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DEFINITIONS TRAITEMENT DE SURFACES

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DEFINITIONS TRAITEMENT DE SURFACES PLAN DE FORMATION T.S Qu est ce que le traitement de surface ? G n ralit s Les diff rents types de traitements de surface ... – PowerPoint PPT presentation

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Title: DEFINITIONS TRAITEMENT DE SURFACES


1
DEFINITIONS TRAITEMENT DE SURFACES
2
PLAN DE FORMATION T.S
  • Quest ce que le traitement de surface ?
  • Généralités
  • Les différents types de traitements de surface
  • Présentation dune usine de traitements de
    surface par voie humide
  • Préparation de la surface
  • Quentend-on par préparation dune surface ?
  • Le but de la préparation de surface
  • Quelles propriétés pour une application donnée ?
  • Le dégraissage
  • Le décapage
  • Dépassivation-activation
  • Le polissage
  • Les traitements de surface par voie humide.

3
GENERALITES
4
Quest ce que les traitements de surface ?
  • Pour protéger ses biens, il lui a fallu
    constamment choisir entre
  • - utiliser un matériau intrinsèquement résistant
    et souvent noble
  • recouvrir celui-ci par un revêtement ou un
    matériau plus résistant ( ex la bijouterie )

Protection
Décoration
5
Définition
  • Lexpression Traitements de surface
    sous-entend lensemble des traitements réalisés à
    la surface dune pièce, généralement de lordre
    de quelques microns, qui confèrent au produits
    des propriétés de surface différentes de celles
    qui existent dans la masse.

Procédé
Substrat
6
Fonctions dun Traitement de Surfaces
Décoration
Anticorrosion
7
Aspects économiques
Rôle principale du TTS maintenance préventive
et curative des pièces
A ces deux fonctions essentielles, il faut
rajouter un certain nombre dautres - la
conductivité électrique - lisolation
électrique - la conductibilité thermique - la
soudabilité - lisolation aux rayonnements - la
modifications des propriétés optiques - laméliora
tion des caractéristiques de glissement - lisolat
ion thermique
8
Aspects économiques
En France, le marché du TTS représente chaque
année 900 000 tonnes de matériaux dapport à des
surfaces 3 millions de tonnes de substrats
traités. À elles seules, les peintures
industrielles représentent 25 des matériaux
dapport.
Répartition du chiffre daffaires suivant les
propriétés recherchées
Autres  0,75 Modifications des propriétés
optiques 0,45 Isolation électrique 0,15
Antioxydation à haute température 0,07 Isolation
aux rayonnements 0,08 Isolation thermique
9
Aspects économiques
  • 4 facteurs conditionnent lévolution de la
    profession
  • Lenvironnement et les contraintes traitement
    des effluents aqueux et gazeux
  • lamélioration des performances, liée à la
    qualité, à la qualification des entreprises, à la
    normalisation, à lautomatisation
  • les évolutions technologiques avec la mutation
    des matériaux métalliques et le développement des
    non-métalliques polymères, composites et
    céramiques
  • - les techniques nouvelles le plus souvent liées
    au vide quil sagisse de dépôts physiques en
    phase vapeur (pulvérisation cathodique et
    magnétrons) ou de plasma sous pression partielle
    et à lutilisation des hautes énergies
    superficielles comme le faisceau laser ou le
    faisceau délectrons.

10
TYPES DE TRAITEMENT DE SURFACES
11
Les différents types de traitements de surface
q     Les traitements thermochimiques de
diffusion (le matériau d'apport diffuse dans
le substrat) Ø      diffusion des métaux
(aluminisation, chromisation, implantation
ionique) Ø      diffusion des métalloïdes
(cémentation, nitruration, carbonitruration,
boruration).
q     Les transformations structurales
(modification de la structure métallurgique du
substrat). fusion et trempe superficielle
(induction et chalumeau, laser, bombardement
électronique) traitement mécanique
(durcissement par choc grenaillage de
précontrainte ou martelage).
12
Les différents types de traitements de surface
13
Voie sèche Revêtements à partir dune phase
gazeuse
Dépôt par voie physique PVD (Physical vapour
deposition) Dépôt par voie chimique CVD
(Chemical vapour deposition)
  • Principe Revêtements élaborés en phase gazeuse
    ? pulvérisation par bombardement ionique ?
    transformation de la matière à déposer en phase
    vapeur. Puis les vapeurs sont ensuite condensées
    sur les surfaces quon veut revêtir.
  • PVD les évaporateurs sont montés dans le four
    de dépôt
  • A solide chaud ? A Gaz
  • A Gaz ? A solide froid
  • Labsence de réaction chimique a donné la
    désignation de déposition par voie physique
  • PVD est donc en générale un transport de la
    matière dun corps chaud vers un corps froid .
  • Analogie dans la vie quotidienne dépôt de givre
    sur une fenêtre
  • CVD les évaporateurs sont montés à lextérieur
    du four
  • Le procédé CVD comporte une ou plusieurs vapeurs
    et se résume par la formule suivante
  • A Gaz B Gaz surface chaude ? C solide D
    Gaz
  • Les vapeurs réagissent entre elles sur une
    surface pour former un composé défini et des
    produits de réactions volatils.
  • Analogie dans la vie quotidienne dépôt de suie
    dans la cheminée

14
Voie sèche Projection thermique
  • Tous les secteurs d'activité sont aujourd'hui
    concernés par la projection thermique.
  • Si la protection anticorrosion reste le cas
    d'application le plus fréquent, certains secteurs
    comme l'automobile présentent des applications
    multiples (soupapes, segments de piston, disques
    d'embrayage, plaquettes de freins).

