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PROCEDE DE TRAITEMENT SUPERFICIEL D'UNE PIECE EN ACIER PAR
NITRURATION OU NITROCARBURATION, OXYDATION PUIS IMPREGNATION
L'invention concerne un procédé de traitement superficiel d'une
pièce en métal ferreux, en pratique en acier allié ou non, ayant une bonne
tenue à la corrosion grâce à un traitement d'imprégnation.
Plus généralement, l'invention s'applique à tout type de pièces
mécaniques destinées à assurer en service une fonction mécanique et devant
avoir une dureté importante, une longue résistance à la corrosion et à
l'usure.
C'est par exemple le cas de nombreuses pièces utilisées dans le domaine de
l'automobile ou de l'aéronautique.
Pour améliorer la tenue à la corrosion de pièces mécaniques en
acier, divers traitements ont été proposés, qui comportent une étape de
nitruration ou de nitrocarburation (en bains de sels fondus, ou en milieu
gazeux), parfois suivie d'une étape d'oxydation et/ou du dépôt d'une couche de
finition. Il est rappelé que la nitruration et la nitrocarburation sont des
traitements thermochimiques d'apport d'azote (respectivement d'azote et de
carbone) par combinaison-diffusion : il se forme en surface une couche de
combinaison formée de nitrures de fer (il existe plusieurs phases possibles),
sous laquelle l'azote est présent par diffusion.
Ainsi, le document EP- 0 053 521 a proposé, principalement pour
des axes de piston dont on cherchait à améliorer la tenue à la corrosion et/ou
le
coefficient de frottement, un traitement de nitrocarburation adapté à former
une
couche de phase Epsilon et un traitement de finition consistant à recouvrir la
couche en phase Epsilon d'une couche de finition formée d'une résine (le
document mentionne une gamme très variée, englobant les résines acryliques,
les alkydes, les esters maléiques, les époxy, les formaldéhydes, les
phénoliques, le butyral-polyvinyle, les chlorures polyvinyle, les polyamides,
les
poly-imides, les polyuréthanes, les silicones, les éthers polyvinyle et les
urée-
formaldéhydes, avantageusement chargés en additifs choisis parmi les
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phosphates et les chromates de zinc (pour améliorer la résistance à la
corrosion), et/ou du silicone, des cires, des poly-tétra-fluoro-éthylènes, du
di-
sulfite de molybdène, du graphite ou du stéarate de zinc (pour réduire le
coefficient de frottement). Il n'y a pas de résultat précis ; il est
simplement
mentionné qu'un bon exemple est un système de résines
acryliques/époxide/amino, contenant du chromate ou du stéarate de zinc ou
une cire.
Quant au document EP - 0 122 762, il décrit un procédé de
fabrication de pièces d'acier résistant à la corrosion, comprenant des étapes
de
nitruration (en phase Epsilon, comme précédemment), puis d'oxydation par voie
gazeuse, puis d'application de matière cireuse (Castrol V425) contenant des
hydrocarbures aliphatiques et des savons métalliques du groupe 2a, de
préférence des savons au calcium et/ou au baryum. La tenue à la corrosion en
brouillard salin a été de l'ordre de 250 heures.
La Demanderesse a elle-même proposé des procédés de
traitements visant à obtenir des tenues encore meilleures à la corrosion.
Dans le document EP ¨ 0 497 663, elle a proposé un procédé
consistant à soumettre des pièces en métal ferreux à une nitruration,
typiquement en un bain de sels fondus constitué de cyanates et de sodium,
potassium et lithium, puis à une oxydation en bains de sels fondus ou dans une
atmosphère ionisante oxydante, en sorte d'obtenir une couche nitrurée
comprenant une sous-couche profonde et compacte et une couche superficielle
de porosité bien contrôlée et enfin au dépôt d'un polymère d'épaisseur
comprise entre 3 et 20 pm, en fluoroéthylène-propylène (FEP), voire en
polytetrafluoroéthylène, (PTFE), voire en polymères ou copolymères de
polyuréthanes fluorés ou siliconés, ou en polyamides¨polyimides. Avec ce
procédé, des essais ont montré que la résistance à la corrosion était
améliorée
en permettant d'obtenir une exposition au brouillard salin (BS) pouvant aller
de
500 à 1000 heures environ sans qu'apparaisse une manifestation de corrosion.
