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Anodisation – Chromage Dur – Nickelage Chimique
Lille (59 000) & Vire (14 500)
Nickelage chimique
Introduction
Les procédés de nickelage
Les procédés de nickelage
Procédés électrolytiques :
• Sulfate, Chlorure (WATT, WOOD)
• Sulfamate de nickel
• Fluo borate de nickel
Procédés Chimiques :
• Déplacement (dépôt sur aluminium)
• Réduction auto - catalytique
• hypophosphite de Sodium
• Diméthylamineborane, Borohydrures
• Hydrazine
Les dépôts de nickel chimique
Ni
PC Si
PTFE
PurBFe
MoW
P
CuFeW
Sn
Cr Pd Zn
Mn
Fe
Co
Historique et évolution
Pourquoi utiliser les dépôts de nickel chimique ?
� Dépôt uniforme quelque soit le profil de la pièce
� Résistance à la corrosion excellente
� Dureté élevée adaptable aux surfaces antagonistes
� Résistance à l ’usure et à l ’abrasion
� Légèrement autolubrifiant
� Dépôt apte au soudage ou à la brasure
� Dépôts conducteurs
� Propriétés magnétiques adaptables
� Barrière de diffusion
� Brillance adaptable
� Remplacement du chrome dur sur formes complexes ou inaccessibles
� Élimination d ’opérations de finition
Bain de nickel chimique
• Vitesse de dépôt : 5 à 25 µm / h
• Surface traitée : 0,05 à 2,5 dm² / l
•Température : 65 à 95°C
• Bains acides ou alcalins
Tampons
Complexants
Réducteurs
Ions Ni
Stabilisants
Additifs
Macro Constituants
Micro Constituants
2+
La réaction globale
Ni°(P) + 3 Na+ + 3H2PO3- + SO4
2- + 2 H2 + 2 H+
NiSO4 + 3 NaH2PO2 + 3H2O
Sulfate
de NickelHypophosphite
de SodiumEau
T = 65 à 95°C
pH = 4.5 à 5.5
Catalyseur
Alliage
Nickel-PhosphoreOrthophosphite Hydrogène AcidificationSulfateSodium
Traitements thermiques après nickelage
ISO 4527
Température DuréeAdhérence
/ Acier 200 - 220°C 1 - 1.5 h/Aluminium 120 - 170°C 1 - 1.5 h/Cuivre 180 - 200°C 1 - 1.5 h/Titane 270 - 290°C 10 h
Déshydrogénation 190 - 220°C 8 - 24 hDureté 400°C 1 hRésistance à l ’usure / Diffusion 650°C 2 h
Température< 300°C : atmosphère air> 300°C : atmosphère contrôlée (Azote 90% - Hydrogène 10%)
Désignation des dépôts : ISO 4527
Résistance à la corrosion
Le comportement des dépôts de Nickel Chimique vis à vis de la résistance à la corrosion a été
évalué dans de nombreux milieux :
� Eaux
� Acides minéraux
� Acides organiques
� Bases minérales
� Sels minéraux en solution
� Hydrocarbures et dérivés
� Alcools, aldéhydes, cétones, esters
� Résines et matières plastiques
� Produits alimentaires
� Produits industriels et domestiques
Comportement des dépôts
Résistance à la corrosion
� Nature du substrat
� Etat de surface
� Gamme de préparation
� Teneur en Phosphore
� Epaisseur du dépôt
� Maintenance du bain
� Traitements thermiques
Les paramètres influents :
Résistance à la corrosion
Un dépôt de nickel Chimique est une couche étanche de
structure amorphe qui protège le métal de son environnement.