15
Projection thermique
Les pistolets de projection flamme-fil se
composent de deux parties - une partie
chalumeau dans laquelle le matériau d'apport est
fondu et
pulvérisé - une partie entraînement de fil.
  • La vitesse des particules est d'environ 150
    m.s-1
  • la distance entre buse et substrat est comprise
    entre 100 et 200 mm.
  • Les épaisseurs déposées quelques dixièmes de
    millimètre à quelques millimètres.
  • Cette technique de projection permet de réaliser
    les grandes familles de dépôts suivantes
  • - métaux Zn, Al, Cu, Sn, Pb, Ni, Mo, aciers,
    aciers inoxydables - alliages de base Zn, Cu, Ni
    ou Sn
  • - céramiques sous forme de cordon ou de baguette
    NiAl, NiCrBSi, Al2O3 , Cr2O3, ZrO2 - CaO.

16
Voie humide La galvanisation à chaud
  • Le zinc est un des métaux les plus utilisés
    comme protection anticorrosion pour la
    galvanisation mais aussi pour les dépôts en phase
    vapeur.
  • . La galvanisation à chaud des alliages ferreux
    est une opération de revêtement par trempé dans
    un bain de zinc ou d'alliage de zinc en fusion à
    une température voisine de 460C .
  • . Derrière le nom générique de galvanisation à
    chaud, une grande variété de produits de
    composition et de structure très différentes
    existent actuellement
  • soit à cause de la composition du bain
    (aluminium de 0,05 à 55 , silicium, magnésium,
    etc.)
  • soit à cause du post-traitement.
  • Il y a donc des galvanisations à chaud et des
    produits galvanisés.
  • Un revêtement par galvanisation à chaud
    recouvrement de l'acier par le zinc doù une
    double protection
  • physico-chimique en raison de l'effet barrière
    isolant l'acier de l'atmosphère, cette barrière
    perdurant à cause de la formation de sels de zinc
    protecteurs
  • électrochimique due à l'effet de protection
    cathodique apporté par le zinc vis-à-vis du fer.
  • Le revêtement galvanisé n'est pas un simple
    dépôt de zinc à la surface de l'acier. Il se
    produit une réaction métallurgique de double
    diffusion entre le zinc et le fer qui conduit à
    la formation de couches d'alliages Fe-Zn,
    composés intermétalliques, liées à la fois aux
    caractéristiques des aciers à galvaniser mais
    aussi aux conditions opératoires.

17
Voie humide Les peintures
Les peintures préparations liquides ou
pulvérulentes qui, appliquées sur des surfaces,
permettent de les protéger et/ou de les décorer.
Pour obtenir une efficacité maximale ? une
préparation de surface doit être réalisée ?
prendre en compte - la température du
support, l'hygrométrie ambiante -
l'atmosphère dans laquelle est localisé l'objet à
peindre - le matériel et les conditions
d'application.
18
Les peintures
  • Les principaux constituants sont
  • liant et/ou mélange de liants partie non
    volatile du milieu
  • pigments sous forme de fines particules
  • matières de charges substances en poudre,
    pratiquement insolubles dans les milieux de
    suspension, souvent blanches ou faiblement
    colorées, employées en raison de certaines de
    leurs propriétés chimiques ou physiques
  • solvant constituant liquide ayant la propriété
    de dissoudre totalement le liant, même à forte
    concentration
  • diluant liquide simple, volatil dans des
    conditions normales de séchage, incorporé en
    cours de fabrication ou ajouté au moment de
    l'emploi, pour obtenir les caractéristiques
    d'application requises sans entraîner de
    perturbations
  • additifs substances souvent incorporées à
    faible dose dans les liants, vernis, peintures
    pour y développer certaines qualités propres à en
    améliorer soit les conditions de fabrication
    et/ou de conservation et/ou d'application, soit
    certaines propriétés spécifiques.

19
Classification des peintures
  • Peintures en phase solvant solutions
    polymériques qui, après durcissement, donnent une
    pellicule filmogène continue, adhérente et
    insoluble en présence des solvants usuels. Le
    durcissement ou séchage se définit comme le
    mécanisme physico-chimique qui permet le passage
    de l'état liquide à celui de solide. Le séchage
    chimique peut être obtenu par
  • - réaction d'oxydopolymérisation cas des
    peintures alkydes à séchage air
  • - réaction entre deux groupements chimiques
    spécifiques cas des peintures époxydiques,
    polyuréthanes
  • Peintures en phase aqueuse obtenues à partir
    de liants hydrodispersés et/ou hydrosolubles
  • Peintures réticulant sous rayonnement UV
    préparations exemptes de solvant qui réticulent
    par ouverture des doubles liaisons présentes dans
    les prépolymères en présence de photo-initiateurs
    et/ou photosensibi-lisateurs.
  • Peintures en poudre Les peintures en poudre,
    matériaux pulvérulents, sont commercialisées sous
    forme de poudres thermoplastiques ou de poudres
    thermodurcissables.

