion chimiqueLes traitements de conversion chimique
Principe générale :Principe générale :
Le métal à traiter est mis en contact (par aspersion ou immersion) avec une solution aqueuse « corrosive », qui provoque la corrosion contrôlée de ce
dernier.
La composition de la solution est définie afin que les produits de corrosion forment en présence d’ions X- un film adhérent et compact qui « isole » le
métal du milieu corrodant.
Attaque du substrat sous l’action de l’acide
Fe���� Fe2+ + 2e-
Zone anodique Zone cathodique
e- e-
2H+ + 2e- ���� H2 (élévation du pH)
Ions X- en solution
Produit de corrosion
Ions X- en solution+produit de corrosion
=
Précipitation de composés insolubles en surface
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Les traitements de conversion chimiqueLes traitements de conversion chimique
Principe générale :Principe générale :
Selon les procédés, les solutions de traitement seront à base d’ions (X-):
- Chromates ⇒ Chromatation
- Phosphates ⇒ Phosphatation
Autres types de solution contenant des:
- Nitrates (acide nitrique) ⇒ Passivation (aciers inoxydables)
- Oxalates (acide oxalique)
- Sulfures ⇒ Sulfuration
- ….
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La La chromatationchromatation
Domaines principaux d’utilisation de la Domaines principaux d’utilisation de la chromatationchromatation ::
� Augmenter la tenue à la corrosion: pièces zinguées
�Modifier l’aspect de surface: brillance – coloration
� Base d’adhérence pour revêtement ultérieur: peintures
� Diminuer la sensibilité aux empreintes et taches lors des
manipulations manuelles
![Page 56: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/56.jpg)
La La chromatationchromatation
Avantages et inconvénients de la Avantages et inconvénients de la chromatationchromatation ::
� Procédé automatisable
� Faible épaisseur
� Augmente considérablement la tenue à la corrosion
� Toxicité du chrome VI (pièces non alimentaires)
� Pièces non soudable si couche > à 1 µm
� Couche de faible dureté
� Problèmes de rejet (Cr VI)
![Page 57: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/57.jpg)
La phosphatationLa phosphatation
Domaines principaux d’utilisation de la phosphatation :Domaines principaux d’utilisation de la phosphatation :
� Protection contre la corrosion, dans ce cas un huilage des
pièces est nécessaire (phosphatation grasse),
� Protection temporaire: stockage longue durée ou
intermédiaire entre 2 opérations
� Base d’adhérence : peintures, colles
� Diminuer ou augmenter la résistance électrique superficielle
� Diminuer le coefficient de frottement sous lubrification
� Propriétés optiques: antireflet
![Page 58: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/58.jpg)
Photo MEB d’une couche de phosphatation :Photo MEB d’une couche de phosphatation :
La phosphatationLa phosphatation
Phosphatation au manganèseX 1000
Cristaux de phosphate
![Page 59: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/59.jpg)
La phosphatationLa phosphatation
Avantages et inconvénients de la phosphatation :Avantages et inconvénients de la phosphatation :
� Bonne porosité (bonne base d’accrochage)
� Faible coefficient de frottement
� Soudabilité
� Faible modification dimensionnelle des pièces
� Problème de rejets aqueux (⇒ station d’épuration)
� Faible épaisseur
� Dureté médiocre
![Page 60: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/60.jpg)
Les traitements de surfaceLes traitements de surface
LES TRAITEMENTS DE LES TRAITEMENTS DE
SURFACE PAR SURFACE PAR
TRANSFORMATION TRANSFORMATION
STRUCTURALESTRUCTURALE
�� Le grenaillage de précontrainteLe grenaillage de précontrainte
�� La trempe superficielleLa trempe superficielle
![Page 61: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/61.jpg)
Les traitements de surfaceLes traitements de surface
LE GRENAILLAGE DE LE GRENAILLAGE DE
PRECONTRAINTE PRECONTRAINTE
OU SHOT PEENINGOU SHOT PEENING
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Le grenaillage de précontrainteLe grenaillage de précontrainte
Principe :Principe :
Il s’agit d’une projection à grande vitesse (50 à 120 m/s) de petites billes appelées grenailles sur la pièce à traiter.
La grenaille peut être de nature métallique (acier) ou minérale (verre ou
céramique).
But :But :
Consiste à introduire une déformation plastique à la surface de la pièce traitée pour produire des contraintes superficielles de compression (ces
contraintes s’opposent aux efforts que la pièce subit en fonctionnement).