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Ensuite, par le document EP - 0 524 037, il a été proposé un procédé
de traitement selon lequel les pièces sont nitrurées de préférence en bains de
sels fondus à base d'ions cyanates puis oxydées et enfin imprégnées d'une cire
hydrophobe. La nitruration suivie de l'oxydation conduit à la formation d'une
couche constituée d'une sous-couche profonde compacte et d'une couche
superficielle dont la porosité est bien contrôlée. La cire d'imprégnation est
un
composé organique à haut poids moléculaire compris entre 500 et 10000 et de
tension superficielle, à l'état liquide, comprise entre 10 et 73 mN/m. L'angle
de
contact entre la phase solide et la couche superficielle et la cire à l'état
liquide,
est compris entre 0 et 75 degrés. Plus précisément, la cire est choisie parmi
les
cires naturelles, les cires synthétiques polyéthylènes, polypropylènes,
polyesters, fluorés ou bien résidus pétroliers modifiés. Cette solution permet
d'améliorer simultanément la résistance à la corrosion et les propriétés de
friction des pièces en métal ferreux. Les pièces ainsi traitées ont une bonne
résistance à la corrosion en brouillard salin normalisé combinée à de bonnes
propriétés de friction.
Le brevet EP - 0 560 641 décrit un procédé de phosphatation de
pièces en acier pour améliorer la résistance à la corrosion et à l'usure
permettant d'obtenir des caractéristiques spécifiques de surface résultant
d'un
traitement de phosphatation précédé d'une opération de nitruration dans un
bain de sels fondus contenant des espèces soufrées, d'une opération de
nitruration dans un bain de sels fondus suivie d'un traitement classique de
sulfuration, ou d'un dépôt de métal suivi d'une opération classique de
sulfuration. Les valeurs de résistance à la corrosion des pièces ainsi
traitées,
après exposition au brouillard salin, sont de l'ordre de 900 à 1200 heures.
Le brevet EP - 1 180 552 concerne un procédé de traitement
superficiel de pièces mécaniques soumises à la fois à l'usure et à la
corrosion
en ayant une rugosité propice à une bonne lubrification et selon lequel une
nitruration est mise en oeuvre par immersion entre 500 C et 700 C des pièces
dans un bain de nitruration de sels fondus contenant des cyanates et
carbonates alcalins dans des gammes précises mais exempt d'espèces
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soufrées, puis une oxydation est mise en oeuvre dans une solution aqueuse
oxydante en dessous de 200 C.
Le document W02012/146839 a visé un traitement de nitruration
conduisant à une rugosité appropriée sans nécessiter de traitement de finition
;
il a décrit un bain de sels fondus pour la nitruration de pièces mécaniques en
acier présentant des teneurs spécifiques en chlorure de métal alcalin, en
carbonate de métal alcalin, en cyanate de métal alcalin et en ions cyanures.
La
résistance à la corrosion mesurée en brouillard salin a été comprise entre 240
et 650 heures.
Il est à noter que le fait d'ajouter un traitement de finition (dépôt d'un
vernis ou d'une cire, ou traitement de phosphatation) à un traitement de
nitruration ou de nitrocarburation puis d'oxydation de pièces mécaniques en
matériau ferreux permet souvent d'améliorer la résistance à la corrosion, mais
en impliquant généralement une surcote compliquant l'obtention, en fin de
traitement, des cotes dimensionnelles souhaitées. A titre subsidiaire, il a
été
constaté que certains traitements de finition se traduisent par le fait que la
surface des pièces ainsi traitées tend à transférer un peu d'huile sur les
surfaces avec lesquelles elle peut venir en contact et a tendance à capter la
poussière du milieu environnant ; cela est difficilement compatible avec une
étape complémentaire telle qu'un surmoulage.
