Matériaux de finition

La finition est réalisée pour obtenir une caractéristique souhaitée de finition de surface d’une pièce fabriquée. Les finitions de surface les plus courantes répondent à des caractéristiques esthétiques, mais souvent, elles visent à modifier les propriétés d’adhésion, de soudage, de résistance, de dureté, de conductivité électrique ou même de contrôle de la friction.

Un large éventail de matériaux de finition peuvent être appliqués aux différents procédés de finition, y compris l’anodisation, le revêtement par immersion, l’électroplastie, le polissage électrolytique, le dépôt sans courant, le thermolaquage et la pulvérisation.

L’anodisation vise à augmenter l’épaisseur des couches d’oxyde naturelles sur la surface des pièces métalliques. La passivation électrolytique est le processus utilisé dans l’anodisation, qui vise à obtenir un ensemble souhaité de propriétés, notamment la résistance à la corrosion et à l’usure, une meilleure adhésion de la peinture et de la colle et des effets esthétiques.

L’anodisation est particulièrement avantageuse pour obtenir un revêtement beaucoup plus fin que la peinture ou la poudre. Celui-ci est extrêmement solide, dur, résistant à l’abrasion, durable, abordable, écologique, et il constitue un bon isolant électrique. De même, l’anodisation élimine l’écaillage tout en offrant une excellente protection contre la corrosion et une résistance à la décoloration.

Les principaux matériaux utilisés avec l’anodisation incluent : l’acide chromique, l’acide sulfurique et le revêtement métallique à anodisation dure.

Le procédé d’anodisation basé sur l’acide chromique est également appelé anodisation de Type I. Il s’agit également du plus ancien procédé d’anodisation à utiliser l’acide chromique. L’acide chromique produit des films opaques fins, de 0,5 μm à 18 μm, qui sont mous, ductiles et dans une certaine mesure, autoréparants. Ils sont plus difficiles à teindre et peuvent être appliqués comme prétraitement avant la peinture.

Le procédé d’anodisation basé sur l’acide sulfurique est la solution la plus largement utilisée et est appelé anodisation de Type II. Les revêtements d’une épaisseur moyenne de 18 μm à 25 μm sont généralement obtenus avec l’acide sulfurique.

Le processus d’anodisation basé sur l’augmentation de l’épaisseur est appelé anodisation de Type III. Le revêtement métallique à anodisation dure est généralement appliqué aux pièces industrielles soumises à une usure importante destinées à être utilisées dans des applications hautement corrosives ou à corrosion agressive. Il peut être d’une épaisseur de 25 μm à 150 μm. L’épaisseur d’anodisation augmente la résistance à l’usure, la résistance à la corrosion, la capacité à conserver les lubrifiants et revêtements au PTFE, et l’isolation électrique et thermique.

Le revêtement par immersion est un processus d’immersion, ou trempage, par lequel un substrat est recouvert d’une poudre en l’immergeant dans une solution de matériau de revêtement à une vitesse constante. Ce procédé industriel est adapté aux produits fabriqués en larges volumes comme les tissus enduits ou les prophylactiques ainsi que les revêtements spécialisés dans le domaine biomédical. De nombreux procédés de recherche en ingénierie chimique et nanomatérielle sont utilisés dans la recherche académique pour étudier l’utilisation du revêtement par immersion afin de créer des films de revêtement fins. Il est possible d’obtenir un film uniforme de qualité supérieure même sur les formes complexes, volumineuses à l’aide de la technique de revêtement par immersion.

Les matériaux principaux utilisés dans le revêtement par immersion incluent : la peinture élastomère et le revêtement en silicone.

La peinture élastomère est une peinture à l’eau avec un liant latex.

Les films de revêtement en silicone peuvent être appliqués à des substrats à base de silice comme le verre pour former un revêtement hydrophobique lié de manière covalente. De nombreux tissus peuvent être enduits ou imprégnés de silicone pour former un composite solide et étanche comme le silnylon.