Ce traitement ne doit pas être confondu avec le grenaillage ou sablagequi est un traitement de préparation de surface (décapage mécanique)
Attention :Attention :
![Page 63: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/63.jpg)
Le grenaillage de précontrainteLe grenaillage de précontrainte
Caractéristiques du traitement :Caractéristiques du traitement :
�Modification de la rugosité
�Modification de la microstructure du métal par déformation plastique (écrouissage)
� Durcissement de la surface (pour les matériaux écrouissables)
� Création de contraintes résiduelles de compression
Obtention de quatre effets sur la surface:
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Le grenaillage de précontrainteLe grenaillage de précontrainte
Domaines d’applications :Domaines d’applications :
Amélioration de la résistance à:
� la fatigue (ressorts, engrenages, pièces forgées)
� la corrosion sous contrainte
� la fatigue corrosion
� la corrosion de contact (fretting corrosion)
Autre domaines d’applications:
� le formage d’ailes d’avions
� La remise en forme (redressage) de pièces voilées
![Page 65: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/65.jpg)
Les traitements de surfaceLes traitements de surface
LA TREMPE SUPERFICIELLELA TREMPE SUPERFICIELLE
![Page 66: les Traitements De Surface - N6a.free.frn6a.free.fr/Support_cours/I2_Mécanique/Cours_du_CETIM_(Mr... · Qu’est ce qu’un traitement de surface superficielle? ... maintenu à température](https://reader030.vdocuments.fr/reader030/viewer/2022020204/5b4fbefc7f8b9a1b6e8ce40a/html5/thumbnails/66.jpg)
La trempe superficielleLa trempe superficielle
Principe :Principe :
Consiste à chauffer superficiellement la surface d'une pièce en acier jusqu'à la température d’austénitisation (800-1000°C), puis à la refroidir brutalement (trempe).
Le refroidissement s'effectue le plus souvent par jet d'eau sous pression.
����Modification superficielle des propriétés structurelles de la pièce (formation de martensite)
Pièce à tremper
Zone modifiée thermiquement
Source de chaleur
Sens de déplacement
Refroidissement brutal
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La trempe superficielleLa trempe superficielle
But de la trempe superficielle :But de la trempe superficielle :
Obtenir à la surface de la pièce traitée (acier ou fonte) une couche de forte dureté (600 à 800 HV – 52 à 60 HRC) et d’épaisseur comprise entre quelques µm et quelques mm environ (selon le procédé de chauffage utilisé et le temps de traitement)
La trempe est habituellement suivie d’un chauffage à 200°C pendant 1 heure environ (appelé revenu de détente à « basse température ») pour relaxer les contraintes dans la zone martensitique afin de réduire la fragilité de la couche précontrainte.
PostPost--traitement :traitement :
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La trempe superficielleLa trempe superficielle
Effets obtenus :Effets obtenus :
�� de la dureté superficielle (augmentation de la tenue à l’usure
par abrasion)
�� du coefficient de frottement superficiel (augmentation de la
tenue à l’usure par frottement)
�� de la résistance en fatigue (augmentation de la tenue en
fatigue, fatigue superficielle et fretting)
� Bonne résilience à cœur (augmentation de la tenue aux chocs
mécaniques)
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Les traitements de surfaceLes traitements de surface
LES TRAITEMENTS LES TRAITEMENTS
THERMOCHIMIQUES DE DIFFUSIONTHERMOCHIMIQUES DE DIFFUSION
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Les traitements thermochimiques de diffusionLes traitements thermochimiques de diffusion
Principe :Principe :
Enrichissement superficiel d’un matériau par diffusion thermique d’un ou plusieurs éléments extérieurs
�modification de la composition chimique en surface
(nouvelle propriétés)
Interface
SubstratMilieu
d’enrichissement
T°, P
Couche enrichie (couche de diffusion)
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Les traitements thermochimiques de diffusionLes traitements thermochimiques de diffusion
Matériaux traitables :Matériaux traitables :
� Aciers principalement
Applications possibles sur les fontes, le titane, les céramiques
Éléments diffusants :Éléments diffusants :
�Métalloïdes: C – N – B – O – S (ou combinaison de métalloïdes)
�Métaux: Cr – Zn – Al
� Plus rarement alliages métalliques: bronze, étain+antimoine
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Les traitements thermochimiques de diffusionLes traitements thermochimiques de diffusion
Types de traitements possibles :Types de traitements possibles :
� Diffusion de carbone ⇒ Cémentation
� Diffusion d’azote⇒ Nitruration
� Diffusion d’azote et d’oxygène ⇒ Oxynitruration
� Diffusion de carbone et d’azote ⇒ Carbonitruration
� Diffusion d’oxygène, d’azote et de carbone ⇒ Oxynitrocarburation
� Diffusion de soufre, d’azote et de carbone ⇒ Sulfonitrocarburation
� Diffusion de bore ⇒ Boruration
� Diffusion de chrome ⇒ Chromisation
� Diffusion de zinc ⇒ Shérardisation
� Diffusion de d’aluminium ⇒ Aluminisation
� Diffusion de soufre ⇒ Sulfuration
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Les traitements thermochimiques de diffusionLes traitements thermochimiques de diffusion
Propriétés recherchées :Propriétés recherchées :
�� de la dureté superficielle (augmentation de la tenue à l’usure
par abrasion)
�� du coefficient de frottement superficiel (Résistance à l’usure
par frottement – au grippage)
�� de la résistance en fatigue (augmentation de la tenue en
fatigue, fatigue superficielle et fretting)
�� de la résistance à la corrosion
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Les traitements thermochimiques de diffusionLes traitements thermochimiques de diffusion
EXEMPLES DE TRAITEMENTS EXEMPLES DE TRAITEMENTS
THERMOCHIMIQUES DE DIFFUSIONTHERMOCHIMIQUES DE DIFFUSION
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Les traitements thermochimiques de diffusionLes traitements thermochimiques de diffusion
LA CEMENTATIONLA CEMENTATION
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La cémentationLa cémentation
Principe :Principe :
Traitement thermochimique de diffusion de carbone qui permet d’obtenir une couche superficielle de forte dureté.