L'invention s'est fixée pour but de remédier à ces inconvénients de
manière simple, sure, efficace et rationnelle, tout en atteignant des niveaux
très
élevés de résistance à la corrosion ainsi qu'à l'usure, meilleurs qu'avec les
bains d'imprégnation actuels.
Pour résoudre un tel problème, il a été conçu et mis au point un
procédé de traitement superficiel d'une pièce mécanique en acier pour lui
conférer une résistance élevée à l'usure et à la corrosion comportant :
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- une étape de nitruration ou de nitrocarburation adaptée à former
une couche de combinaison d'au moins 8 micromètres d'épaisseur formée de
nitrures de fer de phases et/ou y',
- une étape d'oxydation adaptée à générer une couche d'oxydes
5 d'épaisseur comprise entre 0.1 micromètre et 3 micromètres et
- une étape d'imprégnation par trempage dans un bain
d'imprégnation pendant au moins 5 minutes, ce bain étant formé d'au moins
70% en poids, à 1% près, d'un solvant formé d'un mélange d'hydrocarbures
formé d'une coupe d'alcanes de 09 à 017, de 10% à 30% en poids, à 1 /0 près,
d'au moins une huile de paraffine composée d'une coupe d'alcanes 016 à 032
et d'au moins un additif du type additif phénolique de synthèse à une
concentration comprise entre 0.01% et 3% en poids, à 0.1% près, à la
température ambiante.
Il est apparu que, sous réserve que la nitruration ou la
nitrocarburation et l'oxydation aient été effectuées de manière suffisamment
efficace pour former les couches définies ci-dessus, l'imprégnation dans un
bain conforme à l'invention conduit à une amélioration substantielle de la
résistance à la corrosion par rapport à un bain classique, à base d'huiles,
d'acides et d'éthanol. En outre il a été constaté que, après le traitement
d'imprégnation, les pièces sont sèches au toucher (on entend par là l'absence
de transfert d'huile sur une surface antagoniste), d'où l'absence de tendance
à
capter la poussière environnante et l'aptitude à subir un post-traitement tel
qu'un surmoulage.
C'est ainsi qu'on peut reconnaître une pièce conforme à l'invention,
obtenue par le procédé de l'invention, à savoir une pièce en acier ayant une
résistance élevée à l'usure et à la corrosion, comportant une couche de
combinaison d'au moins 8 micromètres, une couche d'oxydes d'épaisseur
comprise entre 0.1 et 3 micromètres et une couche d'imprégnation qui est
sèche au toucher.
La notion de température ambiante ne désigne pas une température
précise mais le fait que le traitement se fait sans contrôle de la température
(il
n'est donc nécessaire ni de chauffer le bain ni de le refroidir), et qu'elle
peut se
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faire à la température induite par l'environnement, même si elle varie dans
des
proportions pouvant être importantes au cours de l'année, par exemple entre
15 C et 5000
De manière préférée, l'étape de nitruration/nitrocarburation est
conduite de manière à ce que l'épaisseur de la couche de combinaison obtenue
est d'au moins 10 micromètres.
De manière avantageuse, l'additif phénolique de synthèse est un
composé de formule C15H240.
De manière également avantageuse, le bain d'imprégnation
comporte en outre au moins un additif choisi dans le groupe constitué par le
sulfonate de calcium ou de sodium, les phosphites, les diphénylamines, le
dithiophosphate de zinc, les nitrites, les phosphoramides. La teneur en de
tels
additifs est avantageusement au plus égale à 5%.
Plus particulièrement, le bain est, de manière préférée, formé de
90%+/-0,5% en poids de solvant, 10% +/-0,5% en poids d'huiles de paraffine et
entre 0.01% et pas plus de 1%+/-0.1% d'additif phénolique de synthèse de
formule 015H240.
De manière avantageuse, l'imprégnation s'effectue par trempage
pendant une durée d'environ 15 minutes.
Cette étape de trempage est avantageusement suivie d'une
opération de séchage naturel ou accéléré par étuvage.