20
Les peintures
  • Mode manuel dapplication
  • les séries de pièces sont trop réduites pour
    permettre lamortissement des frais dune
    installation ou lorsque les dimensions des pièces
    nautorisent pas lemploi de cuves
  • par immersion
  • Limmersion consiste en une série de cuves pour
    les différents bains et rinçages, dans lesquelles
    les pièces accrochées ou fixées sur des
    balancelles, suspendues à un palonnier ou
    positionnées dans des paniers, ou encore en vrac
    dans un tonneau rotatif? complètement immergées.
  • par aspersion ou par jets
  • les pièces défilent en continu dans un tunnel
    pour être soumises aux différentes phases du
    traitement depuis le prédégraissage préliminaire
    jusquau rinçage final. Après passage à lair
    libre, les pièces subissent un séchage final dans
    une enceinte dair chaud pulsé. La température de
    lair est comprise entre 80 et 150C)

21
Voie humide Le procédés sol-gel
Le premier brevet sol-gel a été déposé en
1939 en Allemagne par Schott Glaswerke pour la
réalisation de rétroviseurs. Dautres produits
ont suivi tels que les revêtements antireflets,
les revêtements réfléchissants, etc Les
principales applications des revêtements sol-gel
ont pour but de modifier les propriétés optiques
des vitrages. Ils peuvent aussi servir pour
lélectronique, ainsi que pour la protection
contre la corrosion.
Formation du sol-gel Cette technique consiste
tout d'abord en la mise au point d'une solution
stable (sol) à partir de précurseurs chimiques en
solution ? l'étape de gélification par suite
d'interactions entre les espèces en solution et
le solvant, pour donner naissance à un réseau
solide tridimensionnel expansé au travers du
milieu liquide. Le système est alors dans l'état
gel. Ces gels dits humides sont ensuite
transformés en matière sèche amorphe par
évacuation des solvants par simple évaporation
sous pression atmosphérique (xérogel)
22
Le procédés sol-gel
Principe Le procédé sol-gel se fait en deux
étapes hydrolyse puis polycondensation. Les
précurseurs moléculaires utilisés sont des
alcoxydes M(OR)z où M est un métal, z sa valence
et R un groupement alkyl, dans notre étude MSi).
Lhydrolyse est une une substitution
nucléophile dun ligand OH à un ligand OR. On
crée la fonctionnalité du précurseur vis à vis de
la polycondensation. SiRz(OR)4-z H2O ?
SiRz(OR)3-z(OH) ROH La
polycondensation Si-OH RO-Si ?
Si-O-Si ROH
  • Puis sèchage évaporation du solvant
  • Pour durcir le film sol-gel et augmenter le
    nombre de liaisons déjà présentes, on ajoute un
    agent de réticulation qui permet de former des
    liaisons supplémentaires entre loxygène et le
    silicium. (Réticulants les zirconates, les
    silicates, les titanates)
  • Il existe plusieurs méthodes pour lapplication
    des revêtements sol-gel
  • par trempage (ou dip-coating) où le substrat est
    plongé dans une solution, puis retiré à vitesse
    constante,
  • par centrifugation (ou spin-coating) où la
    solution est déposée au centre du substrat puis
    sétale par la force centrifuge,
  • par pulvérisation, par ménisque

23
Voie humide Procédé générique Traitement de
surfaces
24
Phases dun traitement de galvanoplastie
Lélaboration dun revêtement peut se schématiser
en effet selon les quatre stades suivants 
25
Phases dun traitement de galvanoplastie
STADE A Métal de base On sintéresse dans un
premier temps au métal de base dont les
caractéristiques de ce dernier sont fondamentales
et sont relatives à a) sa composition. La gamme
de préparation peut évoluer de manière très
différente. b) Un traitement thermique dont la
qualité influe sur le résultat final (contrôle de
latmosphère protectrice et des atmosphères de
traitement) c) Des traitements thermochimiques de
diffusion comme la cémentation, la nitruration,
la carbonitruration, qui conditionnent le
pouvoir couvrant et ladhérence.
STADE B Préparation Pour obtenir une surface à
rugosité adaptée et contrôlée, on utilise soit 1
polissage par voie mécanique (sablage, usinage et
polissage, grenaillage, ), soit par voie
électrolytique. On procède ensuite à la
protection des partie à ne pas traiter (par cires
ou vernis, par caches métalliques ou plastiques)
26
Phases dun traitement de galvanoplastie
STADE C Traitement Traitement phase de
dégraissage et décapage sans ou sous courant Le
but éliminer les graisses et les oxydes de
surface par saponification et destruction de la
couche doxyde. Puis mise au bain, la durée est
fonction à la fois de lépaisseur à déposer et
des caractéristiques propres du métal support ou
métal de base.
  • STADE D Finition
  • On trouve en fonction des besoins les opérations
    suivantes
  • - la finition sommaire élimination des films de
    protection et nettoyage de la pièce
  • Opérations mécaniques, soit par simple
    polissage-calibrage, soit par usinage selon la
    nature du métal déposé.
  • - Traitements thermiques du type simple dégazage
    (150-200C pendant 4-5 heures maximum) pour
    éviter la fragilisation par lhydrogène occlus,

27
ATELIER DE GALVANOPLASTIE
Exemple type dune ligne industrielle de
traitement de surface (revêtement électrolytique)
28
Atelier de Galvanoplastie Préparation
  • Dans la gamme de traitement, nous pouvons
    distinguer des opérations pour
  • éliminer les éléments gênants
  • ajouter des éléments bénéfiques (dépôts et
    revêtement divers).
  • Ainsi défini, le groupe des préparations de
    surfaces est constitué par les dégraissages,
  • par les décapages, par les polissages.
  • la préparation de surfaces est
  • - une finition
  • -une mise en condition de réception de la
    surface pour un revêtement.
  • La même opération peut donc avoir des objectifs
    différents et les critères de jugement de la
    quantité de la préparation seront différents.
  • Une surface propre que lon peut tenter de
    définir comme débarrassée de toutes substances
  • - inadhérentes qui peuvent être de nature
    identique ou différente au matériau
  • - occlues en surface ou incorporées composé du
    matériau ou non

