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Traitement thermique et nitruration ionique

Objectif : Résistance à la fatigue, à l’usure, et au grippage

La nitruration est un traitement thermochimique qui consiste en une diffusion d’azote atomique N à la surface des pièces en acier, préalablement traitées par trempe et revenu. 

L’insertion d’azote N dans l’acier (ou N et C pour le traitement de nitrocarburation) et la formation de nitrures avec les éléments d’alliage de l’acier provoquent un durcissement de surface. Cette transformation résulte en une couche nitrurée de grande qualité, offrant une dureté comprise entre 750 et 1100 HV, adaptée notamment pour les applications industrielles où la résistance à la fatigue et à l’usure sont cruciales.

La nitruration ionique, en particulier, utilise un processus où les ions d’azote sont accélérés et bombardent la surface métallique dans un milieu sous vide ou gazeux, réalisé à une température de traitement contrôlée. Ce procédé permet d’atteindre une plus grande uniformité de la couche de diffusion par un meilleur décapage ionique et une épaisseur de la couche optimisée pour chaque application spécifique. Les avantages comprennent une amélioration notable de la résistance mécanique et de la durabilité des pièces traitées, rendant cette technique particulièrement prisée dans la plupart des secteurs de la mécanique.

Cette technologie est particulièrement bien adaptée lorsque des épargnes de traitement sont nécessaires.

Le processus de nitruration ionique dans le groupe Thermi Lyon

La nitruration ionique est réalisée en four sous vide par un flux contrôlé de gaz actifs, dissociés par plasma.

Mise sous vide de l’enceinte du four

Au préalable les pièces sont soigneusement lavées dans des machines dédiées. La nitruration ionique est effectuée dans un four sous vide avec un environnement dénué d’air pour éviter la contamination par des éléments extérieurs comme l’oxygène. Cette étape préliminaire assure que le milieu reste neutre et propice à une nitruration de qualité supérieure.

Injection du gaz

L’injection du mélange gazeux actif, sous pression réduite, est soigneusement contrôlée pour maintenir un débit massique optimal. Ces gaz, souvent un mélange d’azote ou d’hydrogène, sont utilisés pour faciliter la formation d’azote atomique en surface du métal.

Création d’un plasma

La création d’un plasma ionisant l’atmosphère du four permet de créer des ions azote et participe au décapage et au chauffage des pièces. Les fours modernes, souvent équipés d’un chauffage additionnel par résistances ou grille active, optimisent ce processus pour atteindre les températures nécessaires sans surchauffer le matériau.

La couche nitrurée comporte :

en surface, une couche de combinaison, souvent appelée couche blanche, de 5 à 25 µm où l’azote est combiné sous forme de nitrure de fer (γ, ε ou γ +ε) conférant une très grande dureté. Cette couche favorise le glissement, augmentant ainsi la résistance à l’usure et au grippage.

une couche de diffusion sous-jacente, de profondeur généralement comprise entre 0.1 à 0.5 mm, qui assure une bonne résistance à la fatigue et renforce également la résistance à l’usure. La composition et l’épaisseur de cette couche dépendent de la nuance d’acier et des paramètres de traitement spécifiques utilisés.

Refroidissement

À la fin du cycle de diffusion, le refroidissement est réalisé par circulation forcée de gaz neutre, tel que l’azote, pour assurer un refroidissement uniforme et contrôlé. Tous les paramètres du traitement, incluant la température, le temps, les débits massiques et les caractéristiques du plasma, sont rigoureusement gérés par un système informatique avancé.

    Les spécificités et avantages d’une nitruration ionique

    La nitruration ionique possède de nombreux avantages pour tout type de pièces en acier et inox, particulièrement celles soumises à l’usure, au grippage, et à la fatigue.

    résistance à la fatigue

    Amélioration de la dureté superficielle

    Pour les pièces très sollicitées mécaniquement, la nitruration est un traitement thermique recommandé. Ce processus améliore la dureté superficielle et la résistance à la corrosion, dans le cas d’une post-oxydation, tout en augmentant la durée de vie des matériaux traités.

    déformations limitées

    Une température de traitement basse

    Grâce à la température de traitement modérée, de l’ordre de 500°C, les déformations des pièces sont minimisées, ce qui est crucial pour maintenir la géométrie précise de vos composants. Ce niveau de contrôle est particulièrement important pour les pièces en acier inoxydable et autres alliages spéciaux.

    traitement sur pièces finies

    Pas de reprise d’usinage nécessaire

    La nitruration ionique peut être réalisée sur des pièces à l’état trempé – revenu, à la cote finale, ou avec une faible surépaisseur de rectification. Cette caractéristique rend la nitruration ionique idéale pour des applications finales où la précision dimensionnelle est critique. Dans certains cas, il sera nécessaire de réaliser au préalable une stabilisation sur ébauche ou prévoir une légère surépaisseur d’usinage.

