Revêtements et traitements de surface des ressorts

De nombreux revêtements et traitements de surface peuvent être appliqués aux métaux. Certains permettent principalement de prévenir la corrosion, tandis que d'autres sont destinés à améliorer la dureté de la surface ou la résistance à l'usure. On peut également utiliser un revêtement pour modifier (légèrement) les dimensions et pour altérer certaines propriétés physiques telles que la réflectance et la couleur. Le tableau ci-dessous présente différents types de revêtements et de traitements des métaux.

Vous pouvez également visiter notre page sur les matériaux de ressort pour en savoir plus sur la sélection du matériau de ressort adapté à votre application. La sélection du matériau de ressort, de la finition et du traitement de surface appropriés garantira que la conception de votre ressort est optimisée pour l'application. Un ingénieur Lee Spring peut répondre à toutes vos questions techniques.

Électro-polissage

L'électro-polissage est utilisé pour le polissage de pièces métalliques. Son principe est l'inverse de celui de l'électroplacage. La pièce à usiner devient l'anode de l'électrolyte, et l'on ajoute une cathode pour compléter le circuit électrique. La réaction qui s'ensuit permet de retirer toute partie inégale ou rugueuse du matériau, afin d'obtenir une surface très lisse et polie.Ce procédé est principalement utilisé pour un résultat de type miroir à partir de surfaces initiales très lisses. Il est possible d'obtenir une finition inférieure à 0,05 µm si la rugosité initiale de la surface (moyenne quadratique) ne dépasse pas 0,18 à 0,20 µm. L'électro-polissage est utilisé pour le polissage de pièces et de tôles en acier inoxydable.

Polissage à vibrations

Une machine de polissage à vibrations (finition vibratoire) est une cuve ou un bol ouvert monté sur des ressorts, généralement revêtu de polyuréthane. L'action vibratoire est générée soit par un moteur vibrant fixé au fond du conteneur, soit par un ou plusieurs arbres à charges excentriques entraînés par un moteur standard, soit par un système d'électro-aimants. Le polissage à vibrations peut aider à ébavurer les métaux, à nettoyer les pièces ou à obtenir une finition de ressort plus brillante.

Les vibrateurs à bol sont en forme de bol rond monté sur des ressorts. L'action vibratoire est communiquée au bol par des poids excentriques montés sur un arbre vertical au centre du bol. Lorsque la machine est activée, le moteur imprime un mouvement en spirale à la masse des pièces et du média. Les vibrateurs à bol présentent l'avantage de pouvoir intégrer un système de séparation. Pour séparer les pièces du milieu, vous pouvez placer une digue dans le canal de manière à ce que les pièces et le milieu soient poussés vers le haut. Au sommet de la digue se trouve un tamis sur lequel passent les pièces et le milieu. Le milieu est filtré par le tamis et retourne dans le bol du vibrateur. Les pièces sont déviées du tamis vers une trémie de collecte ou un convoyeur.

Grenaillage

Le grenaillage est une méthode de travail à froid qui permet d'appliquer des contraintes de compression dans les couches superficielles exposées des pièces métalliques par un jet de grenaille, dirigé vers la surface du métal à grande vitesse dans des conditions contrôlées. Elle diffère du nettoyage au sable par son objectif principal et par le contrôle de la méthode, qui permet d'obtenir des résultats précis et reproductibles. Si le grenaillage aide à nettoyer la surface à traiter, son objectif principal est d'en augmenter la résistance à la fatigue.

Le support utilisé pour le grenaillage peut être de la grenaille de fer, d'acier ou de verre, ou du fil d'acier ou d'acier inoxydable découpé. La grenaille métallique est désignée par des numéros en fonction de sa taille. Les numéros de grenaillage, selon la norme MIL-S-13165, vont de S70 à S780. Le numéro de grenaillage est approximativement identique au diamètre nominal d'une grenaille en dix millièmes de pouce. L'efficacité du grenaillage est mesurée grâce à la bande Almen. Il s'agit d'une fine pièce d'acier plate, serrée sur un bloc solide et exposée au jet de grenaille, ce qui produit une courbure. L'étendue de cette courbure sur un échantillon standard permet de mesure l'intensité du martelage.

Électroplacage

L'électroplacage implique la création d'une cellule galvanique dans laquelle la pièce à plaquer est la cathode et le matériau de placage est l'anode. Les deux métaux sont placés dans un bain d'électrolyte, et l'on applique un courant continu de l'anode à la cathode. Les ions du matériau de placage sont conduits vers le substrat à plaquer dans l'électrolyte, et recouvrent la pièce d'un mince revêtement du matériau de placage.