29
Atelier de Galvanoplastie Préparation
  • Ces substances à éliminer peuvent être de
    plusieurs types
  • - des particules métalliques comme des copeaux
  • - des particules métalloïdiques comme le
    graphite
  • - des sels alcalins, métalliques,
  • - des oxydes ou hydroxydes comme la rouille
  • - des sulfures, phosphures, carbures
  • - des corps gras
  • - ou encore tout autre comme les colles, vernis,
    peintures,
  • De cette diversité de matériaux à éliminer
    résulte la diversité des préparations de surface.
  • Létat de surface et lorigine de ces substances
    tient le plus souvent de lhistorique
    métallurgique du matériau
  • - élaboration (fonderie, )
  • - déformation plastique (étirage, laminage, )
  • - usinage (tournage, meulage, découpage, )
  • - traitement thermique (recuit, trempe, )
  • - stockage (corrosion, )
  • - manipulations (traces de doigt, )

30
Atelier de Galvanoplastie Préparation
On distingue classiquement deux opérations le
dégraissage et le décapage. Le dégraissage
consiste à éliminer les pollutions superficielles
dorigine organique dont lhydrophobie pénalise
les opérations ultérieures réalisées en phase
aqueuse par exemple. Le décapage procède à
lenlèvement - des oxydes superficiels formés
lors de traitements thermiques et/ou mécaniques
antérieurs - ou des hydroxydes éventuellement
engendrés au cours de la phase précédente.
31
La surface idéale ?
La description dun état fait intervenir des
facteurs Géométriques , Chimiques ,
Physiques ou structuraux On agit sur - la
rugosité pour les facteurs géométriques, - la
mouillabilité, - sur la dureté, - les
contraintes superficielles pour les facteurs
physiques, - et la nature des composés
superficiels pour les facteurs chimiques. La
définition de létat de surface idéal complexe
car dépendante de plusieurs domaines de la
physique.
32
La surface idéale ?
Propriété 1 la réactivité et la résistance à la
corrosion
  • la pérennité de lobjet manufacturé doit être
    assuré ? sa résistance à la corrosion.
  • Pour la plupart des matériaux celle-ci est
    insuffisante ? traitement de surface où la
    préparation favorisera ladhésion de la couche ou
    des éléments anticorrosion.
  • Les préparations modifient considérablement la
    réactivité du métal.
  • les solvants organiques donnent des surfaces non
    mouillables relativement inertes,
  • les solutions aqueuses trop concentrées révèlent
    les effets des hétérogénéités de composition
    chimique de la surface durant létape suivante de
    dépôt.

33
La surface idéale ?
Propriété 2 une bonne base dadhérence
Les forces de liaison peuvent être dorigine
électrostatique, chimique ou mécanique. - Les
liaisons électrostatiques ont toutes en commun de
saffaiblir rapidement avec la distance, et
dêtre contrecarrées par linterposition dun
corps diélectrique. - Les liaisons chimiques,
beaucoup plus fortes, nécessitent une mise en
contact intime des corps ayant par ailleurs une
affinité chimique. - Les liaisons mécaniques
(dites joints à crochets ), par exemple
créées lors de limprégnation dune matrice
poreuse
Propriété 3 laspect
Pour les applications où laspect a de
limportance, il faut tenir compte de la
transmission des états de surface un revêtement
ne peut pas toujours masquer les imperfections du
métal de base
34
La surface idéale ?
Propriété 4 enlèvement de matière
La couche superficielle de métal doit parfois
être déplacée pour éliminer les contraintes
superficielles ou encore une contamination.
Contrôle des états de surfaces
  • Il existe une différence entre les labo de R?D et
    les entreprises
  • Dans latelier, le contrôle de la préparation de
    surface fait appel à des méthodes plus
    rustiques .
  • La qualité dun nettoyage sapprécie par
  • - la mouillabilité de la surface,
  • - lhomogénéité de teinte dun film de buée (de
    respiration par exemple),
  • - par labsence de salissures entraînées par
    essuyage avec un chiffon.
  • La rugosité sapprécie à lœil ou par
    comparaison avec des étalons.

35
La surface idéale ?
Contrôle des états de surfaces
  • En labo
  • Rugosimètre
  • brillance-mètre,
  • analyses chimiques diverses,
  • métallographie.

36
Le dégraissage
  • Le dégraissage se pratique
  • - dans lindustrie de transformation des métaux
    (après usinage ou déformation à froid ou à chaud,
    avant et après traitements thermiques, avant
    soudage...)
  • - dans un atelier de traitements de surface
    proprement dit (avant galvanisation, dépôts
    métalliques, émaillage, conversions chimiques ou
    électrolytiques)
  • dautres applications plus marginales telles que
    le nettoyage avant réparation ou assemblage de
    pièces électroniques ou électrotechniques
  • Le sujet est complexe et très vaste chaque
    application imposant des conditions particulières
    de traitement
  • Impossible de traiter le dégraissage dans son
    intégralité
  • Choix Etape pour la préparation de linterface
    métallique pour TTS voie humide
  • Quel dégraissage choisir ? Que fait-on durant le
    dégraissage ? Comment contrôler son efficacité ?
  • Définition générale du dégraissage
  • dégraissage Traitement chimique ou
    électrolytique qui a pour rôle de rendre la
    surface physiquement propre afin dassurer le bon
    déroulement des opérations ultérieures et par là
    même, de garantir la qualité du produit fini.

37
Le dégraissage
Quel dégraissage ? 1. Sachant apprécier la
nature exacte de linterface métallique cad
connaître lhistoire amont du matériau dune
part les conditions aval du TS 2. Prenant en
compte le coût du traitement, les contraintes
environnementales
38
Dégraissage Nature des polluants de surface
Nature des polluants de surface
  • - une zone perturbée par divers phénomènes
    physiques (laminage) ou chimiques (oxydation
    interne, )
  • - une zone transformée, constituée par un mélange
    doxydes divers
  • une zone contaminée caractérisée par la présence
    de couches de molécules organiques ou dautres
    composés issus de latmosphère ambiante
    (contamination organique).

