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Nitruration plasma : quels avantages ?

La nitruration plasma ou nitruration ionique, représente un phénomène physique qui consiste à ioniser de l’azote pour générer la formation d’une “gaine” à la surface des pièces, le plasma. Cette méthode de traitement thermique sert avant tout à augmenter la résistance des pièces à l’usure, à l’abrasion, à la fatigue, au grippage, mais aussi par conséquence à améliorer leur dureté. La nitruration ionique présente plusieurs avantages et se révèle beaucoup moins énergivore que les autres techniques, notamment, car elle peut se dérouler à température très basse. Il s’agit donc d’un procédé à la fois économique et écologique.

Qu’est-ce que la nitruration plasma ?

Aussi connue sous le nom de nitruration ionique, la nitruration plasma se révèle très efficace pour augmenter la dureté de la surface des pièces métalliques en acier, tout en améliorant leur résistance à l’usure, au frottement, à la fatigue, à l’abrasion et au grippage. 

Ce procédé physico-chimique consiste à ioniser un gaz, un phénomène assez similaire au fonctionnement des néons. Pour provoquer la réaction nécessaire à l’apparition de lumière, le gaz néon passe entre une anode et une cathode, afin d’être ionisé puis de subir une décharge électroluminescente. 

Dans le cas d’une nitruration plasma, l’azote est ionisé entre une anode et une cathode, c’est-à-dire qu’il passe de la forme de simple molécule N2 à celle de deux ions chargés positivement, N+, et de deux électrons. Ce phénomène électromagnétique peut se dérouler à température ambiante, car l’azote moléculaire commence à se décomposer dans le plasma dès 20 degrés Celsius.

3 méthodes de nitruration plasma

En réalité, la nitruration plasma pratiquée dans le groupe THERMI-LYON recouvre trois procédés différents : 

• le plasma direct ;
• la technique du chauffage additionnel ;
• l’ASPN. 

La première méthode reste la plus traditionnelle et consiste à appliquer du plasma à la surface de la pièce. Ce plasma permet à la fois le chauffage de la pièce et la production des ions azote.
Le chauffage additionnel implique de séparer le bombardement ionique pour ioniser l’azote et le chauffage de l’élément à traiter. Dans ce contexte, la pièce n’est donc pas réchauffée par le bombardement lui-même, mais de manière indépendante. 

Enfin, l’ASPN, pour Active Screen Plasma Nitriding, représente un système dit post-décharge, où le plasma n’est pas appliqué à même le matériau, mais sur un écran. Cette technique limite les risques liés au plasma à même la pièce comme l’apparition d’arcs électriques ou de différences de formes de pièces.

Pourquoi recourir à la nitruration ionique ?

La nitruration plasma présente l’avantage non négligeable de se dérouler à une température très basse. De ce fait, ce procédé consomme uniquement de l’électricité, et ce, en moindre quantité par rapport à d’autres traitements chimiques. De plus, cette technologie semble parfaitement convenir aux pièces à géométrie complexe avec épargne de traitement, car de simples caches métalliques suffisent à empêcher le traitement de certaines zones spéciales.

Une technologie moins énergivore

Dans la mesure où l’azote peut commencer à se décomposer en plasma dès 20 degrés Celsius, le processus de nitruration ionique peut avoir lieu dans une atmosphère à température plus faible que les autres techniques. Par exemple, tandis que la nitruration gazeuse se passe dans des milieux chauffés à plus de 500 degrés, certains aciers peuvent être nitrurés autour de 400 degrés grâce à la nitruration plasma. 

Cette méthode se déroule dans une atmosphère sous vide et utilise, de fait, peu de gaz process. En moyenne, on estime que la nitruration ionique consomme environ 10 fois moins de gaz process que les autres traitements thermiques sous atmosphère, ce qui en fait une solution particulièrement économe, tant pour le portefeuille que pour l’environnement. En effet, consommer moins implique également de rejeter moins, la nitruration plasma paraît donc plus éco-friendly que certains autres procédés nécessitant une très haute température ou une quantité de gaz process plus importante. La nitruration ionique n'utilise pas non plus de substances chimiques .

Une solution idéale pour les pièces à géométrie complexe avec épargne

En plus de représenter une solution plus économe en énergie, la nitruration plasma convient tout à fait aux pièces dotées d’une géométrie spécifique. En effet, puisqu’il s’agit d’un phénomène électromagnétique, les zones à préserver du traitement peuvent être simplement recouvertes par des caches métalliques. Par exemple, dans le cas d’un trou taraudé sur une pièce à traiter, une vis bouchant l’ouverture permet d’éviter que l’intérieur ne soit nitruré lors du processus. 

Cette solution paraît beaucoup plus simple à mettre en place que son équivalent dans le contexte d’une nitruration gazeuse, où les zones à préserver doivent être enduites d’une peinture spéciale, appliquée à la main . En revanche, pour traiter des pièces aux dimensions parfois imposantes, il convient de se munir de fours adaptés, c’est pourquoi Thermi Lyon possède, sur son site lyonnais, un four de 6 mètres de long, destiné à accueillir les pièces de grande taille.

La nitruration plasma possède de nombreuses vertus et améliore la résistance des matériaux à l’usure, à la fatigue, au grippage et à l’abrasion tout en augmentant leur dureté. Elle consomme nettement moins d’énergie que la plupart des autres traitements thermiques et s’avère donc plus économe, tant pour les budgets que pour la planète. De plus, elle permet de traiter facilement les pièces à géométrie complexe ne nécessitant pas l’application d’un traitement global. Cette méthode s’emploie de plus en plus dans les secteurs de l’aéronautique, notamment, car elle rend possible la nitruration d’alliages en inox. On la retrouve aussi beaucoup en pignonnerie et dans les machines agroalimentaires, qui travaillent dans des milieux très abrasifs.