Les aciers, les alliages à base de nickel et de cuivre, ainsi que d'autres métaux supportent très bien l'électroplacage. Deux approches sont possibles. Le placage d'un métal plus noble (moins actif) sur le substrat permet de réduire la tendance à l'oxydation tant que le placage reste intact pour protéger le substrat de l'environnement. L'étain, le nickel et le chrome sont souvent utilisés pour l'électroplacage de l'acier afin de le rendre résistant à la corrosion. Le chromage permet également d'augmenter la dureté de la surface jusqu'à HRC 70, ce qui est supérieur au résultat de nombreux aciers alliés trempés. Malheureusement, toute perturbation ou imperfection du placage peut constituer un nœud d'action galvanique en présence d'un milieu conducteur (comme l'eau de pluie). Le substrat étant moins noble que le placage, il devient l'anode réactive et se corrode rapidement. On emploie rarement l'électroplacage avec des métaux plus nobles que le substrat pour des pièces qui seront immergées dans l'eau ou d'autres électrolytes.

On peut également plaquer un métal moins noble sur le substrat, pour servir d'anode réactive qui se corrodera à la place du substrat. L'exemple le plus courant est le revêtement en zinc de l'acier, également appelé galvanisation. Le revêtement en zinc ou cadmium va progressivement se corroder et protéger le substrat en acier plus noble jusqu'à ce que le revêtement soit épuisé, après quoi l'acier lui-même s'oxydera. Le revêtement en zinc peut être appliqué par un procédé appelé « trempage à chaud » plutôt que par électroplacage, ce qui permet d'obtenir un revêtement plus épais et plus protecteur, reconnaissable à son aspect « nacré ». Une mise en garde concernant les revêtements par électroplacage : le substrat peut souffrir d'une fragilisation par hydrogène, ce qui entraîne une importante perte de résistance. Il est déconseillé d'appliquer une finition par électroplacage sur des pièces soumises à la fatigue. L'expérience a démontré que l'électroplacage réduit fortement la résistance à la fatigue des métaux et peut provoquer une défaillance précoce.

Fragilisation par hydrogène : en cas de décapage d'acier au carbone en vue d'un placage ou au cours de certains processus d'électroplacage, le matériau peut absorber de l'hydrogène. Bien que des fissures puissent se développer dans le bain de décapage ou de placage, elles apparaissent le plus souvent lors de l'utilisation des ressorts plaqués. Le risque de fragilisation par hydrogène s'accroît en présence (1) d'une forte concentration de contraintes, (2) d'une dureté Rockwell élevée ou (3) d'une forte teneur en carbone. Les matériaux trempés y sont particulièrement sensibles. Pour éviter cette fragilisation, il convient de cuire les ressorts immédiatement après le placage pour chasser l'hydrogène du matériau.

Placage sans électrolyse

Le placage sans électrolyse consiste à déposer une couche de nickel sur le substrat sans appliquer de courant électrique. Dans ce cas, le substrat « cathode » (pas d'anode) sert de catalyseur pour déclencher une réaction chimique qui provoque la réduction des ions de nickel présents dans la solution électrolytique et leur dépôt sur le substrat. Le revêtement en nickel agit également comme catalyseur et maintient la réaction jusqu'à ce que la pièce soit retirée du bain. Ainsi, il est possible d'obtenir des revêtements relativement épais. Les revêtements présentent généralement une épaisseur comprise entre 0,001 et 0,002 pouce. Contrairement à l'électroplacage, la plaque de nickel obtenue sans électrolyse est complètement uniforme et comble les trous et les crevasses. Le placage est dense et assez dur, à environ 43 HRC. Il est également possible de plaquer d'autres métaux sans électrolyse, mais le nickel est le plus couramment utilisé.

Revêtements chimiques

Les traitements chimiques les plus courants pour les métaux vont du lavage à l'acide phosphorique sur l'acier, qui offre une résistance à l'oxydation limitée et à court terme, à des peintures de différents types conçues pour offrir une protection plus durable contre la corrosion. Le brunissage est une option moins coûteuse qui permet de former une barrière de protection contre la corrosion sur divers types de substrats en acier, en acier inoxydable ou en cuivre. Le brunissage peut également ternir les surfaces lorsqu'on souhaite réduire la réflexion de lumière.