Selon une première option avantageuse, l'étape de
nitruration/nitrocarburation est effectuée en un bain de sels fondus contenant
de
14% à 44% en poids de cyanates alcalins à une température de 550 C à 650 C
pendant au moins 45 minutes ; de préférence, ce bain de
nitruration/nitrocarburation contient de 14% à 18% en poids de cyanates
alcalins. De manière avantageuse, ce traitement est effectué à une température
de 590 C pendant 90 minutes à 100 minutes ; selon une variante, également
avantageuse, le traitement de nitruration/nitrocarburation en bains de sels
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fondus est effectué à une température de 630 C pendant environ 45 minutes à
50 minutes.
Selon une seconde option avantageuse, l'étape de
nitruration/nitrocarburation est effectuée en un milieu gazeux entre 500 C et
600 C contenant de l'ammoniac.
Selon une troisième option avantageuse, l'étape de
nitruration/nitrocarburation est effectuée en milieu ionique (plasma) dans un
milieu comprenant au moins de l'azote et de l'hydrogène sous pression réduite.
De manière avantageuse, l'étape d'oxydation est effectuée dans un
bain de sels fondus contenant des carbonates, des nitrates et des hydroxydes
alcalins.
Selon une option particulièrement intéressante, le bain de sels
fondus d'oxydation contient des nitrates alcalins, des carbonates alcalins et
des
hydroxydes alcalins. Dans ce cas, il est avantageux que l'étape d'oxydation
soit
réalisée à une température de 430 C à 470 C pendant de 15 à 20 minutes.
Selon une autre option intéressante, l'oxydation est conduite dans un
bain aqueux contenant des hydroxydes alcalins, des nitrates alcalins et des
nitrites alcalins. Dans ce cas, il est avantageux que l'étape d'oxydation soit
réalisée à une température de 110 C à 130 C pendant de 15 à 20 minutes.
En variante, l'étape d'oxydation est effectuée en un milieu gazeux
majoritairement constitué de vapeur d'eau, à une température de 450 C à
550 C pendant de 30 à 120 minutes.
Ces diverses préférences ressortent de divers essais qui ont été
effectués, à titre d'exemple illustratif non limitatif.
Plus précisément, ces essais ont été effectués en combinant
plusieurs types de traitements de nitruration ou nitrocarburation, connus en
soi,
plusieurs types de traitement d'oxydation, connus en soi, et plusieurs types
d'imprégnation. Ces essais ont été effectués sur des pièces en métal ferreux
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présentant des zones lisses et des arêtes vives. Plus particulièrement, des
essais ont été effectués sur des axes cannelés en acier XC45 recuit et
rectifié,
présentant une portée lisse et une portée filetée.
Au total, cinq traitements de nitruration ou de nitrocarburation ont été
testés. Trois de ces traitements sont des traitements en bains de sels fondus,
NITRU1 à NITRU3, qui correspondent à des exemples de nitrocarburation
conformes au traitement de nitrocarburation enseigné par le document EP ¨
1 180 552 avec :
* le traitement NITRU1 situé en fourchette basse de température
préférée et le temps moyen préféré de traitement (de 45 minutes à 50 minutes),
* le traitement NITRU2 situé en cette même fourchette basse de
température préférée mais avec le temps de traitement maximum (en dehors de
la zone préférée, soit de 90 minutes à 100 minutes) et
* le traitement NITRU3 situé en fourchette haute de température
préférée avec le temps moyen préféré de traitement (45 minutes à 50 minutes).
Les paramètres de ces traitements sont récapitulés dans le tableau ci-dessous.
Teneur en Teneur en Température Temps de
Epaisseur de couche
CN- en % CNO- en % (en C) traitement(en de traitement
(en
(en poids) (en poids) minutes) micromètres)
NITRU1 1 à3 14 à 18 590 >=45 <8
NITRU 2 1 à3 14 à 18 590 >=90 >8
NITRU3 1 à3 14 à 18 630 >=45 >8
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Plus généralement, on peut noter que le traitement NITRU1 conduit
à une couche de combinaison d'épaisseur inférieure à 8 micromètres, tandis
que les traitements NITRU2 et NITRU3 conduisent à une couche dont
l'épaisseur dépasse ce seuil, et soit même de préférence d'au moins 10
micromètres. Il semble inutile, en pratique, de chercher à dépasser 25
micromètres, de sorte qu'une plage efficace pour l'épaisseur de la couche
semble être de 10 à 25 micromètres.
