Le guide pour Oxydation électrolytique par plasma (PEO)

L'histoire de la métallurgie est une quête de l'alliage parfait. Les hommes ont toujours cherché le métal le moins cher, le plus léger et le plus résistant.

Eh bien, une telle chose n'existe pas. Les métaux légers et bon marché ne sont pas solides. Les métaux légers et solides ne sont pas bon marché. Vous avez compris l'essentiel.

Le processus d'anodisation a constitué un progrès. Il transforme les métaux légers et les rend résistants à la corrosion, c'est-à-dire plus solides. Cependant, il doit également faire face aux émissions toxiques et à la courte durée de vie de ses composants.

À la fin du XXe siècle, les ingénieurs ont découvert le revêtement d'oxydation électrolytique par plasma. Bien sûr, des ajustements sont encore possibles. Néanmoins, les scientifiques s'attendent à ce que ce procédé change la façon dont l'humanité traite les métaux.

Qu'est-ce que l'oxydation électrolytique par plasma (OEP) ?

L'oxydation électrolytique par plasma (PEO) est une méthode permettant de créer des couches d'oxyde-céramique sur les métaux. Elle est également appelée oxydation par micro-arc (MAO) et oxydation électrolytique par plasma (EPO).

Ce procédé imite l'anodisation. Il consiste également à baigner la pièce métallique dans une solution électrolytique. La principale différence réside dans le fait que le PEO utilise des potentiels plus élevés et produit donc un champ électrique plus important.

Par conséquent, des décharges et des étincelles se produisent dans la solution et modifient la structure de la pièce revêtue. La couche externe du métal est transformée chimiquement en son oxyde, qui se développe vers l'intérieur et vers l'extérieur de la surface.

Les fonctions de l'oxydation électrolytique par plasma

Les revêtements obtenus par le processus d'oxydation électrolytique par plasma confèrent plusieurs caractéristiques aux métaux.

Tout d'abord, il les rend plus résistants à l'usure, à la chaleur et à la corrosion. Cela signifie que les métaux les plus faibles - et les moins chers - deviennent plus résistants.

Les couches d'oxyde PEO-céramique offrent également une stabilité chimique. Les métaux traités ne réagissent pas avec l'environnement. Ils conserveront donc leurs propriétés utiles plus longtemps dans des circonstances normales.

Enfin, ces métaux améliorent leurs capacités d'isolation électrique. Ils peuvent ainsi être utilisés à de nouvelles fins et à des fins d'usure.

En résumé, PEO fabrique des métaux :

• Plus résistant à l'usure
• Plus résistant à la corrosion
• Plus résistant à la chaleur
• Chimiquement stable
• Isolation électrique

Développement de l'histoire

Comme indiqué, l'ancêtre de l'oxydation électrolytique par plasma est l'anodisation. Ce type de passivation électrolytique a été utilisé pour la première fois à l'échelle industrielle dans les années 1920. Il a trouvé une application majeure dans l'architecture.

Dans les années 1960, cependant, l'anodisation a été en grande partie remplacée par le revêtement par poudre. Ce procédé était plus rapide, moins polluant et les couches de protection qu'il offrait étaient plus épaisses.

C'est la course à l'espace qui a ramené les scientifiques vers l'oxydation en bain. Au début des années 1970, les ingénieurs soviétiques ont découvert le PEO et ont commencé à l'expérimenter. Une décennie et demie plus tard, des pièces revêtues de PEO se trouvaient dans la station spatiale Mir.

Pourtant, le processus reste largement imprévisible. À l'aube du nouveau siècle, la réalité ne semblait pas se conformer aux prédictions faites dans les laboratoires. L'écart entre les résultats théoriques et expérimentaux était trop important pour crier victoire.

Récemment, cependant, quelques entreprises telles que Keronite et IBC l'ont fait. Elles affirment avoir affiné cette procédure imprévisible et coûteuse. Selon elles, il s'agit désormais d'un procédé industriellement réalisable.

Les avantages du revêtement par oxydation électrolytique plasma

Le processus d'oxydation électrolytique par plasma présente de nombreux avantages par rapport à l'anodisation.

Le revêtement céramique qu'il fournit atteint le point de cristallisation, ce qui signifie un produit final plus résistant.

Le prétraitement du matériau est également beaucoup plus simple. Contrairement à ce qui se passe pour l'anodisation, la plupart des composants n'ont besoin que d'un dégraissage mineur pour être prêts à recevoir le PEO.

Dans ce processus, les électrolytes utilisés peuvent imprégner la céramique de certaines de leurs propriétés. Cela signifie qu'elles peuvent être modifiées en fonction de l'usage qui sera fait de la pièce obtenue.

De plus, il s'agit d'un processus respectueux de l'environnement. L'ensemble de la procédure est propre, sans métaux lourds.

En résumé, le PEO est meilleur que l'anodisation parce que :

• Il en résulte un produit plus résistant, en raison de la cristallisation.
• Son prétraitement est beaucoup plus simple
• La céramique intègre les propriétés des électrolytes
• Il s'agit d'un processus propre

Les inconvénients du revêtement par oxydation électrolytique plasma

Comme pour toute nouvelle méthode, les revêtements d'oxydation par micro-arc peuvent encore être améliorés.

Par exemple, par rapport aux procédés traditionnels tels que l'anodisation, son prix reste élevé. Tout bien considéré, le coût du revêtement de 1㎡ de métal est de $2-$5.