La phase de dégraissage se subdivise en 2 grandes
classes
un pré-dégraissage aux solvants
qui contribue à éliminer lessentiel des
polluants organiques (à diminuer !)
39
Dégraissage solvents
Les solvants Avantages Traite la majorité
des matériaux métalliques (alliages ferreux et
cuivreux) mais posent quelquefois des problèmes
avec les alliages légers. Ex le
trichloréthylène chaud se décomposer sous leffet
de la lumière ou par un chauffage prolongé (à
125C). Il se forme alors de lacide
chlorhydrique qui peut conduire à la corrosion
des pièces traitées. ? utiliser des solutions
de trichloréthylène stabilisées par des additifs
(généralement des amines ou des polyphénols) qui
annihilent la décomposition. Inconvénients
environnement Sélectionner un solvant pour le
dégraissage industriel, cest choisir un
produit ininflammable, possédant des propriétés
dissolvantes importantes vis-à-vis des
graisses Un produit naltérant pas le
substrat dune grande stabilité chimique
dun bas prix de revient dun recyclage
facile mais surtout présentant des garanties
quant à son innocuité vis-à-vis de lhomme et de
son environnement. Tenir compte de la facilité
avec laquelle lélimination de la couche adsorbée
de solvant sur la surface métallique se fera au
profit dun composé minéral par exemple.
40
Dégraissage solvents
Après un dégraissage solvant ? mouillabilité
faible de la surface métallique ? Problèmes pour
Traitement de Surfaces après par voie humide ?
difficile de trouver un solvant qui réponde à
toutes les exigences Pas de bon et de mauvais
solvant ? on parle de solvant approprié ?
compromis entre efficacité et réglementation
solvants chlorés ont beaucoup été utilisés pour
le dégraissage des métaux ex (1,1,1)
trichloroéthane
41
Dégraissage chimique
  • ? Dégraissage chimique réalisé après
    pré-dégraissage solvant
  • ? Dégraissage chimique permet le film huileux
    résiduel et confère un caractère hydrophile à la
    surface
  • ? Encore plus que dans le cas du dégraissage
    solvant, le choix du milieu dépend de la nature
    des polluants organiques, de linterface,
  • Pas daction de dissolution (différent du
    dégraissage solvant)
  • Deux mécanismes se distinguent
  • la détergence décoller les souillures
    graisseuses
  • la saponification décomposition de la pellicule
    graisseuse

42
Dégraissage chimique
Action des tensioactifs Mécanisme de détergence
  • 4 groupes distincts anioniques, cationiques,
    non ionique ou amphotères
  • Attention au pouvoir moussant élevé sous forte
    agitation
  • Les liquides possèdent des tensions
    superficielles très différentes
  • ?eau 70 mN.m-1
  • ?eau-huile ?EH
  • Ex surface métallique souillée
  • par des gouttes huile et immergée
  • dans un liquide de nettoyage
  • Si ?ES grand ? étalement de la goutte ? angle
    petit
  • Si on souhaite une solvatation ? agir sur le
    milieu ? diminuer ?ES ? ajout de tensioactifs

43
Dégraissage chimique
La saponification
  • Réaction en présence dune base forte,
    exothermique
  • Equation bilan
  • Produits glycérine et un sel alcalin dacide
    gras (savon), soluble dans leau
  • ? Vieillissement du bain propice à un meilleur
    dégraissage ? fabrication de savon
  • Attention à la corrosion de certains métaux en
    milieu alcalin

44
Dégraissage chimique
  • Dans un bain de dégraissage, on trouve donc
  • - Les composés alcalins NaOH (pouvoir
    saponification conductivité), autres composés
    alcalins (carbonate de Na, les silicates, )
  • Les tensioactifs Lauryl sulfate de sodium
    (SDDS), .
  • Les chélatants ou sequestrants polyphosphates
    (tripolyphosphate Na5P3O10
  • Tendent à éviter les problèmes de rinçage
    imputables à la qualité de leau
  • En Galvanoplastie , utilise leau dont il dispose
    donc pas forcément douce ? Pb
  • Leau contient des alcalino terreux (Ca et Mg) et
    forme avec savon des composés insolubles qui se
    déposent sur les surfaces. Eliminer ces alcalino
    terreux rôle des chélatants
  • Les principales caractéristiques dun
    dégraissant chimique

45
Dégraissage électrolytique
  • Formulation des bains sensiblement identique à
    ceux de dégraissage chimique
  • Généralement utilisé comme finition
  • Puissance de lattaque dépend de la nature de la
    solution (pH, halogénures, ) et de lintensité
    du courant
  • Conjugue effet de la polarisation action
    détergente
  • Effet mécanique si placé hors domaine de
    stabilité
  • Cathode siège de réduction et anode oxydation
  • à lanode  2OH- ? 1/2 O2 H2O
  • à la cathode  2H2O ? H2 2OH-
  • réaction globale H2O ? H2 1/2 O2

46
Effets des ultrasons
  • Lagitation est donc un paramètre important dans
    le dégraissage par immersion.
  • Son but est daméliorer la qualité,
    lhomogénéisation et la rapidité de dégraissage
  • Mais dans de nombreux cas et particulièrement
    lorsque les pièces à nettoyer sont de petites
    dimensions ou de profils compliqués, les
    résultats obtenus avec une agitation mécanique ou
    par bullage dair sont insuffisants et
    difficilement reproductibles
  • Lutilisation des ultrasons permet de palier ce
    problème
  • US ondes ultrasonores, dont la fréquence est
    supérieure à 15 kHz et plusieurs mégahertz
  • Les fréquences utilisées dans les cuves de
    nettoyage sont comprises entre 20 kHz et 100 kHz
  • les ultrasons engendrent des ondes harmoniques
    qui deviennent audibles lorsque léquipement
    fonctionne
  • Phénomènes mécaniques, chimiques ou cavitation

