Toute la finition d'un Usiné CNC La pièce ajoute du coût et du temps de fabrication à la pièce, mais la bonne finition de surface a le potentiel de donner vie à votre vision de conception. Les traitements de surface des pièces métalliques usinées CNC comprennent généralement divers processus mécaniques tels que le meulage, le polissage et le sablage, mais des traitements de surface chimiques tels que la passivation et l'anodisation sont également disponibles.
Les traitements chimiques de surface peuvent éliminer les imperfections des pièces métalliques et même modifier leurs niveaux de conductivité électrique, prolongeant ainsi leur durée de vie et améliorant également leur résistance à l'usure et à la corrosion. Les traitements chimiques de surface ont de nombreuses applications industrielles : dans l’industrie aérospatiale par exemple, les traitements chimiques de surface sont utilisés pour augmenter la durabilité des pièces, augmenter la stabilité thermique et ralentir l’oxydation. Dans l'industrie électronique, les traitements de surface chimiques peuvent être utilisés dans la fabrication de tout, des boîtiers de téléphones portables et des boîtiers de consoles de jeux jusqu'aux équipements d'imagerie. Bien qu’il existe de nombreuses options de finition chimique, elles ne conviennent pas nécessairement à tous les matériaux métalliques. En effet, chaque traitement chimique de surface est généralement associé à un matériau spécifique et présente ses propres avantages et inconvénients. Dans ce guide, nous explorerons plusieurs processus de finition chimique courants afin que vous puissiez décider lequel convient le mieux à votre projet CNC.
Passivation Inox
Aluminium anodisé
Lorsque vous choisissez la bonne finition chimique pour vos pièces métalliques, vous devez prendre en compte les matériaux compatibles et l'utilisation finale. Cela signifie prendre en compte une série de facteurs contextuels, notamment :
- Environnement où des pièces métalliques sont utilisées
- Si des propriétés conductrices ou isolantes sont requises
- Quel poids la pièce doit-elle supporter
- À quelle usure la pièce doit-elle résister
- Exigences de tolérance pour les pièces métalliques
- Exigences de couleur et de transparence
- Exigences de finition de surface
- Tout autre attribut pertinent ou souhaité.
Pour vous aider à évaluer vos options, AN-Prototype résume les finitions chimiques courantes et leurs matériaux compatibles pour votre référence :
Anodisation: aluminium, titane et autres métaux non ferreux
Passivation: acier inoxydable
Oxyde noir: acier, acier inoxydable, cuivre et autres métaux
Revêtement chimique (revêtement de conversion chromate) : Aluminium
Électropolissage : Aluminium, acier, acier inoxydable, cuivre, titane, laiton, bronze, béryllium et son cadmium de galvanoplastie : chrome, cuivre, or, nickel, argent, étain, aluminium, acier et autres métaux.
Chromage : Aluminium, acier, acier inoxydable, alliages de nickel, titane, cuivre et autres métaux
Revêtement en polytétrafluoroéthylène (Teflon™): Aluminium, acier et autres métaux
Nickel chimique: Aluminium, Acier et Inox
Galvanisé: acier
Introduction au traitement chimique de surface
Découvrons-nous le processus, le fonctionnement de ces finitions chimiques et comment elles peuvent bénéficier à vos projets CNC.
Anodisation
L'anodisation est une option de finition populaire pour les pièces en aluminium et en titane qui ajoute une couche d'oxyde à la surface de la pièce, créant ainsi un film d'oxyde anodique pour une protection supplémentaire et une esthétique améliorée. Pour l'anodisation Aluminium CNC pièces, vous plongez la pièce en aluminium dans un bain d'électrolyte acide, puis utilisez une cathode (l'électrode chargée négativement) pour que la solution libère de l'hydrogène gazeux. Dans le même temps, la pièce en aluminium CNC (anode chargée positivement) libère de l'oxygène, formant une couche d'oxyde protectrice à sa surface. Après anodisation d'une pièce en aluminium, sa surface présente de minuscules pores qui doivent être scellés avec une solution chimique pour éviter la corrosion et l'accumulation de contaminants.