L’électroplastie est adoptée par une grande variété d’industries, il s’agit d’un procédé de finition qui enduit les objets métalliques d’une fine couche d’un autre métal pour obtenir la propriété souhaitée que la pièce d’origine ne possède pas. Le procédé est appelé dépôt électrolytique. L’électroplastie vise à modifier les propriétés de la surface d’un objet comme la résistance à l’abrasion, l’usure ou la corrosion, la lubricité ou les qualités esthétiques. En outre, l’électroplastie est parfois réalisée pour augmenter l’épaisseur des pièces sous-dimensionnées ou pour former des objets par électroformage.

Les matériaux principaux utilisés avec l’électroplastie incluent : le cadmiage, le chromage, le cuivrage, la dorure, le chromage dur, le nickelage, le rhodiage, l’argenture, l’étamage, le dépôt électrolytique d’étain-plomb, le zingage et le dépôt électrolytique zinc-fer.

Le cadmiage offre un revêtement métallique robuste aux multiples fonctions. Le cadmium est un métal blanc mou qui, lorsqu’il est plaqué sur de l’acier, du fer forgé, du fer malléable, du cuivre et du métal fritté, se corrode avant le matériau substrat. Le cadmiage offre également une surface de liaison exceptionnelle pour les adhésifs, le rendant idéal pour une utilisation dans la fabrication des avions et dans les environnements iodés.

Le chromage distribue une fine couche de chrome sur un objet métallique, à des fins décoratives ou pour obtenir une résistance à la corrosion, une facilité de nettoyage ou augmenter la dureté de la surface.

Le cuivrage utilise l’électrolyse pour déposer une couche métallique solide et fine de cuivre sur la surface d’un objet.

La dorure distribue une fine couche d’or sur la surface d’un autre métal, le plus souvent du cuivre ou de l’argent (pour créer de l’agent plaqué or), par placage chimique ou électrochimique.

Le chromage dur, également appelé chrome industriel ou chrome d’ingénierie, est réalisé pour réduire la friction et pour améliorer la durabilité grâce à la tolérance à l’abrasion et la résistance à l’usure en général. En outre, il est réalisé pour minimiser l’éraillure ou le grippage des pièces, pour développer l’inertie chimique à un ensemble de conditions plus vaste (en particulier la résistance à l’oxydation), et pour renforcer le matériau des pièces usées afin de restaurer leurs dimensions d’origine.

Le nickelage distribue une fine couche de nickel sur un objet métallique à des fins décoratives, ou pour obtenir une résistance à la corrosion, une résistance à l’usure, ou pour renforcer les pièces usées ou sous-dimensionnées à des fins de récupération.

Le rhodiage est parfois utilisé sur l’or blanc, l’argent ou le cuivre et ses alliages. En premier lieu, une couche-barrière de nickel est généralement déposée pour empêcher la contamination du bain de rhodium qui dissout légèrement les métaux mentionnés ci-dessus à cause de l’acide sulfurique présent dans la composition du bain.

L’argenture distribue une fine couche d’argent sur un objet comme alternative économique à l’utilisation de l’argent solide. Exemples répandus d’argenture : instruments musicaux, couverts, divers récipients et chandeliers.

L’étamage est principalement adopté pour protéger les surfaces ferreuses et non ferreuses. Il est particulièrement utile dans l’industrie alimentaire, car il est non toxique, ductile et résistant à la corrosion.

Le dépôt électrolytique d’étain-plomb est principalement adopté pour la protection contre la corrosion et comme base pour le brasage. L’étain-plomb ne s’oxyde pas à l’air, et il est mou et très ductile. Sa couleur peut varier du gris mat au gris très clair.

Le zingage distribue une fine couche de zinc sur les objets métalliques pour empêcher l’oxydation en formant une barrière. Cette barrière agit comme une anode protectrice en cas de dommages.

Le dépôt électrolytique zinc-fer améliore la protection contre la corrosion par rapport au zinc seul. De même, il présente un dépôt uniforme et une lubricité, une ductibilité et une dureté supérieure.