47
Dégraissage électrolytique Rinçages
48
Dégraissage électrolytique Rinçages
  • Plusieurs structures de rinçages sont exploitées
    en pratique
  • - le rinçage statique souvent un prérinçage
    (rinçage mort) sert à retenir une partie de la
    pollution en provenance du bain de traitement
  • -      le rinçage simple courant inconvénient
    consomme deau et donc nécessite un débit deau
    élevé pour assurer un rapport de dilution
    satisfaisant (Q R q où q est le débit
    dentraînement par les pièces et les montages, en
    Lh-1 , et Q le débit dalimentation deau des
    rinçages)
  • -       le rinçage multiple en série (cascade)
    la configuration la plus fréquemment rencontrée
  • Larrivée deau se situe dans la dernière
    cuve de rinçage et traverse en cascade les
    différentes cuves de rinçages jusquà la
    première. Leau brute circule donc à
    contre-courant du transfert des pièces rincées.
    Le débit deau est égal à QqR1/n où n est le
    nombre de cuves de rinçages
  • - le rinçage par aspersion permet daméliorer
    la qualité du rinçage grâce à leffet
    hydromécanique

49
Le décapage
  • En galvanoplastie, cest la deuxième grande
    étape
  • après dégraissage et avant le traitement
    proprement dit
  • nécessité dadapter le décapage à lobjectif
    fixé
  • Préparation dune surface oxydée avant revêtement
  • ou rénovation de matériaux revêtus.
  • Différents types de décapage
  • Mécanique
  • Chimique
  • Electrolytique
  • Décapage mécanique
  • Le plus souvent utilisation dabrasif
  • Opération qui consiste à éliminer les oxydes
    principalement
  • par frottements répétés des pièces en contact
    dabrasifs maintenus dans ou sur un système
    approprié et animé dun mouvement de rotation
  • Par arrachement grâce aux multiples impacts de
    petites particules abrasives, projetées avec une
    énergie cinétique suffisante.

50
Le décapage
Décapage chimique
  • But éliminer les oxydes par dissolution ou
    éclatement de la couche sans que le métal
    sous-jacent ne soit affecté
  • On utilise le plus souvent le mode par immersion
    soit en milieu acide, soit en milieu alcalin,
    selon le métal à traiter, la nature des composés
    à enlever, les dimensions des pièces
  • Il est dusage dassocier acide au mot décapage,
    bien que le décapage alcalin sutilise
    fréquemment comme par exemple pour les alliages
    daluminium
  • Les oxydes passent normalement à leur degré de
    valence supérieur, ce qui provoque les
    fissurations dans la couche et une plus grande
    facilité de décollement lors des traitements
    ultérieurs
  • Composition des bains Un acide ou une base
    prédomine généralement  divers additifs sont
    associés afin de rendre le constituant principal
    plus efficace.
  • Si on prend lexemple dun bain acide, le
    décapage se traduit selon  Oxyde acide ? sel
    eau
  • Il faut donc éviter la réaction Métal acide ?
    sel hydrogène
  • Le meilleur moyen dempêcher cette dernière est
    dannihiler la production de gaz grâce à des
    inhibiteurs de décapage encore appelés limiteurs,
    modérateurs
  • les avantages sont les suivants  -   
    limitation de la perte de métal , -    réduction
    de la consommation dacide , -    absence de
    fragilisation , -    production de surface moins
    rugueuse,
  • -    diminution du dégagement gazeux irritant
  • Exemple dinhibiteurs organiques 
  • -    aldéhydes  le formaldéhyde est bien connu
  • -    composés sulfonés
  • -    composés nitrés  dérivés de la pyridine

51
Le décapage
  • Les solutions de décapage sont souvent
    additionnées dagents tensioactifs, stables dans
    les conditions de pH.
  • Les paramètres qui influent sur lefficacité du
    décapage sont 
  • -    concentration  il existe des optimums
    variables selon les produits formés lors du
    décapage qui possèdent des solubilité limitées.
  • -    Température  elle augmente la vitesse de
    décapage et la solubilité des sels formés, mais
    elle favorise lémission de vapeurs !
  • - Agitation  elle accélère en renouvelant la
    solution au niveau de la surface. Elle aide au
    départ des bulles de dihydrogène et au
    détachement des particules doxydes.
  • Il se pratique en solution acide ou alcaline.
  • à lanode ou pôle (), on utilise les effets dus
    à loxydation 
  • action mécanique due au dégagement doxygène qui
    favorise le décollement de la pellicule doxydes
    et des résidus
  • transformation des oxydes à un degré doxydation
    supérieur  ce qui les rend plus solubles,
  • attaque ménagée du substrat éventuellement
  • absence de fragilisation due à lhydrogène (pour
    les aciers)    
  • à la cathode ou pôle (-), on utilise les effets
    dus à la réduction 
  • action mécanique due au dégagement dhydrogène
    qui favorise le décollement de la pellicule
    doxydes et des résidus
  • absence dattaque du substrat et donc
    conservation de létat de surface
  • dépôts éventuels de métaux à très forte
    surtension dhydrogène (Sn, Pb,)