De manière générale, ces trois traitements correspondent à un
traitement en un bain de sels fondus contenant de 14% à 44% en poids de
cyanates alcalins (de préférence de 14% à 18%) à une température de 550 C à
650 C (de préférence, de 590 C à 630 C) pendant au moins 45 minutes (il ne
semble pas utile de dépasser 120 minutes, voire 90 minutes).
Un autre de ces traitements est un traitement classique en milieu
gazeux, NITRU4 (en visant une épaisseur de couche de combinaison d'au
moins 8 lm et avantageusement comprise entre 10 et 25 m), et un autre de
ces traitements est un traitement classique en milieu ionique (plasma), NITRU5
(en visant une épaisseur de couche de combinaison d'au moins 8 lm et
avantageusement comprise entre 10 et 25 m).
Plus précisément, le traitement NITRU4 en milieu gazeux a été
effectué dans un four entre environ 500 et 600 C sous atmosphère contrôlée
comprenant de l'ammoniac. Le temps de traitement a été établi pour garantir
une épaisseur de couche de combinaison d'au moins 8 micromètres, de
préférence supérieure à 10 micromètres.
Quant au traitement NITRU5, il a été effectué en milieu ionique
(plasma) dans un mélange comprenant au moins de l'azote et de l'hydrogène,
sous pression réduite (c'est-à-dire sous une pression inférieure à la pression
atmosphérique, typiquement moins de 0.1 atmosphère). Le temps de traitement
a également été établi pour garantir une épaisseur de couche de combinaison
d'au moins 8 micromètres, de préférence d'au moins 10 micromètres.
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Dans ce qui précède, l'épaisseur de couche de traitement indiquée
ne tient pas compte de la couche de diffusion (pour l'azote ainsi que pour le
carbone).
Selon ces divers traitements de nitruration/nitrocarburation, on a
5 obtenu différentes couches de combinaison :
- soit des nitrures en phase c (Fe2_3N), soit des nitrures en phases c
et Y' (Fe2_3N + Fe4N) avec les bains de sels NITRU1 à NITRU3,
- des nitrures en phases c et Y' (Fe2_3N + Fe4N) avec le traitement
en phase gazeuse NITRU4,
10 - des
nitrures en phases c et Y' (Fe2_3N + Fe4N) avec le traitement
en phase plasma NITRU5.
Seuls les traitements NITRU2 à NITRU5 ont abouti à des épaisseurs
de couche de combinaison d'au moins 8 micromètres, avantageusement entre
10 et 25 micromètres.
Pour chacun des 5 traitements de nitruration NITRU1 à NITRU5,
trois types de traitements d'oxydation ont été mis en oeuvre :
1) Oxydation type 1 (ou 0x1), c'est-à-dire en milieu
liquide ionique contenant du NaNO3 (entre 35 et 40%
en poids), des carbonates (de Li, de K, de Na) (entre 15
et 20% en poids), du NaOH (entre 40 et 45% en poids)
¨ température de 450 C ¨ temps de traitement de 15
minutes.
2) Oxydation type 2 (ou 0x2, c'est-à-dire en milieu
aqueux contenant du KOH (entre 80% et 85% en poids,
du NaNO3 (entre 10% et 15% en poids et du NaNO2
(entre 1 et 6% en poids ¨ température de 120 C ¨
temps de traitement de 15 minutes.
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3) Oxydation type 3 (ou 0x3) en milieu gazeux
(traitement en vapeur d'eau) ¨ température de 500 C ¨
temps de traitement de 60 minutes.
Les oxydations 0x1 et 0x2 correspondent sensiblement,
respectivement, à l'oxydation en bain de sel et à l'oxydation aqueuse du
document EP1180552 précité, alors que les paramètres de traitements de
nitrocarburation (NITRU5) et d'oxydation 0x3, en milieu ionisé, correspondent
sensiblement à l'exemple 9 du document EP0497663.