    Polyvalence

    Dans le choix de la nuance d’acier

    La nitruration ionique s’applique à toutes nuances d’acier, y compris les aciers inoxydables, offrant une solution adaptée à une large gamme de besoins industriels. Cette méthode est adaptée à diverses applications sans compromettre les propriétés mécaniques essentielles.

    epargne

    Traitement localisé possible

    La facilité et la fiabilité de l’épargne par caches métalliques lors de la nitruration ionique permettent une protection efficace des zones spécifiques contre la nitruration, assurant ainsi que seulement les surfaces désirées soient traitées. Cette technique est particulièrement utile pour des pièces complexes où certaines zones doivent rester sans traitement pour des raisons fonctionnelles ou de montage.

    Informations à communiquer pour étude et commande

    • Plan de la pièce (avec éventuellement : zone à protéger).
    • Nombre de pièces par envoi et par an.
    • Nature de l’acier : appellation normalisée (ou commerciale)
    • Spécification des couches à réaliser (avec surépaisseur d’usinage éventuellement prévue).
    • Traitements antérieurs (prétraité, trempé revenu, stabilisé, recuit).

    Demandez un devis

    secteurs d’activités concernés

    Applications type : cames, vis d’extrusion, outillages, glissières, engrenages et toutes pièces en acier inoxydable

    Nos différentes documentations

    Les revêtements PLATiN®PREMIUM pour l’outillage de mise en forme – Thermi-Lyon

    Nos revêtements PLATiN® pour usinage

    Notre revêtement Pink titanium

    Le processus de nitruration ionique

    La nitruration basse pression

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    Notre FAQ

    Qu’est ce que le dépôt sous vide ?

    Le dépôt sous vide est un traitement de surface permettant de déposer un matériau ou alliage sur une pièce mécanique.

    Le fait d’utiliser une technologie sous vide permet d’avoir un procédé parfaitement propre et non polluant.

    Il n’est pas soumis à la législation REACH.

    Quels avantages offre la technique PVD?

    Ce procédé permet d’augmenter très fortement la résistance à l’usure, à l’abrasion, aux frottements et à la corrosion. Ainsi la durée de vie des composants est fortement augmentée.

    Les épaisseurs standard sont de l’ordre de 3µm et le dépôt est réalisé sur pièces finies

    Quelle est la différence entre PVD et PACVD?

    L PVD est un dépôt physique en phase vapeur. L’élément à déposer est obtenu par évaporation ou par pulvérisation via un procédé physique. Le PACVD est un dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma. L’élément à déposer est obtenu à partir de réactions chimiques. Le plasma permet d’obtenir cette réaction chimique à plus basse température

    Quelles sont les applications industrielles du dépôt sous vide?

    Les dépôts sont vide sont classés en plusieurs catégories: anti usure, frottement, décoratif et biocompatibilité. Les applications sont donc très variées: composants automobile, aéronautique, outillage, outils coupants, dispositifs médicaux, pièces décoratives…

    Comment choisir la méthode de dépôt appropriée?

    La méthode de dépôt dépend avant tout de la nature du revêtement à déposer et du substrat.

    Si le substrat ne peut pas être chauffé à haute température, le dépôt devra être réalisé à partir d’une technologie basse température.

    Si le  revêtement à déposer est constitué d’un élément solide (cible en métal ou en graphite)un procédé physique type PVD est utilisé. Si celui-ci est constitué d’un gaz ou d’un liquide un procédé chimique est utilisé type CVD ou PACVD

    Quel est le but de la cémentation ? 

    Incorporer sous la surface de la pièce en acier du carbone afin d’améliorer la résistance à la fatigue et à l’usure en surface tout en conservant de bonnes propriétés mécaniques à cœur.

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    Notre équipe dédiée répond à tous projets en nitruration ionique.

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