Le polissage électrolytique est souvent désigné comme le procédé opposé de l’électroplastie, car le matériau est enlevé d’une pièce métallique au lieu d’être ajouté. Également désigné sous le terme de polissage électrochimique, anodique ou électrolytique, le procédé est utilisé pour polir, passiver et ébarber des pièces métalliques. Le polissage électrolytique applique une méthode scientifique par laquelle de la matière est enlevée par utilisation de courants électriques, d’oxydation et d’électrolytes.

Le polissage électrolytique est particulièrement avantageux avec l’acier inoxydable, car il supprime le fer de la surface, ce qui augmente par conséquent la teneur chrome/nickel pour obtenir un état de passivation supérieur. Il offre également une surface lisse et propre qui facilite la stérilisation et une apparence esthétiquement plaisante. En outre, il peut réduire la taille des pièces si nécessaire.

Les principaux matériaux utilisés avec le polissage électrolytique sont généralement des mélanges concentrés d’acide sulfurique et d’acide phosphorique, principalement adopté pour leur viscosité élevée. Cependant, des utilisations de perchlorates avec des solutions d’anhydride acétique et méthanoliques d’acide sulfurique sont également signalées. Ces mélanges sont également appelés solutions de polissage électrolytique.

L’acide sulfurique est un acide minéral dont la formule moléculaire est H2SO4. Il s’agit d’un liquide gluant incolore et inodore qui est soluble dans l’eau. Sa nature fortement acide le rend très corrosif. Il est également hygroscopique, c’est-à-dire qu’il absorbe rapidement la vapeur d’eau de l’air. Même à des concentrations moyennes, l’acide sulfurique est très dangereux lorsqu’il entre en contact direct avec la peau.

L’anhydride acétique, ou anhydride éthanoïque, est le composé chimique de formule (CH3CO) 2 O. Communément abrégé en Ac2O, il s’agit de l’anhydride isolable de plus simple d’un acide carboxylique et est largement utilisé comme réactif dans la synthèse organique. Il s’agit d’un liquide incolore qui sent fortement l’acide acétique, formé par sa réaction avec l’humidité de l’air.

L’acide phosphorique (également appelé acide orthophosphorique ou acide phosphorique [V]) est un minéral (non organique) et un acide faible de formule chimique H3PO4. L’acide orthophosphorique se réfère à l’acide phosphorique, qui est le nom IUCPA de ce composé. Le préfixe ortho- est utilisé pour distinguer l’acide des acides phosphoriques associés, appelés acides polyphosphoriques. L’acide orthophosphorique est un acide non toxique, qui, dans sa forme pure, est un solide à température et pression ambiante. En plus d’être un réactif chimique, l’acide phosphorique présente une grande variété d’utilisations, notamment comme convertisseur de rouille, additif alimentaire, décapant dentaire et orthopédique, électrolyte, flux de brasage, agent de dispersion, décapant industriel, matière première de fertilisant, et un composant des produits de nettoyage ménagers.

Le dépôt sans courant est un procédé purement chimique qui vise à renforcer un composant et améliorer son apparence ainsi que sa résistance à la friction et à la corrosion. Il est également appelé déposition autocatalytique, comme son nom le suggère, aucune électricité n’est utilisée dans ce procédé de placage. Le dépôt sans courant est particulièrement avantageux pour les industries qui souhaitent une méthode simplifiée et rentable de revêtement des pièces avec du métal. Les pièces constituées de formes complexes et détaillées ou celles soumises à des facteurs corrosifs importants sont les premières candidates au dépôt sans courant.

Les principaux matériaux utilisés avec le dépôt sans courant incluent : le cuivrage chimique autocatalytique, le placage Nickel PTFE et le placage au nickel sans électrolyse phosphoreux.

Le cuivrage chimique autocatalytique dépose chimiquement un revêtement de cuivre sur un segment souhaité d’une partie ou portion d’une pièce.

Le placage Nickel PTFE (Polytétrafluoroéthylène phosphoreux) enduit les surfaces métalliques par l’intermédiaire d’une réaction chimique autocatalytique afin d’obtenir un revêtement reproductible d’épaisseur uniforme. Ce procédé permet d’enduire des pièces avec des arêtes vives, des alcôves profondes, des lignes, des traits et des géométries complexes.