Les pièces en aluminium anodisé sont durables et résistantes à la corrosion et à l'usure, ce qui peut réduire les coûts de maintenance. Dans le même temps, la couche anodisée est non conductrice et s'adapte parfaitement au substrat en aluminium, elle ne s'écaillera donc pas et ne s'écaillera pas comme le placage et la peinture. En effet, en plus de sceller, la couche anodisée poreuse peut être peinte ou teintée et est également plus respectueuse de l'environnement puisque la finition anodisée est non toxique et chimiquement stable. L'anodisation ne concerne pas uniquement l'aluminium : le procédé convient également au titane et à d'autres pièces non ferreuses.
Il existe trois types différents d'anodisation :
de type I (anodisation à l'acide chromique) produit la couche d'oxyde la plus fine, ce qui signifie qu'elle ne modifie pratiquement pas les dimensions de la pièce. Les composants anodisés de type I apparaîtront de couleur terne et n’absorberont pas bien les autres couleurs.
Type II (anodisation à l'acide borosulfurique) a une meilleure adhérence de la couche d'oxyde et est légèrement plus épaisse que le type I. Avec l'anodisation de type II, vous pouvez facilement créer des pièces anodisées bleues, rouges, dorées, vertes et noires.
Type III (anodisation à l'acide sulfurique dur) est la forme d'anodisation la plus courante. Il a la finition la plus claire, ce qui signifie qu'il fonctionne avec plus de couleurs. Il convient de noter que l'anodisation de type III donne une finition légèrement plus épaisse que l'anodisation de type II, ce qui doit être pris en compte pour les pièces nécessitant des tolérances serrées.
La durabilité accrue, la résistance à l'usure et à la corrosion des pièces anodisées et le haut niveau de contrôle dimensionnel offert par le processus ont rendu l'anodisation particulièrement populaire dans les domaines de l'aérospatiale, du médical, de l'automobile, de l'électronique et bien plus encore.
Malgré sa polyvalence exceptionnelle, l'anodisation présente également des inconvénients :
Modification des dimensions d'une pièce: L'anodisation des métaux modifie les dimensions de la pièce, c'est pourquoi la couche d'oxyde doit être prise en compte lors de la détermination des tolérances dimensionnelles, ou un masquage chimique ou physique est utilisé pour garantir que des zones spécifiques de la pièce restent non traitées, en particulier des zones telles que certains trous.
La correspondance des couleurs est difficile. Il peut être difficile d’obtenir une correspondance de couleurs cohérente si vos composants anodisés ne sont pas traités dans le même lot.
Ne convient pas aux applications conductrices. L'anodisation des pièces métalliques augmente leur résistance électrique et thermique et ne convient pas aux applications conductrices.
Passivation
La passivation empêche la corrosion des pièces en acier inoxydable, les aidant ainsi à conserver leur propreté, leurs performances et leur apparence. Non seulement les pièces passivées sont plus résistantes à la rouille et donc mieux adaptées à une utilisation en extérieur, mais elles sont également moins susceptibles d'être piquées, durent plus longtemps, sont plus esthétiques et plus fonctionnelles. En conséquence, la passivation est utilisée dans diverses industries, de l’industrie médicale à l’aérospatiale, avec des tolérances dimensionnelles strictes.
Le processus de passivation implique l'ajout d'acide nitrique ou citrique. Alors que l'acide nitrique est traditionnellement le choix typique pour la passivation, l'acide citrique a récemment gagné en popularité car il réduit les temps de cycle et est plus sûr et plus respectueux de l'environnement. Lors de la passivation, les pièces en acier inoxydable sont immergées dans une solution acide pour éliminer la rouille de leurs surfaces sans affecter le chrome, élément d'alliage de l'acier inoxydable. L'application d'acide sur l'acier inoxydable élimine tout fer libre ou tout composé de fer de sa surface, laissant derrière lui une couche constituée de chrome (et parfois de nickel). Après exposition à l’air, ces matériaux réagissent avec l’oxygène pour former une couche d’oxyde protectrice.
Il est important de se rappeler que la passivation peut prolonger le temps de fabrication d'une pièce. Avant de passiver une pièce, celle-ci doit être nettoyée pour éliminer toute graisse, saleté ou autre contamination, puis rincée et trempée (ou pulvérisée). Bien que l'immersion soit la méthode de passivation la plus courante car elle offre une couverture uniforme et peut être réalisée rapidement, la pulvérisation acide peut également être utilisée comme alternative.
Revêtement d'oxyde noir
Appliqué aux métaux ferreux comme l'acier, l'acier inoxydable et le cuivre, le procédé de revêtement à l'oxyde noir consiste à immerger la pièce dans un bain d'oxyde pour former une couche de magnétite (Fe 3 O 4 ), qui assure une légère résistance à la corrosion.