Décapage électrochimique
52
Dépassivation - activation
  • But éliminer ce qui peut subsister en surface
  • cest en fait un décapage léger, voire un
    conditionnement du pH et de la composition de la
    pellicule liquide entraînée dans le bain de
    traitement en aval
  • Cette étape consiste à immerger les pièces,
    généralement juste avant le dépôt, dans un acide
    ou un mélange dacides
  • Il est préférable dutiliser un acide dont
    lanion est identique à lanion dominant dans le
    bain de dépôt afin déviter ou de minimiser le
    rinçage et de réaliser des économies deau

53
Polissage
  • Cette opération sintègre dans une gamme de
    traitement, en complément dun décapage ou
    indépendamment, afin de conférer des qualités
    exceptionnelles aux dépôts ultérieurs, dont la
    brillance et ladhérence.
  • Il consiste à former une surface plane et
    brillante.
  • Deux types dopérations
  • -  planage  par élimination des irrégularités
    dune taille supérieure au micron
  • -  brillantage  par suppression des
    irrégularités de plus petites tailles par exemple
    du centième de micron.
  • Deux types de polissage
  • - le polissage électrolytique
  • - le polissage chimique

54
Le polissage électrolytique
  • Utilisation du courant
  • Les lignes de courant se concentrent aux
    endroits de faible résistance, cest-à-dire aux
    pics et les dissolvent préférentiellement.
  • Ce mécanisme rend compte de légalisation de
    surfaces irrégulières ou macropolissage mais
    nexplique pas le micropolissage
  • Pour obtenir une surface brillante, il faut que
    lattaque soit uniforme, ce qui conduit à la
    disparition des irrégularités.
  • Les épaisseurs enlevées sont de lordre de
    quelques dizaines de microns.
  • De A à B il y a attaque du métal et dissolution
  • Dans le domaine compris entre E1 et E2, une
    instabilité apparaît liée à lapparition et à
    lévolution dune couche visqueuse hautement
    concentrée en produits de dissolution.
  • De B à C, lintensité diminue. Ce phénomène est
    comparable à une passivité.
  • De C à D, le polissage a lieu la densité de
    courant reste relativement constante et présente
    un palier cest une densité de courant limite.
  • De D à E, un dégagement doxygène se forme et la
    surface est brillante et souvent piquée .
  • Les conditions les meilleures seront celles qui
    correspondent à un potentiel danode qui précède
    le point D.

55
Le polissage chimique
  • Il permet de traiter les pièces pour lesquelles
    le polissage électrolytique est trop onéreux il
    en est ainsi, par exemple, de petites pièces
  • Il existe de grandes similitudes entre le
    polissage chimique et le polissage électrolytique
  • Certains admettent que le mode chimique apparaît
    équivalent au mode électrolytique à de fortes
    densités de courant avec un dégagement gazeux
    intense
  • Lexistence dun film fin superficiel et de sa
    dissolution périodique donne une explication de
    la production de surfaces polies.

56
Traitement de surfaces par voie humide ( TSVH)
  • On convient de classer les TSVH par rapport à
    trois fonctions
  •  
  • v   la fonction anticorrosion ? Il s'agit
    principalement des revêtements protecteurs et des
    traitements de conversion, qui concernent
    l'automobile, le bâtiment, l'aéronautique.
  • v  la fonction technique , qui rassemble
    plusieurs formes de TSVH
  • - ceux que l'on pratique comme une méthode de
    préparation des surfaces (dégraissage, décapage,
    phosphatation...) avant traitements mécaniques
    (tréfilage, laminage à froid, frappe à froid...)
  • - ceux qui sont capables de conférer à
    l'interface des propriétés spécifiques
    (électriques, magnétiques, résistance à l'usure,
    à la cavitation, à l'abrasion, ou à
    ladhérence...)
  • - ceux qui sont susceptibles de contribuer à la
    mise en forme, soit par dépôts épais (au-delà de
    50 µm et jusqu'à plusieurs cm), soit par
    enlèvement de matière (usinages chimique ou
    électrolytique).
  • v   la fonction décorative ? argenture,
    dorure, nickelage et le chromage, mais aussi le
    polissage et le brillantage chimique ou
    électrolytiques sont des exemples parmi les plus
    connus.

57
Les paramètres du bain de galvanoplastie
  • Le degré dagitation
  • La température
  • La densité de courant
  • La tension
  • La distance anode-cathode
  • La filtration du bain
  • Le rendement cathodique
  • Il se compose de différentes espèces
  • Les espèces électroactives qui participent à la
    réaction de transferts de charges à la cathode.
  • Ils sont ajoutés sous formes de sels solubles
    dans leau dissociables en ions métalliques. On
    trouve
  • Les électrolytes à réaction acide sont du type
    sels métalliques dacides forts sulfates,
    chlorures, fluoborates, sulfamates
  • Les électrolytes à réaction alcaline sont du
    type sels de bases fortes zincate, stannate.
  • Les composés cyanures
  • Les espèces non électroactives dans lesquelles on
    distingue les anions associés aux cations
    électroréductibles, qui définissent le type de
    bain, et les anions que nous appellerons
    étrangers qui sont incorporés avec les sels
    conducteurs, tampons,
  • Les agents daddition que sont les sels
    conducteurs, les sels tampons, les additifs
    minéraux (citons comme exemple des sulfites dans
    les bains de dorage) et les additifs organiques.
  • Les impuretés qui peuvent être de nature
    cationique, anionique, organique, solide,

