Exposé de Mécanique Les états de surface

Plan Introduction Traitements par transformation structurale Traitements thermochimiques de diffusion Revêtements métalliques Traitements de conversion La rectification Conclusion

Introduction L'état de surface est un élément de cotation d'une pièce indiquant la fonction, la rugosité, la géométrie et l'aspect des surfaces usinées. Une surface réelle usinée n'est jamais parfaite, elle présente toujours des défauts.

Les traitements de surface Un traitement de surface est une opération mécanique, chimique, électrochimique ou physique qui a pour conséquence de modifier l'aspect ou la fonction de la surface des matériaux afin de l'adapter à des conditions d'utilisation données.

Traitements par transformation structurale Il existe deux types : voie mécanique – voie thermique Voie mécanique : grenaillage Le grenaillage est une technique consistant à projeter, à l'aide d'une grenailleuse des micro-billes sur la surface d’un objet pour en modifier la structure superficielle.

Voie thermique : Fusion superficielle La fusion superficielle est un moyen d’améliorer les propriétés de surface des métaux et alliages, avec ou sans apport d’autres éléments.

Voie thermique : Trempe superficielle La trempe superficielle est un procédé qui n’affecte que la surface de la pièce pour lui apporter une grande dureté tout en conservant un bon allongement et une grande résilience au cœur.

Voie thermique : le recuit Le recuit d'une pièce métallique est un procédé correspondant à un cycle de chauffage puis refroidissement permettant de modifier les caractéristiques d'un métal.

Ce procédé est utilisé pour éliminer les effets de phénomènes mécaniques ou thermiques considérés comme néfastes. Le recuit est également utilisé pour changer les propriétés magnétiques d'une pièce

Voie thermique : le revenu Le revenu est un traitement thermique effectué sur les pièces métalliques afin de leurs donner leurs caractéristiques mécaniques et parfois de résistance à la corrosion d'usage. Ce traitement est effectué après la trempe.

Voie thermique : l’hexa plasma L'hexa-plasma ou protection plasma est un traitement thermique superficiel, à l’aide d’une torche à plasma de pièces en contact et soumises à des réactions de frottement, de roulement ou de corrosion.

Traitements thermochimiques de diffusion Carbonitruration La carbonitruration est un procédé  de traitement thermochimique des aciers. Elle permet d'augmenter la teneur en carbone de la surface à traiter, elle entraîne une augmentation de dureté après la trempe.

La boruration La boruration est un traitement thermochimique dont le but, semblable à ceux de la cémentation et de la nitruration, est de procurer aux pièces métalliques des duretés superficielles très élevées. La boruration s'effectue à une température de l'ordre de 900 °C.

La cémentation La cémentation est un procédé de métallurgie servant à durcir les aciers par ajout superficiel de carbone. Ce traitement est utilisé pour augmenter la dureté superficielle de pièces en acier.

Aluminisation L’aluminisation est le dépôt d’aluminium à la surface de pièces pour les protéger des éléments oxydants ou pour leur donner certaines propriétés.

Revêtements métalliques Il existe trois types de revêtements métalliques : le dépôt par voie humide, le dépôt par voie sèche et le dépôt par voie thermique. Le dépôt par voie humide La galvanoplastie La galvanoplastie est un procédé permettant d'appliquer au moyen d'un courant électrique continu, un dépôt métallique, à la surface d'un objet.

C'est l'application par un bain à chaud d'une couche de "galva" qui protège les structures métalliques qui sont exposées aux intempéries.

Le Chromage Le chromage se distingue par le fait que son épaisseur est plus importante. Ce revêtement procure au matériau un bon coefficient de frottement et lui assure de bonnes propriétés de résistance à l'usure et à la corrosion.

Rechargement métallique par projection thermique Le dépôt par voie sèche Rechargement métallique par projection thermique La projection thermique permet de réaliser des revêtements épais de natures très variées sur des substrats (pièce à revêtir) tout aussi variés.

Tous les systèmes de projection thermique possèdent un gaz vecteur servant à accélérer et transporter jusqu'au substrat de fines particules (typiquement 5 à 100 micromètres) qui peuvent être à l'état liquide, pâteux voir solide.

Les dépôts physiques PVD et chimiques CVD Les techniques de dépôts sous vide sont utilisées pour augmenter les propriétés de frottement, d'usure, de résistance à l'oxydation des pièces mécaniques.

Deux grandes familles de techniques de réalisation de ces dépôts sont utilisées : -PVD :Dépôt physique en phase vapeur - CVD :Dépôt chimique en phase vapeur. Dans les deux cas, la matière est pulvérisée sous forme gazeuse. On agit sur la source et sur le milieu pour évaporer la matière qui se condensera pour donner le dépôt.

Le dépôt par voie thermique L'étamage L'étamage est une opération de traitement de surface qui consiste à appliquer une couche d‘étain sur une pièce métallique.

La Galvanisation La galvanisation à chaud consiste en un recouvrement par immersion dans un bain de zinc fondu. Les pièces en acier ainsi revêtues sont appelées produits galvanisés. Voir la vidéo

Traitements de conversion La phosphatation La phosphatation consiste à décaper la surface d'un acier à l'aide d'une solution diluée et chaude d'acide phosphorique. Cela provoque la formation d'une pellicule d'environ 1 micron de phosphate de fer. Cette pellicule assure la résistance à la corrosion de la pièce.

La Chromatation La chromatation est un procédé de conversion chimique de l‘aluminium et de ses alliages, destiné à former à la surface du métal un revêtement à base de chromate de chrome, apportant une très bonne protection anti-corrosion.

La rectification La rectification d'une pièce mécanique est une opération destinée à améliorer son état de surface. La rectification s'effectue sur une machine outil conçue à cet effet : la rectifieuse.

Il s'agit de rectifier donc, d'uniformiser la surface voulue de façon à éliminer la friction qu'elle pourrait engendrer en entrant en contact avec une autre pièce. Contrairement à l'usinage traditionnel (enlèvement de copeaux par outils coupant), la rectification permet des usinages de précision dimensionnelle élevée.

Avantages de la rectification Possibilité de s'attaquer aux matériaux les plus durs. Pouvoir atteindre des tolérances dimensionnelles de l'ordre du micromètre (0,001 mm). Obtenir un état de surface poussé. Permet d'être moins précis sur l'usinage.

Conclusion Les traitements de surface sont une véritable science. Une science qui doit intégrer tout une série de paramètres et de contraintes, dont dépendront la pérennité, l’aspect et les propriétés techniques du produit traité.