Il existe trois types de revêtements d'oxyde noir :
Oxyde noir chaud: Le processus de revêtement à chaud d'oxyde noir consiste à immerger la pièce dans un bain chaud d'hydroxyde de sodium, de nitrite et de nitrate pour transformer sa surface en magnétite. Après le nettoyage, les pièces doivent être trempées dans un nettoyant alcalin, de l'eau et de la soude caustique, puis recouvertes d'huile ou de cire pour obtenir l'esthétique souhaitée.
Oxyde noir à température moyenne : L'oxyde noir à température moyenne est très similaire à l'oxyde noir thermique. La principale différence est que les pièces revêtues deviennent noires à des températures plus basses (90 – 120 °C). Cette température étant inférieure au point d’ébullition des solutions de sodium et de nitrate, il n’y a pas lieu de s’inquiéter des vapeurs corrosives.
Oxyde noir froid: Cool Black Oxide repose sur le dépôt de sélénium de cuivre pour changer la couleur de la pièce. Les pièces qui reçoivent un revêtement d'oxyde noir auront une meilleure résistance à la corrosion et à la rouille, seront moins réfléchissantes et auront un cycle de vie plus long. Un revêtement d'huile ou de cire augmente la résistance à l'eau et empêche également les substances nocives d'atteindre l'intérieur du métal, facilitant ainsi le nettoyage de la pièce. Le revêtement d'oxyde noir ajoute également de l'épaisseur, ce qui le rend idéal pour les perceuses, tournevis et autres outils nécessitant un bord tranchant qui ne s'émoussera pas avec le temps. Cependant, la résistance à l’usure de l’oxyde noir froid est médiocre.
Film chimique
Un film chimique, également connu sous le nom de revêtement de conversion de chromate, est un mince revêtement chimique généralement appliqué sur l'aluminium (bien qu'il puisse également être appliqué sur d'autres métaux) pour prévenir la corrosion et améliorer l'adhérence des adhésifs et des peintures. Les films de finition chimiques ont souvent des formulations exclusives, mais le chrome est l'ingrédient principal de chaque variété. Les films de finition chimiques peuvent être appliqués par pulvérisation, trempage ou pinceau et, selon le produit et la formulation, peuvent être de couleur jaune, beige, dorée ou transparente.
Alors que d'autres finitions réduisent la conductivité thermique et électrique, les finitions à film chimique permettent à l'aluminium de conserver ses propriétés conductrices. Les films chimiques sont également relativement peu coûteux et, comme mentionné ci-dessus, constituent une bonne base pour la peinture et l’apprêt (avec en prime un gain de temps). Cependant, les films chimiques ne sont pas idéaux pour les projets CNC esthétiques en raison de leur sensibilité aux rayures, éraflures et autres dommages de surface.
Polissage électrolytique
L'électropolissage est un processus de finition électrochimique couramment utilisé pour éliminer de fines couches de matériau de l'acier, de l'acier inoxydable et des alliages similaires. Lors de l'électropolissage, la pièce est immergée dans un bain chimique et un courant électrique est appliqué pour dissoudre sa couche superficielle. Divers paramètres affectent la finition de la pièce, notamment la composition chimique de la solution électrolytique, la température et le temps d'exposition de la pièce.
L'électropolissage enlève généralement 0.0002 à 0.0003 pouces de la surface d'un objet, laissant une surface de pièce lisse, brillante et propre. Les autres avantages de l'électropolissage comprennent une meilleure résistance à la corrosion, une durée de vie plus longue des pièces, une meilleure résistance à la fatigue, un coefficient de frottement plus faible, une rugosité de surface plus faible et l'élimination des défauts de surface tels que les bavures et les microfissures.
L'électropolissage convient à l'acier, l'acier inoxydable, le cuivre, le titane, l'aluminium, le laiton, le bronze, le béryllium, etc. Il est à noter que l'électropolissage est plus rapide et moins coûteux que le polissage manuel, mais il n'élimine pas à 100 % les imperfections des surfaces rugueuses.