La procédure nécessite également une température et une pression très élevées. Cela se répercute sur la quantité d'énergie nécessaire pour faire fonctionner l'équipement. En outre, cela réduit la durée de vie des électrolytes.

Dans l'ensemble, le PEO n'est peut-être pas encore prêt pour de vastes applications industrielles. C'est la raison pour laquelle :

La procédure nécessite également une température et une pression très élevées. Cela se répercute sur la quantité d'énergie nécessaire pour faire fonctionner l'équipement. En outre, cela réduit la durée de vie des électrolytes.

Dans l'ensemble, le PEO n'est peut-être pas encore prêt pour de vastes applications industrielles. C'est la raison pour laquelle :

• Nécessite une température et une pression élevées
• Consomme beaucoup d'énergie
• Nécessite un remplacement continu des électrolytes
• Il est trop cher

Quels métaux peuvent être oxydés par Micro-Arc ?

L'oxydation par micro-arc fonctionne spécifiquement sur les métaux des vannes, ainsi que sur la plupart de leurs alliages. Qu'est-ce qu'un métal de soupape ? Ils comprennent l'aluminium, le magnésium, le titane, le zirconium, le tantale, le niobium, l'hafnium et le cobalt.

Leur principale caractéristique est qu'ils produisent naturellement une couche d'oxyde passivante. Le PEO convertit cet oxyde en formes cristallines, beaucoup plus dures.

Dans la pratique, ce procédé est utilisé pour les alliages d'aluminium, de magnésium et de titane. Les autres métaux cités sont beaucoup plus chers.

En résumé, ces métaux peuvent être oxydés par micro-arc :

• Aluminium
• Magnésium
• Titane
• Zirconium
• Tantale
• Niobium
• Hafnium
• Cobalt
• La plupart de leurs alliages

Application Exemples de produits

En raison des propriétés extraordinaires qu'il confère aux métaux légers, le PEO a un large éventail d'applications. Toutefois, en raison de son coût élevé, son utilisation a été quelque peu limitée.

AérospatialeDes entreprises militaires, médicales et technologiques figurent parmi ses utilisateurs.

Par exemple, les entreprises aérospatiales appliquent un revêtement PEO sur leurs alliages légers pour les rendre plus résistants. L'armée américaine l'a essayé sur les têtes de piston et les pompes à carburant des Humvees. Ces pièces ont gagné en résistance à la chaleur et en durée de vie. Le secteur médical utilise également l'oxydation par micro-arc pour fabriquer de meilleures prothèses osseuses. Les entreprises technologiques recouvrent les coques de leurs téléphones portables de PEO.

Le PEO a été appliqué, entre autres, à :

• Pièces pour l'aérospatiale
• Pièces pour véhicules militaires
• Prothèses de remplacement osseux
• Coques de téléphones portables

Comment revêtir une pièce avec la méthode d'oxydation électrolytique par plasma ?

La méthode d'oxydation électrolytique par plasma est un processus complexe. Elle nécessite une préparation minutieuse et les étapes suivantes.

Étape 1. Dégraissage

Pour que le processus fonctionne, les substrats - c'est-à-dire les métaux à revêtir - doivent se présenter sous leur forme la plus pure. Les taches et les salissures ont des conséquences négatives sur le résultat. C'est pourquoi, même s'il semble propre, le métal est soumis à une procédure de dégraissage.

Tout d'abord, le dégraissage implique l'utilisation d'un papier de verre extrêmement fin. L'échantillon de métal est ainsi poli jusqu'à obtenir une finition miroir.

Ensuite, la pièce est nettoyée par ultrasons dans de l'acétone, de l'éthanol et de l'eau distillée. Une fois les particules adhérentes éliminées, le métal est prêt à être traité.

Étape 2. Oxydation par micro-arc

La cellule électrolytique est un élément clé du traitement de la MAO. Celle-ci est composée de trois éléments : un électrolyte et deux électrodes (cathode et anode).

Le métal à transformer sert d'anode et la cathode est généralement une plaque d'acier inoxydable.

Ces deux pièces sont immergées dans une solution électrolytique aqueuse. Cet environnement liquide peut varier en fonction des propriétés requises pour le matériau obtenu. Par exemple, une expérience menée par des scientifiques chinois et coréens a utilisé du carbonate de sodium, du phosphate de sodium et de l'acétate monohydraté. Pour produire les décharges nécessaires, ils ont utilisé une alimentation électrique pulsée.

La tension était comprise entre 200 et 500 V, la fréquence des impulsions était de 900 Hz, le rapport cyclique était de 3% et la durée de 5 minutes.

Étape 3. Sceller

Après l'oxydation par micro-arc, l'échantillon est lavé une nouvelle fois avec de l'eau distillée. Il est ensuite laissé à sécher à température ambiante.

Cette dernière partie du processus est nécessaire pour que les couches d'oxyde se scellent. Elles se sont développées vers l'intérieur et vers l'extérieur de la surface du métal. L'adhérence est maximale et aucun autre procédé ne peut la garantir.

Équipement nécessaire lors du traitement de l'oxydation électrolytique par plasma

L'équipement d'oxydation électrolytique au plasma joue un rôle important dans le processus. Les machines utilisées nécessitent une mise au point et les composants suivants.