Structuration de surfaces par traitements de diffusion
Les traitements de diffusion assistés plasmas de matériaux métalliques offrent la possibilité de former des structures sur leurs surfaces. L’augmentation de volume induite dans la couche traitée par l’introduction d’atomes interstitiels est à l’origine d’un gonflement de la surface. Ce phénomène de surrection est exploité afin de texturer des surfaces sur des pièces en aciers ferritiques et en aciers inoxydables austénitiques, dont certaines parties sont masquées. Nous présentons quelques applications (frottement lubrifié, mouillabilité et gestion thermique) de la texturation de surface des alliages métalliques par des traitements de diffusion.
Figure 1 : Principe de la génération des contraintes internes par nitruration dans un matériau métallique : (1) par formation de nitrures et (2) par insertion d’azote en solution solide. Déformation perpendiculaire à la surface induite par les contraintes internes (s) dans une couche mince d’épaisseur z sur un substrat épais.
Figure 2 : Schéma de principe des structurations positive et négative.
Figure 3 : A gauche : Reconstruction 3D à partir de la mesure par profilométrie tactile d’une surface d’acier inoxydable AISI 316L structurée par nitruration (3 h. à 410 °C dans un mélange 90% N2 -10% H2 par plasma MDECR). A droite : cinétique de surrection dans le cas de traitement MDECR de nitruration (410 °C dans un mélange 90% N2 - 10 % H2) et de carburation (420 °C dans un mélange Ar-H2-C3H8) en fonction du temps de traitement.
Figure 4 : Structuration de surface par nitruration MDECR (475 °C pendant 8 heures dans un mélange 90% N2 - 10 % H2) d’un échantillon de FeAl40 grade 3 à l’aide de masques en aciers inoxydables : (a) et (b) vue en surface (a) et 3D (b) de la surface par profilométrie optique, (c) profil réalisé à travers la texture et (d) coupe transverse de l'échantillon observée au microscope électronique.
Figure 5 : Structuration de surface négative par pulvérisation MDECR suivie d’une carburation MDECR sur une garniture mécanique (diamètres intérieur et extérieur 51,5 et 57,5 mm) en acier inoxydable austénitique AISI 316L afin d’améliorer les conditions de lubrification. Reconstruction 3D à partir de la mesure par profilométrie optique de la structuration de surface optimisée par modélisation hydrodynamique.
Figure 6 : évolution de l’angle de contact apparent q* d’une goutte sessile déposée sur des surfaces d’acier inoxydable austénitique AISI 316L nitrurées en fonction du temps de traitement. La texturation non déterministe de la surface est également illustrée à l’aide de différentes techniques : microscopie à force atomique (AFM), microscopie électronique à balayage (MEB).
Les derniers articles sur ce thème