Placage
La galvanoplastie est en fait le processus inverse de l’électropolissage. Au lieu de retirer une couche de métal pour obtenir une surface finale, la galvanoplastie dépose une couche supplémentaire qui augmente l'épaisseur de la pièce. Compatible avec le cadmium, le chrome, le cuivre, l'or, le nickel, l'argent et l'étain, la galvanoplastie produit des pièces lisses qui présentent moins d'usure au fil du temps grâce à une protection supplémentaire contre la corrosion, le ternissement, les chocs et la chaleur. La galvanoplastie augmente l'adhésion entre un substrat et sa couche de finition supplémentaire et, selon le type de métal utilisé, peut rendre votre pièce magnétique ou conductrice.
Comparée à d'autres traitements de surface de pièces usinées CNC, la galvanoplastie n'est pas particulièrement respectueuse de l'environnement car elle produit des déchets dangereux qui peuvent sérieusement polluer l'environnement s'ils ne sont pas traités correctement. Le placage est également relativement coûteux en raison des métaux et des produits chimiques (et autres matériaux et équipements nécessaires) requis pour le placage, et peut prendre beaucoup de temps, en particulier lorsque les pièces nécessitent plusieurs couches.
Chromage
Le chromage, ou chromage, est un type de galvanoplastie qui consiste à ajouter une fine couche de chrome à une pièce métallique pour augmenter sa dureté de surface ou sa résistance à la corrosion. L'ajout d'une couche de chrome peut rendre la pièce plus facile à nettoyer et améliorer son esthétique, et presque toutes les pièces métalliques peuvent être plaquées de chrome, y compris des métaux tels que l'aluminium, l'acier inoxydable et le titane.
Le processus de chromage comprend généralement le dégraissage, le nettoyage manuel et le prétraitement des pièces avant leur placement dans le bain de chrome. La pièce doit alors rester dans le réservoir suffisamment longtemps pour que la couche de chrome atteigne l'épaisseur souhaitée. Parce que le processus consomme de l'électricité et implique plusieurs étapes, le chromage est un processus de finition relativement coûteux qui n'est pas respectueux de l'environnement.
Revêtement en polytétrafluoroéthylène (Teflon™)
Les revêtements en polytétrafluoroéthylène (PTFE), communément appelés Teflon™, sont disponibles sous forme de poudre et de liquide et sont utilisés dans toute l'industrie. Certaines applications de PTFE ne nécessitent qu'une seule couche, mais d'autres nécessitent un apprêt et une couche de finition pour assurer une protection maximale. Ce traitement de surface peut être appliqué à une variété de métaux, notamment des métaux tels que l’acier, l’aluminium et le magnésium.
Les pièces revêtues de PTFE ont une surface antiadhésive, un faible coefficient de friction et sont très résistantes à l'usure. Étant donné que les revêtements PTFE ont une faible porosité et une faible énergie de surface, les pièces revêtues résistent à l'eau, à l'huile et aux produits chimiques. Le PTFE peut également résister à des températures allant jusqu'à 500 °F, est facile à nettoyer et possède une excellente isolation électrique et résistance chimique.
En raison de sa résistance chimique et de ses propriétés antiadhésives, le PTFE est couramment utilisé pour recouvrir les conduites de carburant et pour isoler les circuits imprimés des ordinateurs, des fours à micro-ondes, des smartphones et des climatiseurs. Il est également couramment utilisé pour recouvrir du matériel médical ainsi que des ustensiles de cuisine. Bien que les procédés de revêtement PTFE soient populaires dans tous les secteurs, ils sont relativement coûteux et moins durables que les autres options de finition chimique.
Nickel chimique
Placage autocatalytique au nickel fait référence à l'ajout d'une couche protectrice d'alliage de nickel sur les pièces métalliques. Contrairement au processus de galvanoplastie, qui implique un courant électrique, le nickel autocatalytique consiste à déposer une couche d'alliage de nickel (généralement du nickel phosphore) sur la pièce à l'aide d'un bain de nickel et d'un agent réducteur chimique tel que l'hypophosphite de sodium. Les alliages de nickel se déposent uniformément, même sur des pièces complexes comportant des trous et des fentes.
Les pièces nickelées ont une plus grande résistance à la corrosion par l'oxygène, le dioxyde de carbone, l'eau salée et le sulfure d'hydrogène. Les pièces nickelées ont également une bonne dureté et résistance à l'usure, et peuvent être rendues encore plus dures avec un traitement thermique supplémentaire. Le nickel chimique est compatible avec une grande variété de métaux, notamment l'aluminium, l'acier et l'acier inoxydable.