Structure amorphe
Echelle des potentiels:
Résistance à la corrosion
Au / Au + = + 1.68 V
Ag / Ag 2+ = + 0.80 V
Cu / Cu 2+ = + 0.34 V
H2 / 2H + = 0
Pb / Pb 2+ = - 0.12 V
Ni / Ni 2+ = - 0.23 V
Cd / Cd 2+ = - 0.40 V
Fe / Fe 2+ = - 0.44 V
Cr / Cr 3+ = - 0.74 V
Zn / Zn 2+ = - 0.76 V
Al / Al 3+ = - 1.67 V
2 Types de Protections :
Acier : anode
Nickel : cathode
Zinc : anode
Acier : cathode
Protection "anodique" par un dépôt plus électronégatif(dépôt sacrificiel se détruisant progressivement)
Protection "cathodique" par un dépôt plus électropositif(le revêtement inerte protège de façon étanche)
La protection dépend ici de l’épaisseur du dépôt
La protection dépend ici de l’étanchéité du dépôt
Résistance à la corrosion
Si présence Piqûre
1000
200
Bas %P Moyen %P Haut %P Dépôts
Epaisseur
10 µm40 µm
B S neutre / Substrat : acierPremier point de corrosion (h)
Influence de la teneur en Phosphore :
Résistance à la corrosion
Sans1 h 400 °C
1000
200
Bas %P Moyen %P Haut %P
Dépôts (40 µm)
Traitement thermique
Influence du traitement thermique:
Résistance à la corrosion
B S neutre / Substrat : acierPremier point de corrosion (h)
1000
200
Chrome dur40 µm
B S neutre / Substrat : acierPremier point de corrosion (h)
Ni P 10 - 12 %40 µm
Duplex20 + 40 µm
Duplex Nickel Chimique + Chromage dur
Résistance à la corrosion
Dureté
Dureté comparative des dépôts:
Dureté
HV 0.1
Tel que
1H / 400°C
Dureté comparative des dépôts, influence TTh:
Dureté
550
580
660
880
950
770
600
500
550
600
650
700
750
800
850
900
950
1000
0 100 200 300 400 500 600
HV
HV 0.1
T.Th °C
Influence de la température du TTh:
Dureté
500
600
700
800
900
1000
0 4 8 12 16 20
HV 0.1
Durée duT.Th (h)
400°C
340°C280°C
260°C
230°C
200°C
Influence de la durée du TTh:
Dureté
Usure
µ est le rapport de la force tangentielle (R) qui s'oppose au mouvement entre deux corps à la force normale (N) qui les appuie l'un sur l'autre :
µ = R/N
Il dépend de :
� La nature des matériaux,
� La géométrie, la rugosité (et sens de l'usinage),
� La dureté, la structure,
� La charge, la vitesse, le rayon de courbure,
� Le niveau vibratoire,
� La lubrification.
Coefficient de frottement:
Usure
Sans lubrifiant Lubrifié
Nickel / Acier Grippage 0.20
Ni P / Acier 0.38 0.21
Ni P / Fonte 0.16 0.08
Ni P / Nickel Grippage 0.26
Ni P / Chrome 0.43 0.30
Ni P / Ni P 0.45 0.25
Chrome / Acier 0.21 0.15
Chrome / Chrome 0.43 0.26
NiP : moyen P% / Sans T.Th
Coefficient de frottement:
Usure
Les différentes formes d’usure :
ABRASIVE FRETTING(Corrosion de contact)
EROSIONFATIGUE
ADHESIVE
Usure
Le mouvement provoque un déplacement de matière puis son arrachement parcisaillement et formation de micro copeaux.
Particules abrasives
Debris
Entailles
Mouvement
L'usure abrasive est causée par l'interaction des aspérités desurface ou des particules dures qui se logent entre les 2 surfaces.
Usure
Usure abrasive
Mouvement rotatif de meulesabrasives (CSi) sur un disque revêtudu dépôt à tester
L'indice de TABER correspond à laperte de poids du disque après 1000tours.
Usure abrasive, test de Taber
Usure
Indice d'usure : mg de perte de poids / 1000 cycles
Tel que
1H / 400°C
Usure abrasive, test de Taber
Usure
Test d’usure adhésive de Falex 1:
P
P
� L’arbre (tournant) est revêtu dudépôt
� Les mâchoires sont en acier750Hv
� L'assemblage est lubrifié
Usure
Usure : mg
Test d’usure adhésive de Falex 1:
Usure
Usure : mg de perte de poids / 650 h Charge = 90Kgf - Ep = 20 µm
Test d’usure adhésive de Falex 2:
Cr arbre total NiP550 arbre total NiP850 arbre total
Usure
Usure par fretting
Les débris métalliques restent en contact des 2 surfaces, réduisent la lubrification, causent un grippage et s'oxydent (poudre rouge et / ou noire).
Vibration
debris
Les surfaces usées par le fretting apparaissent polies.
L'usure par fretting (ou corrosion de contact) est causée par des vibrations ou des oscillations entraînant des micro mouvements.
Usure
Test d’usure par fretting:
P
750 µm / 25 Hz
Dispositif à mouvement alternatif
La broche est usinée en alliage "base nickel" (Hastelloy : Ni, Cr 22, Fe 6).On compare la résistance à l'usure de la semelle revêtues ou non des dépôts à tester(application aéronautique réalisée à 550 °C sous 7 bars).