Les oxydations ont été effectuées en sorte d'obtenir des couches
d'oxydation d'épaisseur comprises entre 0.1 et 3 micromètres.
Enfin, après l'opération d'oxydation, deux types d'imprégnation ont
été réalisés :
1) une imprégnation nouvelle dite imprégnation 1 (ou
Imp1) dans un bain contenant principalement un solvant (90%+/-0.5%
en poids) formé d'un mélange d'hydrocarbures composé d'une coupe
d'alcanes de 09 à 017, 10% +/-0.5% en poids d'une huile de paraffine
composée d'une coupe d'alcanes 016 à 032 et entre 0.1% et 1% +/-
0.1% d'un additif phénolique de synthèse de formule C15H240. Cette
imprégnation a été réalisée par trempage pendant environ 15 minutes
d'immersion, suivie d'un séchage naturel ou accéléré par étuvage.
2) Une imprégnation classique dite imprégnation 2
(ou Imp2), dans un bain contenant principalement des huiles (entre 60
et 85% en poids), des acides (entre 6 et 15% en poids) et de l'éthanol
(entre 1 et 5% en poids). Cette imprégnation a été réalisée par
trempage pendant environ 15 minutes d'immersion, suivi d'un séchage
naturel ou accéléré par étuvage.
En combinant les types d'oxydation et les types d'imprégnation, on a
défini 8 traitements, notés 1 à 8, conformément au tableau suivant (on y
désigne une absence d'oxydation par 0x0 ).
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Type d'oxydation Type d'imprégnation
Traitement 1 0x1 Imp2
Traitement 2 0x1 Imp1
Traitement 3 0x2 Imp2
Traitement 4 0x2 Imp1
Traitement 5 0x3 Imp2
Traitement 6 0x3 Imp1
Traitement 7 Sans oxydation (0x0) Imp2
Traitement 8 Sans oxydation (0x0) Imp1
Des échantillons ont été préparés en combinant ces traitements 1 à
8 avec les traitements de nitruration/nitrocarburation précités. Des essais de
tenue à la corrosion ont été effectués selon la norme ISO 9227 (2006) en
brouillard salin. Les résultats sont résumés dans le tableau ci-dessous. Pour
chaque essai, un minimum de 10 pièces a été testé. Le temps (indiqué en
heures) correspond à une absence totale de trace de corrosion sur 100% des
pièces.
Il est apparu que le traitement d'imprégnation 1 n'induisait pas de
variation dimensionnelle. De surcroît, la surface des pièces était sèche au
toucher ; cela implique que, d'une part, la surface de ces pièces n'a pas
tendance à capter la poussière et que, d'autre part, ces pièces sont
compatibles
avec un post-traitement tel qu'un surmoulage.
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Sans
NITRU 1 NITRU 2 NITRU 3 NITRU 4 NITRU 5
Nitruration
Traitement 1
96h 360h 912h 792h 384h 72h
Ox1+Imp2
Traitement 2
96h 960h 1368h 1368h 1008h 576h
Ox1+Imp1
Traitement 3
96h 312h 576h 792h 504h 72h
Ox2+Imp2
Traitement 4
96h 360h 1056h 1056h 720h 360h
Ox2+Imp1
Traitement 5
96h 192h 456h 552h 312h 24h
Ox3+Imp2
Traitement 6
96h 264h 888h 792h 552h 72h
Ox3+Imp1
Traitement 7
96h 96h 456h 384h 48h 48h
Ox0+Imp2
Traitement 8
96h 120h 504h 624h 360h 336h
Ox0+Imp1
Il ressort tout d'abord de ce tableau que le traitement nouveau
d'imprégnation (imprégnation 1 ¨ traitements pairs) apporte une amélioration
sensible par rapport au cas d'une imprégnation classique (imprégnation 2 -
traitements impairs).
On peut noter que le traitement d'oxydation-imprégnation importe
peu lorsqu'il n'y a pas de nitruration/nitrocarburation (la résistance à la
corrosion reste à 96h, dans la première colonne).