Le traitement de cémentation comporte habituellement trois étapes.
1. Enrichissement superficiel en carbone de la pièce (potentiel carbone de 0.7 à 0.9 %). La température du traitement est comprise entre 870 et 1100°C selon les aciers (en règle générale 900 à 950°C) pendant plusieurs heures selon la profondeur recherchée.
2. Durcissement superficielle par trempe qui conduit à la dureté et aux contraintes de compression recherchées.
3. Revenu de détente vers 150 à 200°C afin de réduire la fragilité de la couche précontrainte (augmentation de la ténacité de la couche superficielle)
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La cémentationLa cémentation
Matériaux traitables :Matériaux traitables :
Aciers doux ou extra doux (de 0.11 à 0.25 % C) afin de permettrela bonne diffusion du carbone et de limiter la dureté après trempe
Caractéristiques de la couche formée :Caractéristiques de la couche formée :
� Dureté en surface de 700 à 900 HV
� Épaisseur: de 0.01 à plusieurs mm (limitée à 4 mm maximum)
(épaisseurs les plus courantes varient de 0.2 à 2.5 mm)
Domaines d’application :Domaines d’application :
� Résistance en fatigue
� Résistance à l’abrasion
(Vilebrequins – arbre à came – engrenages….)
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La cémentationLa cémentation
Avantages et inconvénients :Avantages et inconvénients :
� Profondeur de traitement importante: limitée à 4 mm maximum
Contrôlée sur coupe micrographique (filiation de µdureté): Profondeur de traitement = épaisseur de la zone où la dureté est
supérieure à 550 HV
� Bonnes propriétés mécaniques:
Couche dure 700 à 900 HV en surface + bonne résilience à cœur
� Cémentation local possible:Protection des zones à ne pas cémenter par résine, peinture ou dépôt de
cuivre
� Température de traitement importante (900 à 950° C):
Risque de perdre les caractéristiques mécaniques de l’acier
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Les traitements thermochimiques de diffusionLes traitements thermochimiques de diffusion
LA NITRURATIONLA NITRURATION
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La nitrurationLa nitruration
Principe :Principe :
Traitement thermochimique de diffusion d’azote, réalisé entre 450 et 600°C et qui permet d’obtenir une couche superficielle de
forte dureté.
L’azote se combine avec certains atomes de l’acier pour former des nitrures (corps très durs).
La nitruration n’est suivie d’aucun traitement ultérieur
Matériaux traitables :Matériaux traitables :
Aciers – Aciers inoxydables – Fonte – Alliages de titane
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La nitrurationLa nitruration
Constitution de la couche nitrurée :Constitution de la couche nitrurée :
1. Une couche de combinaison (couche blanche ou couche amorphe): azote combiné sous forme
de nitrure de fer.
Épaisseur de 5 à 25 µµµµm
Dureté: 500 à 1100 HV
2. Une couche de diffusion:
Épaisseur de 0.1 à 1 mm
Dureté: 300 HV (acier au carbone)à 1400 HV (acier à outils
selon la nuance de l’acier, son traitement thermique initial, les paramètres de nitruration (T°, temps = quelques heures à une centaine d’heure)
1
2
Acier (attaque NITAL)
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La nitrurationLa nitruration
Domaines d’application :Domaines d’application :
� Augmentation de la tenue à la fatigue: fonction de la nuance de
l’acier de base, des caractéristiques mécaniques à cœur et de l’épaisseur nitrurée
� Amélioration du coefficient de frottement: la nitruration améliore
la résistance au grippage: fonction des paramètres de nitruration et de la nature
de la couche de conversion
� Amélioration de la tenue à l’usure par abrasion: dureté
importante
� Amélioration de la tenue à la corrosion (atmosphérique): certains
traitements de nitruration associés à des post-traitements (oxydation ou
polissage+oxydation) ont des tenues au brouillard salin supérieures à 700 heures
(absence de rouille rouge)
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La nitrurationLa nitruration
Avantages et inconvénients :Avantages et inconvénients :
� Faibles variations dimensionnelles
� Bonnes propriétés mécaniques: dureté, frottement, fatigue
� (Bonne résistance à la corrosion atmosphérique)
� Faible profondeur durcie (généralement de 0.1 à 0.5mm):
Contraintes, usure, déformations admissibles faibles:
� Traitement assez long: jusqu’à 100 heures
� Faible résistance au choc