58
Les additifs organiques
  • Les additifs sont des substances qui sont
    additionnées en petites quantités dans des
    matériaux ou des bains délectrolyse afin
    daméliorer ou de modifier certaines propriétés
    du revêtement ou du matériau durant sa
    fabrication, son stockage, son transport ou ses
    applications .
  • Pour faciliter ce choix, une tentative de
    classification a été effectuée dans le cas
    délaboration de métaux par voie électrolytique.
    Les auteurs ont répertorié les différents
    additifs selon
  • - leur nature chimique composé organique ou
    minéral
  • - leur activité interfaciale surfactant
    (anionique, cationique ou non ionique) et
    tensioactif
  • - la dimension des particules solution
    moléculaire ou colloïdes
  • - leur mécanisme dadsorption sur le substrat
  • leur effet sur le revêtement agent brillanteur
    ou nivelant
  • La présence dadditifs, dans lélectrolyte, a
    pour effet de modifier parfois radicalement
  • les propriétés chimiques (comme la composition
    de lalliage),
  • les propriétés physiques (comme les structures
    et les propriétés réflectrices, laptitude à
    recouvrir le substrat)
  • les propriétés mécaniques (comme la dureté,
    létat de contrainte, la fragilité) des
    revêtements
  • Ces changements affectent non seulement
  • - lorganisation collective des cristallites
    (texture, structure dendritique)
  • - lorganisation interne (microstructure) de
    chaque cristallite  taille, morphologie, défauts
    structuraux, inclusions, etc.
  • les additifs organiques peuvent avoir des effets
    significatifs sur le rendement de la réaction de
    réduction des espèces métalliques en influant sur
    le dégagement concurrentiel dhydrogène et sur la
    résistance à la corrosion.

59
Rôle des additifs organiques
  • Rôle daffineur.
  • Agent affineur ? lorsque les cristaux métalliques
    électrodéposés ont une taille plus petite que
    celle observée en labsence de tout additif.
  • Ces substances de hautes masses moléculaires,
    sadsorbent préférentiellement sur les sites
    actifs et ralentissent de ce fait leur
    développement elles égalisent ainsi les
    vitesses de croissance des cristaux et concourent
    à une structure plus fine et globalement plus
    régulière. Comme exemple dadditif de type
    agent affineur , on peut citer la gélatine.
  • Rôle de brillanteur.
  • La brillance dune surface métallique résulte du
    fait que la lumière incidente sur cette surface
    est fortement réfléchie dans une certaine
    direction, avec un angle de réflexion égal et
    opposé à langle dincidence par rapport à la
    normale. La surface est dautant plus brillante,
    cest-à-dire proche dun miroir idéal, quelle
    diffuse moins de lumière et quelle la réfléchit
    davantage suivant la loi optique de Descartes,
    cest-à-dire de façon spéculaire. Une surface
    apparaît mate lorsque la lumière subit une
    réflexion diffuse. La brillance est le plus
    souvent appréciée visuellement, éventuellement
    par rapport à des étalons.

60
Rôle des additifs organiques
Sans addtif
Avec Additif 1
Avec Additif 2
61
Rôle des additifs organiques
  • Rôle de nivelant
  • La nivelance représente l'aptitude pour un
    électrolyte à compenser les micro-inégalités du
    substrat. La nivelance est donc observée lorsque
    le dépôt métallique est dépaisseur relativement
    importante dans les zones creuses du substrat
    métallique et dépaisseur moindre au niveau des
    zones de relief du métal de base. Si le caractère
    brillant des revêtements a trait à la production
    de couches à surface réfléchissante et donc à
    léchelle microscopique (lt au µm), la nivelance
    concerne latténuation du relief initial de la
    surface à léchelle macroscopique (gt au µm).
    Cest en quelque sorte le pouvoir de répartition
    à léchelle macroscopique. Il faut distinguer
    deux types de nivellement
  • le nivellement géométrique Si la répartition
    du courant est uniforme, il se produit un
    remplissage progressif des creux. Ce nivellement
    nintéresse que de faibles rugosités et est
    fonction de la densité de courant.
  • le nivellement électrochimique Il apparaît en
    présence dadditifs organiques. Il provient cette
    fois dune répartition non uniforme du courant
    avec un courant plus fort dans les creux que sur
    les pics. Ce type de nivellement est plus rapide
    que le nivellement géométrique.
  • Rôle de Tensioactifs
  • Ils sont encore appelés mouillants,
    surfactants... Les tensioactifs sont des
    molécules qui se distribuent aux interfaces et
    diminuent la tension superficielle, c'est-à-dire
    la force qui règne à la surface de séparation
    air-liquide, ou la tension interfaciale,
    c'est-à-dire la force qui règne à la surface de
    séparation de deux liquides ou d'un liquide et
    d'un solide. Il est ainsi possible de solubiliser
    une phase organique dans une solution aqueuse.
    Entre autres actions, ils permettent d'éviter la
    présence de bulles d'hydrogène à la surface des
    revêtements en cours de formation et d'empêcher
    ainsi l'apparition de piqûres qui nuisent à la
    qualité des revêtements.

62
Les points particuliers aux dépôts
  • Certains points peuvent être étudiés
  • Les impuretés
  • - métalliques qui peuvent
    sélectrodéposer
  • - solides en suspension incluses dans le
    dépôt doù lintérêt de filtrer les bains
  • Le nivellement de gros cristaux ou dendrites
    peuvent apparaître sans additif dans le bain
  • La structure lédifice cristallin du dépôt est
    influencé pendant les 2-3 premiers microns par
    celui du métal support, ensuite la
    cristallisation spécifique du dépôt se développe
  • La fragilisation par lhydrogène lhydrogène à
    létat atomique est facilement adsorbé par les
    métaux de base ferreux.
  • La résistance à la corrosion

63
Les principes du dépôt électrolytique
  • . Une réaction électrochimique comprend
    différentes étapes le transport de masse et le
    transport de charge.
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