Quant au traitement NITRU5, il tend à montrer que le traitement
d'imprégnation 2 (classique) aboutit à une résistance à la corrosion
inférieure
au cas sans aucune nitruration.
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L'intérêt de l'imprégnation de type 1 est notamment visible dans le
cas de la nitrocarburation NITRU5 puisque, avec le cas de l'oxydation 3 (en
milieu gazeux ¨ traitements 5 et 6), l'amélioration est de l'ordre d'un
triplement
de la tenue à la corrosion (augmentation d'une cinquantaine d'heures) par
rapport au cas d'une imprégnation classique ; il s'agit pourtant du cas où
l'oxydation a un effet particulièrement négatif.
Dans tous les autres cas NITRU5, l'augmentation de tenue à la
corrosion est d'au moins de l'ordre de 200 heures. Ainsi, dans le cas de la
NITRU5 combinée avec l'oxydation en milieu aqueux (oxydation 2 ¨ traitements
3 et 4) ou en l'absence d'oxydation (traitements 7 et 8), l'imprégnation
nouvelle
aboutit à une augmentation de la tenue à la corrosion de l'ordre de 300 heures
;
dans le cas de la NITRU5 combinée avec l'oxydation en milieu liquide ionique
(oxydation 1 ¨ traitements 1 et 2), l'augmentation est même de l'ordre de 500
heures.
En ce qui concerne le traitement NITRU1, on peut noter que l'effet
bénéfique de l'imprégnation nouvelle existe mais est modéré, y compris en
pourcentage, par rapport à l'imprégnation classique (traitements 3 à 8, même
si
les tenues à la corrosion, en valeur absolue, sont meilleures qu'avec NITRU5).
Toutefois, on peut noter une augmentation très importante, de 600 heures,
dans le cas d'une oxydation en milieu ionique (traitements 1 et 2), avec une
tenue à la corrosion qui approche du seuil de 1000 heures. On croit pouvoir en
déduire que la condition d'une couche de combinaison d'au moins 8
micromètres d'épaisseur peut être abaissé dans le cas d'une oxydation de type
1.
Si l'on considère maintenant le traitement NITRU4, il conduit au
même commentaire que le traitement NITRU5 en l'absence d'oxydation
(traitements 7 et 8). Par contre on constate une augmentation d'au moins 200
heures de la tenue à la corrosion dans le cas des oxydations de type 2 (en
milieu aqueux ¨ traitements 3 et 4) et de type 3 (en milieu gazeux ¨
traitements
5 et 6). On observe toutefois une augmentation tout à fait remarquable dans le
cas d'une oxydation de type 1 (oxydation en milieu ionique à haute température
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¨ traitements 1 et 2), puisque la tenue à la corrosion est améliorée de près
de
600 heures en dépassant le seuil de 1000 heures.
Si l'on considère maintenant les traitements de
nitruration/nitrocarburation en bains de sels fondus dans lesquels on a pris
soin
5
d'obtenir une couche de combinaison d'au moins 8 micromètres d'épaisseur
(voire 10 micromètres), on constate que l'imprégnation nouvelle conduit à des
niveaux particulièrement élevés de la tenue à la corrosion.
Dans le cas d'une absence d'oxydation, l'imprégnation nouvelle
apporte une amélioration, surtout significative dans le cas de NITRU3.
10 En
présence d'une oxydation, l'amélioration de la tenue à la
corrosion est, pour les oxydations de type 2 et 3 (traitements 3 à 6) d'au
moins
250 heures pour le traitement NITRU3 et même de 450 heures pour le
traitement NITRU2. Avec le type d'oxydation de type 2 (traitements 3 et 4) on
obtient des tenues à la corrosion dépassant le seuil de 1000 heures.
15 Avec
l'oxydation de type 1 (traitements 1 et 2), l'augmentation
apportée par l'imprégnation nouvelle est étonnamment élevée, puisqu'elle est
de 456 heures pour NITRU2 et même de 576h pour NITRU3 pour atteindre un
seuil particulièrement élevé, de l'ordre de 1370h.
