Actualités

Pour quels métaux utiliser des traitements thermochimiques ?

Les traitements thermochimiques ont pour but de modifier les propriétés des pièces en métal grâce à la diffusion en surface de certains atomes. En effet, diffuser de l’azote, du carbone, du bore,de l’oxygène  ou encore du soufre à la surface de ces pièces peut grandement renforcer leur résistance à l’usure, au frottement, à la fatigue mécanique et thermique ou encore à la corrosion. Il existe aujourd’hui une grande variété de traitements thermochimiques, de la nitruration à la cémentation en passant par la sulfuration, et tous ne conviennent pas à n’importe quel matériau. Adaptés à certains types d’aciers ou d’alliages, ces procédés doivent faire l’objet d’une sélection méticuleuse avant d’être appliqués.

Qu’est-ce qu’un traitement thermochimique ?

Un traitement thermochimique implique, comme le préfixe -thermo le laisse entendre, de jouer sur la température d’un milieu pour provoquer une réaction chimique spécifique selon la nature des gaz qui composent l’atmosphère de traitement. En d’autres termes, ce procédé consiste à créer une  diffusion d’atomes à la surface des pièces métalliques grâce à une réaction chimique générée à une certaine température à l’intérieur du four. Les pièces à traiter sont alors placées dans des milieux chauffés à des températures extrêmement variables, allant de 400 à 1 000 degrés Celsius. En fonction des propriétés recherchées, différents éléments chimiques peuvent être diffusés à la surface des pièces : azote, carbone, soufre, oxygène ou encore bore pour les principaux.

Un traitement thermochimique peut poursuivre différents objectifs : amélioration de la résistance des métaux face à la fatigue, à l’usure, aux frottements ou encore à la corrosion. Cependant, ces solutions ne s’appliquent pas à tous les métaux, mais seulement à des familles d’aciers bien définies. Pour commencer, les aciers faiblement alliés, composés à moins de 5 % d'éléments d'addition, le chrome, par exemple, ainsi que les aciers hautement alliés peuvent en bénéficier. De même,certains aciers inoxydables ,superalliage base nickel et les alliages de titane peuvent faire l’objet de traitements thermochimiques. En pratique, ces solutions s’emploient dans la plupart des domaines industriels, notamment l’aéronautique, l’automobile, les sports et loisirs, le médical ainsi que l’agroalimentaire.

Les traitements thermochimiques pour les surfaces des pièces en acier

En pratique, la résistance à l’usure et à la corrosion d’un acier mais aussi sa dureté dépendent avant tout de sa teneur en carbone et de sa composition chimique, ainsi que de sa structure cristalline. Il paraît donc assez logique de jouer sur la diffusion d’atomes complémentaires pour renforcer ces propriétés. Cependant, les procédés évoqués plus haut restent des traitements thermochimiques de surface, qui agissent au niveau de la couche superficielle des pièces et non à cœur. Pour un traitement dans la masse, il semble plus avisé de privilégier la trempe et le revenu, par exemple.

Exemples de traitements thermochimiques courants

Il existe donc une multitude de traitements thermochimiques différents sur le marché qui se distinguent, entre autres, par leur composition particulière et par leurs effets sur les métaux. Parmi les plus connus figure notamment la cémentation, qui consiste à diffuser du carbone à la surface des pièces de métal, et la nitruration, où cet élément chimique est remplacé par de l’azote. 
La cémentation sert notamment à augmenter la dureté des pièces ainsi que leur résistance à l’usure et à la fatigue. La nitruration, quant à elle, remplit des objectifs similaires, consolide la résistance du métal aux frottements et à la corrosion et convient  aux pièces à géométrie spécifique, nécessitant des zones traitées et d’autres, non traitées sans oublier l’intérêt de sa température de traitement plus faible,limitant ainsi fortement les déformations.La nitruration peut s’appliquer également pour les alliages comme le TA6V, par exemple, constitué de titane, d’aluminium et de vanadium.

Certains traitements thermochimiques associent justement ces deux éléments chimiques : la carbonitruration, qui consiste à diffuser une part importante de carbone et une plus faible quantité d’azote, et son opposé, contenant une majorité d’azote, la nitrocarburation. Ce dernier procédé s’utilise, par exemple, sur certaines pièces de fer pur, un matériau apprécié pour ses propriétés amagnétiques mais s’usant très vite dans les composants électroniques.

Pour conférer aux pièces un meilleur coefficient de frottement, il s’avère également possible d’appliquer un traitement thermochimique à base de soufre. On parle alors de sulfuration. Cet élément chimique peut d’ailleurs se voir associé à l’azote, il s’agit alors de la sulfonitruration. Dans certains cas, les trois atomes peuvent aussi fonctionner ensemble, on applique alors un traitement appelé sulfonitrocarburation, qui associe le soufre, l’azote et le carbone. Enfin, l’une des variantes consiste à utiliser du bore, dont les effets se révèlent similaires à ceux de l’azote et du carbone. On parle alors de boruration.
Il est également possible de réaliser des traitements thermochimiques sur acier inoxydable  (THERMI SP et THERMI SNT).Ce sujet sera développé dans un article spécifique.

Les traitements thermochimiques offrent de nombreuses possibilités pour décupler les performances des pièces de métal, à commencer par l’amélioration de leur résistance à l’usure, à la fatigue et à la corrosion et même l’augmentation de leur durée de vie. Ces procédés ne s’appliquent toutefois qu’à certains matériaux : aciers hautement ou faiblement alliés, aciers inoxydables et alliages de titane. En diffusant des atomes d’azote, de carbone, de soufre d’oxygène ou de bore à la surface de ces pièces, les traitements thermochimiques jouent un rôle déterminant pour la qualité finale des produits.