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Quelques exemples d'applications

Nitruration ionique

 

1) Principe de base :
Il s’agit d’un traitement de surface sous vide par diffusion thermochimique généralement d’azote à des températures qui varient de 400 à 600°c pour les aciers voire plus pour les alliages non ferreux (600 à 900°c pour les alliages titane).

2) Propriétés générales des nitrurations ioniques :
- Augmentation de la dureté et de la résistance à l’usure sur des profondeurs maxi de 1 mm (pour des temps de cycle > 100 heures).
- Augmentation de la résistance en fatigue (contraintes de compression).
- Amélioration de la résistance à la corrosion des aciers de construction sous certaines conditions de process.


Pièces en cours de nitruration ionique

Nitruration par écran actif
3) Evolutions technologiques :

Dans un réacteur classique, équipé d’une enveloppe froide (6) et d’une turbine (1 et 10) pour un refroidissement accéléré, les pièces à traiter sont posées sur un plateau soumis à un potentiel cathodique, les parois de l’enceinte étant au potentiel anodique. Sous vide (10-1 à quelques mbars), après application d’une tension (300 à 1000 V), il se produit une décharge luminescente sur les surfaces cathodiques et la formation d’un plasma froid autour des pièces à traiter. L’envoi d’azote dans le réacteur (2) permet d’alimenter le plasma en espèces qui vont diffuser dans les pièces dès que la température sera suffisante (le chauffage étant dans ce cas assuré uniquement par la puissance plasma sur les pièces).
Dans les dernières technologies (schéma ci-contre), le plasma est appliqué par deux sources distinctes : une source puissante (3) sur un écran dit actif (4), qui permet de chauffer les pièces par rayonnement et alimente la surface à traiter d’espèces diffusantes, et une source plus faible (9) qui assure une activité plasma minimum sur les pièces à traiter (7).

4) Les nouveaux débouchés des nitrurations ioniques :

- Diffusion d’éléments autre que l’azote.
- Traitement des aciers inoxydables avec conservation de la résistance à la corrosion.
- Traitement des alliages non ferreux : bases nickel, cobalt ou titane.
- Association du traitement avec des dépôts fonctionnels obtenus par PVD ou PACVD : couches à gradient de propriétés.

Implant de genou en titane nitruré


5) Caractérisation de couches de nitruration ionique dans les aciers

Techniques usuelles :

  • Structure et microstructure par microscopie optique et électronique
  • Diffraction X pour déterminer les phases nitrurées et contraintes de compression
  • Microduromètre Vickers pour les filiations de dureté dans la couche de diffusion
  • Spectromètre à Décharge Luminescente pour les profils de diffusion des éléments azote et carbone

Couche de combinaison poreuse de nitrure de fer ε au MEB
dans un acier recuit – Favorise le frottement et diminue
l’usure - Source : EMTT

Couches de combinaison et de diffusion sur acier
trempé-revenu en microscopie optique : Favorise la tenue
à la fatigue - Source : EMTT


Filiation de dureté Vickers
Forte augmentation de la dureté en surface - Source : EMTT
Profil SDL quantitatif de diffusion d’azote et de carbone
sur acier trempé revenu (en µm)

 

 
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