Ainsi, il apparaît que :
= l'imprégnation nouvelle apporte une amélioration de la tenue à la
corrosion par rapport à une imprégnation classique, quels que
soient les traitements de nitruration/nitrocarburation et
d'oxydation,
= Cette amélioration est particulièrement notable et conduit à des
valeurs de tenue à la corrosion particulièrement élevées pour les
traitements de nitrocarburation en bains de sels conduisant à une
couche de combinaison d'au moins 8 micromètres (NITRU2 et
NITRU3), de préférence entre 10 et 25 micromètres,
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16
= Cette amélioration est particulièrement notable et conduit à des
valeurs de tenue à la corrosion particulièrement élevées pour les
nitrocarburations en bains de sels (NITRU1 à NITRU3) ou en
phase gazeuse (NITRU4) dans le cas d'une oxydation en bains
de sels fondus (type 1),
= Cette amélioration aboutit à des niveaux particulièrement élevés
de tenue à la corrosion en combinant les nitrocarburations en
bains de sels conduisant à une couche d'au moins 8 micromètres
d'épaisseur (NITRU2 et NITRU3) et une oxydation de type 1 ou 2,
surtout dans le cas d'une oxydation en bains de sels (type 1).
Les résultats ci-dessus ont été mesurés sur des zones lisses des
échantillons.
Des mesures sur des zones présentant des aspérités (des zones
filetées en l'occurrence) ont également montré que les meilleurs résultats
sont
obtenus avec les traitements d'oxydation en milieu liquide 1 et 2, combinés
avec une imprégnation de type 1 et avec une nitrocarburation en bains de sels
conduisant à des couches de combinaison d'au moins 8 micromètres, NITRU2
et NITRU3.
Alors que l'imprégnation nouvelle aboutit à des résultats excellents,
équivalents pour NITRU2 et NITRU3, avec les oxydations en milieu liquide, sur
des surfaces lisses, il semble que, sur les zones non lisses, l'imprégnation
nouvelle donne de très bons résultats pour ces deux mêmes types de
nitrocarburation, un peu meilleurs avec NITRU3 qu'avec NITRU2.
En résumé, les résultats ci-dessus montrent que le bain
d'imprégnation 1 présente un effet surprenant de synergie avec les traitements
de nitruration/nitrocarburation NITRU2 et NITRU3 sous réserve que la
nitruration/nitrocarburation soit suivie d'une oxydation de type 1 ou 2, un
optimum semblant être obtenu lorsque le traitement d'oxydation est de type 1.
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L'ampleur des augmentations de résistance à la corrosion
constatées pour la combinaison du bain d'imprégnation 1 avec les traitements
de nitruration/nitrocarburation en bains de sels fondus aboutissant à des
couches de combinaison de plus de 8 micromètres d'épaisseur (NITRU2 et
NITRU3) et le traitement d'oxydation 1 en bain de sels fondus traduit
l'existence
d'une synergie surprenante entre ces trois types de traitement qui reste
incomprise.
La composition particulière du bain d'imprégnation considérée dans
les essais rentre dans une composition plus générale, à savoir un bain formé
d'au moins 70% en poids, à 1% près, d'un solvant formé d'un mélange
d'hydrocarbures formé d'une coupe d'alcanes de C9 à C17, de 10% à 30% en
poids, à 1% près, d'au moins une huile de paraffine composée d'une coupe
d'alcanes 016 à 032 et d'au moins un additif du type additif phénolique de
synthèse à une concentration comprise entre 0.01% et 3% en poids, à la
température ambiante.
La teneur en solvant est de préférence comprise entre 80% et 90%
en poids ; de même, la teneur en huile de paraffine est de préférence comprise
entre 10% et 20% en poids. La coupe d'alcanes du solvant est de préférence
de C9 à C14.
Les résultats précités ont été obtenus sur la base d'échantillons
d'acier X045, mais il est à la portée de l'homme de métier d'adapter les
paramètres de traitement en fonction du matériau utilisé, et suivre ainsi
l'enseignement précité.
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