Il existe trois types de placage au nickel sans électrolyse phosphoreux : faible, moyen et élevé. Un traitement phosphoreux faible est appliqué pour les dépôts avec une dureté allant jusqu’à 60 Rockwell C. Le nickel sans électrolyse phosphoreux moyen (MPEN) se réfère à l’alliage nickel-phosphore déposé par le procédé sans électrolyse dans lequel l’alliage résultant est constitué de niveaux moyens de phosphore. Les niveaux moyens varient selon un pourcentage de poids entre 4 et 10 %. Le nickel sans électrolyse phosphoreux élevé (HPEN) est idéal pour les normes industrielles nécessitant une protection contre les environnements acides hautement corrosifs, comme le forage pétrolier et l’extraction du charbon, grâce à sa résistance élevée à la corrosion.

Le thermolaquage enduit les pièces avec une poudre sèche fluide pour créer une finition plus dure et solide que la peinture conventionnelle. Le plus fréquemment appliqué aux métaux, il est utilisé pour enduire les appareils ménagers, les extrusions en aluminium, le matériel de batterie, et les pièces d’automobile et de bicyclette. Généralement, les polymères thermoplastiques ou thermodurcissables sont appliqués à l’aide d’un procédé électrostatique, puis d’un procédé de durcissement à la chaleur. Le délai de durcissement avec un thermolaquage est remarquablement plus rapide qu’avec un revêtement liquide. En outre, son état poudreux élimine les inconvénients des coulures ou affaissements.

Les principaux matériaux utilisés avec le thermolaquage sont : apprêt en poudre et enduit en poudre.

Les apprêts en poudre apportent une résistance à la corrosion supplémentaire ainsi qu’une meilleure surface pour une apparence esthétique optimisée. Les différents apprêts incluent entre autres : Eposeal, Epoxy Polyester NZP, Epozinc 1000, Epozinc ZL, et beaucoup d’autres.

Les matériaux de thermolaquage peuvent être divisés en deux catégories principales : thermodurcissables et thermoplastiques. Les apprêts thermodurcissables intègrent un agent de réticulation qui réagit avec les autres groupes chimiques lors de la cuisson, améliorant ainsi les propriétés de performance finales. Les apprêts thermoplastiques ne sont soumis à aucune action supplémentaire pendant le processus de cuisson qui termine l’enduit final.

Les polymères les plus communs incluent le polyester, le polyuréthane, le polyester-époxy (appelé hybride), l’époxy pur (époxy lié par fusion) et l’acrylique.

La pulvérisation est une technique qui implique de pulvériser de la peinture, de l’encre, du vernis ou d’autres matériaux pour obtenir les propriétés de finition souhaitées d’une pièce. Généralement couplée à l’air comprimé, la pulvérisation utilise des aérographes ou pistolets à pulvériser qui peuvent être manuels ou automatisés. Les aérographes sont le plus souvent utilisés pour les pièces qui nécessitent un plus grand niveau de détails, alors que les pistolets à pulvériser sont meilleurs pour couvrir de larges surfaces avec un enduit liquide uniforme.

Les matériaux principaux utilisés avec la pulvérisation incluent :

Les revêtements conducteurs qui permettent la circulation d’un courant électrique sur la surface d’un matériau non conducteur.

Les apprêts liquides qui offrent une couche lisse sur lesquels les matériaux de revêtement suivants adhéreront mieux.

Les revêtements de surface liquides qui offrent un revêtement de finition de qualité supérieure sur une surface apprêtée ainsi qu’une excellente résistance chimique et à la corrosion.

Les peintures polymères qui sont des peintures à l’eau avec un liant latex.

Les films de revêtement en silicone qui peuvent être appliqués à des substrats à base de silice comme le verre pour former un revêtement hydrophobique lié de manière covalente. De nombreux tissus peuvent être enduits ou imprégnés de silicone pour former un composite solide et étanche comme le silnylon.