Usure
Usure : mg / 20 h
Broche en Hastelloy frottant sur une semelle dont on mesure la perte de poids
Dispositif à mouvement alternatif
Usure
Test d’usure par fretting:
L' usure par fatigue est due à la répétition de phénomènes cycliques (roulements, engrenages) qui provoquent la formation de fissures internes ou externes.Des piqûres apparaissent alors et des fragments de matière sont arrachés
Forte chargerépétitive
Fissuration surfacique et subsurfacique
Mouvementcyclique
Fragment arraché
Usure par fatigue
Usure
L'usure par érosion est produite par des particules dures, portées par un liquide ou un gaz, elles heurtent la surface et l'endommagent. Il résulte une usure abrasive,
P
Usure par érosion
Usure
Dépôt de NiP = 25 µm
Angle d'incidence = 20° - Taille des particules d'alumine = 20 µm - P = 2 bars
Test d’usure par érosionComparaison des résistances au jet d’alumine
Usure
Choix du type de dépôt de Nikel Chimique :
Type d'usure
Type de dépôt
Bas P% Moyen P% Haut P%
Ss TTAvec
TTSs TT
Avec TT
Ss TTAvec
TT
ABRASION A A B B C B
ADHESION A A B B C B
FRETTING A A B B B B
EROSION A A B B B B
FATIGUE A A C B C B
CORROSION C C B C A B
A : Excellent
B : Bon
C : Moyen
Usure
Nickel BAS
phosphore
Nickel MOYEN
phosphore Nickel HAUT phosphore
sans Traitement
Thermique
sans Traitement
Thermique
sans Traitement
Thermique
+T.T de durcissement
(290°c) + T.T de diffusion(610°c)
Protection corrosion200 Heures au
Brouillard.Salin200 Heures au B.S
Jusque 1000 Heures
au B.S200 Heures au B.S 1000 Heures au B.S et +
Dureté 700 à 750 Hv 500 à 550 Hv (vickers) 500 à 550 Hv 850 Hv (± 65 Hrc) Mini 700 à 750 Hv
Adhérence du dépôt Très bonne : comparable en tous points un dépôt électrolytiqueLiaison parfaite, fusion partielle
avec le substrat
Résistivité électrique > 75 µohm-cm75 µohm-cm
(conductibilité > cuivre)< 75 µohm-cm Décroît avec T.T > à 260°c Décroît avec T.T > à 260°c
Susceptibilité
magnétiqueFaible environ 4% Faible environ 4% < 4%
Augmente avec T.T> à
260°cAugmente avec T.T> à 260°c
Couleur Inox Inox InoxCuivré ou Inox avec T.T.h
en Atmosphère contrôlée
Vert marbré ou Inox avec T.T.h
en Atmosphère contrôlée
Aspect Brillant, Satiné ou Mat selon rugosité du support
Epaisseur du dépôt De 3 à 100 µ (épaisseur supérieure sur demande)
Adaptabilité Toutes pièces de formes même très complexes : protection totale ou partielle
Capacités maximums 2000 x 1000 x 900 mm (Poids 1500 Kgs)
Nuance du support Tous types de métaux : acier carbone et inoxydable , aluminium et ses alliages , cuivre et ses alliages , fontes.
Coefft de frottement Diminution de 30% (comparaison établie entre acier / acier et nickel chimique / acier)
Régularité l’épaisseur Parfaite (au micron près)Rugosité Ne modifie pas la rugosité (Ra) initiale du substrat
Soudabilité Brasure base argent ou étain plomb : bonne / Soudure à l’arc ou chalumeau : déconseillée
Densité 7.8-8.0 grs / cm3
Température de fusion 860-880°c
Conductibilité
thermiqueBonne barrière thermique : 0.0105 à 0.0135 Cal / cm / sec / °c
Caractéristiques
Nickel Téflon ®
Formation d'un film de lubrifiant sec (Structure linéaire anti adhésive):
• Coefficient de frottement : 0,01 à 0,2 (soit -50 à -90%)
• Taille des particules : 0,3 à 0,5 µm
• Taux de particules: 11 à 30 % en volume (1 à 12% en poids)
• Dureté : 200 / 500 HV
• Stabilité thermique : < 325 °C
• Epaisseur : duplex 5µ NiP + 5 à 25 µ NiP+PTFE
DÉPÔT COMPOSITE : dispersion de PTFE dans une matrice de nickel-phosphore
Nickel Téflon ®
Ni
PPTFE
Les particules de PTFE sont réparties de façon
homogène dans la matrice de Nickel Phosphore
Nickel Téflon ®
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0 2 4 6 8 10 12 14
Coe
ffici
ent o
f Fric
tion
(u)
% en poids de PTFE dans le dépôt
ptfe 1µ
ptfe 0,3/0,5µ
Coefficients de Frottement:
Nickel Téflon ®
Duretés :
Sans TTAvec TT
Nickel Téflon ®
• Outillage et moules pour injection matières plastiques
• Cylindres pneumatiques et hydrauliques
• Distribution d’eau : buses, jet
• Eléments de ceinture de sécurité
• Rails de guidage
• Connecteurs spéciaux
• Eléments de coupe-circuits
• Visserie
Applications industrielles :
Tenue Corrosion:
• Couche superficielle 5 – 15 µm (avec sous-
couche haut phosphore recommandée)
• Augmentation tenue en corrosion (par
effet hydrophobe)Test 500 h BS
Nickel Téflon ®
Usine de Vire (anodisation)1, Rue de l’Industrie14 500 VIRE02 31 09 02 96
Usine de Lille (Nickel, Chrome)2, Rue de la Prévoyance59 000 LILLE03 20 53 74 55
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