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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