Le processus de nickelage autocatalytique est très difficile. Les problèmes courants incluent l'accumulation de contaminants dans le bain de nickel, l'augmentation des niveaux de phosphore et la réduction ultérieure du taux de placage. De plus, une température ou un pH incorrects peuvent entraîner des problèmes de qualité du revêtement tels que des piqûres, un aspect terne et rugueux. Le nickel chimique ne convient pas aux surfaces rugueuses, inégales ou mal finies, et les pièces doivent être nettoyées de l'huile et de la saleté avant de commencer le processus de placage.
Les différents types de revêtements de nickel autocatalytique sont classés en fonction du pourcentage en poids de phosphore dans l'alliage. Différents niveaux de teneur en phosphore offrent également différents niveaux de résistance à la corrosion et de dureté :
Nickel à faible teneur en phosphore (2 à 4 % de phosphore): Les dépôts de nickel chimique à faible teneur en phosphore ont une dureté comprise entre 58 et 62 Rc et sont très résistants à l'usure. Il a un point de fusion élevé et présente une bonne résistance à la corrosion dans des conditions alcalines. Les dépôts de nickel autocatalytique à faible teneur en phosphore sont soumis à des contraintes de compression et sont généralement plus coûteux que le nickel à teneur moyenne et élevée en phosphore.
Nickel à phosphore moyen (5 à 9 % de phosphore): Les gisements de nickel à phosphore moyen se situent entre le nickel à faible teneur en phosphore et le nickel à haute teneur en phosphore. Il résiste à la corrosion dans les environnements alcalins et acides et présente une vitesse de dépôt rapide (18 à 25 µm par heure). La dureté du revêtement de nickel phosphoreux moyen peut être n'importe quelle valeur comprise entre 45 et 57 Rc, et le revêtement peut atteindre 65 à 70 Rc par traitement thermique.
Nickel à haute teneur en phosphore (> 10 % de phosphore): Étant donné que les dépôts à haute teneur en phosphore du nickel autocatalytique sont amorphes, les pièces ne présentent pas de limites de phase ni de grains, ce qui améliore leur résistance à la corrosion, ce qui les rend idéales pour une utilisation en extérieur ou dans un environnement extrême. Le nickel autocatalytique à haute teneur en phosphore offre également une ductilité, une épaisseur élevée et une résistance aux taches, et rend le produit final plus facile à polir ou à souder.
Galvanisé
La galvanisation, ou chromate de zinc, est une finition chimique populaire qui protège les composants en acier de l'humidité et de la corrosion. Les pièces galvanisées offrent une durée de vie plus longue, une esthétique améliorée et une apparence plus uniforme. La galvanisation peut également changer la couleur de la pièce en bleu argenté, jaune, noir ou vert. Un autre avantage non négligeable de la galvanisation est qu'elle protège durablement la surface de la pièce : même si le revêtement est rayé, le zinc réagit avec l'atmosphère et s'oxyde rapidement. Cependant, comme le zinc est chimiquement sensible aux acides et aux bases, la galvanisation peut ne pas être adéquate pour les pièces situées dans des environnements humides ou extrêmement humides.
Pour aller plus loin
Les options de traitement chimique de surface offrent une variété de méthodes pour atteindre la qualité et le niveau de performance souhaités d'une pièce, mais tous les processus de finition ne sont pas adaptés à chaque matériau et à chaque utilisation finale. Pour déterminer quel traitement de surface chimique convient à votre pièce, vous avez besoin d'une compréhension approfondie de facteurs clés tels que le degré de résistance à la corrosion, au frottement et à l'usure dont la pièce finale a besoin, l'environnement dans lequel elle sera utilisée et la conductivité souhaitée. ou propriétés isolantes.
Compte tenu de l'importance de ces considérations, il vaut la peine de trouver un partenaire de fabrication pour vous aider à choisir la bonne finition et garantir qu'elle offre la meilleure qualité et la meilleure rentabilité possible. Chez AN-Prototype, notre équipe d'experts composée de machinistes et d'ingénieurs peut vous donner un aperçu non seulement des processus de traitement chimique de surface, mais également de la sélection des matériaux, de l'outillage et de la technologie CNC appropriée. Si vous souhaitez en savoir plus sur les options de finition disponibles pour votre prochain projet d'usinage CNC, veuillez nous contacter dès aujourd'hui.