Anticorrosion, usure, et dureté... des propriétés recherchées par les industriels et couvertes par un dépôt chimique de nickel-bore. Ce procédé a été revisité par le laboratoire de métallurgie de l'université de Mons et présenté par son équipe « Nickel chimique » lors des Journées Projection Thermique qui ont se sont déroulées du 6 au 7 décembre à Pau. L'avancée réalisée réside dans une formulation « plus écologique et acceptable pour les industriels », résume pour Industrie & Technologies Véronique Vitry, présidente de l'Association des traitements thermiques et traitements de surface (A3TS) et enseignante-chercheuse au laboratoire.
Pour conférer des propriétés de résistance à l'usure, de dureté, ainsi qu'un faible coefficient de friction aux pièces métalliques, de nombreux industriels des secteurs de la métallurgie, de l'aéronautique, de la défense, du naval, du transport et de la construction ont traditionnellement recours chromage dur. Cependant, ce procédé implique du chrome hexavalent, un élément intégré à l'annexe XIV de la réglementation Reach de la Commission européenne en raison de ses propriétés mutagènes et cancérogènes. Par conséquent, il est à proscrire, obligeant les industriels à trouver des alternatives d'ici septembre 2024.
Dans ce contexte, l’équipe « Nickel chimique » s’est concentrée sur l'optimisation du dépôt chimique d'un revêtement de nickel-bore, un traitement de surface anticorrosion offrant une protection contre l'usure, applicable sur divers matériaux tels que les aciers, les fontes, cuivres et aluminiums, et autorise le traitement de pièces de formes complexes. « Le dépôt de nickel est uniforme, même dans les recoins ou dans les alésages les plus inaccessibles d'une pièce », souligne Véronique Vitry.
Un revêtement sans métaux lourds
L'utilisation d'un dépôt chimique de nickel par voie humide avec une formulation nickel-bore en remplacement du chrome hexavalent, le laboratoire l'applique depuis les années 1990. Habituellement dans ce processus, le fonctionnement des bains nécessite des stabilisants à base de métaux lourds notamment le plomb et le thallium, visés à leur tour par la réglementation Reach. Le laboratoire propose désormais une nouvelle formulation du bain de nickel (NiB) avec des stabilisants exempts de ces métaux, composés d'une solution d'étain (NiB-Sn) ou de bismuth (NiB-Bi). « Jusqu’à présent notre procédé ne sortait pas du laboratoire à cause du plomb qu’il contenait. Avec cette version plus écologique nous aurons plus de chance de l’industrialiser », indique l’enseignante-chercheuse.
Dans ce procédé, le laboratoire utilise des sels de nickel et un agent réducteur qui est le borohydrure de sodium (NaBH4). Dans cette solution, on ajoute un complexant, « dans notre cas, c'est le diméthylamine borane, qui va avoir pour rôle de faciliter la solubilité du nickel dans la solution, précise l'enseignante. Grâce à ce complexant, qui va permettre d'avoir davantage de nickel, nous allons pouvoir faire des revêtements de longue durée et d'une certaine épaisseur ». À tout cela s'ajoutent les sels de métaux non toxiques, de bismuth ou d'étain. « En ajustant la composition, le pH et le taux de complexant, on obtient des propriétés mécaniques et anticorrosion de la couche qui seront légèrement différentes et qui ouvrent la voie à un large panel d'applications potentielles », ajoute Véronique Vitry.
Vers une commercialisation du procédé
Ce procédé permet d'obtenir des revêtements métalliques avec une dureté de l'ordre de 800 Vickers (HV), « avec la possibilité de durcir le revêtement par traitement thermique jusqu'à 1200 HV, voire au-delà, ce qui dépasse les performances du chrome dur », commente la présidente de l'A3TS. Outre la dureté, la technique engendre un revêtement avec de bonnes propriétés d'usure et de protection à la corrosion pour des pièces telles que les vannes pour l'industrie pétrolière et gazière, et pour les raccords présents dans des environnements à forte érosion. Mais le principal avantage réside dans sa capacité à traiter des petites pièces de géométries complexes avec une parfaite compliance dimensionnelle. « C'est un revêtement catalysé par la surface. Donc chaque centimètre carré de surface va recevoir la même quantité de matière. Le relief va être parfaitement conservé, sans surépaisseurs, contrairement à une méthode électrolytique. Il est ainsi parfois possible de se passer d'une étape de ré-usinage », complète Véronique Vitry.
Pour le moment, le laboratoire est encore à des phases de pré-industrialisation du procédé et continue de mener des essais en collaboration avec Materia Nova pour des industriels de l’aéronautique, l’outillage et la microélectronique. Pour passer à la commercialisation, deux options sont envisagées par Véronique Vitry : le lancement d'une start-up ou le transfert de la technologie. « Le procédé est en voie de brevetage. Il peut servir pour des applications émergentes dans des domaines comme la catalyse, en utilisant ses propriétés catalytiques dans le water splitting (processus de décomposition de l'eau en hydrogène et oxygène, ndlr) ou encore pour des applications en microélectronique, ce qui peut assurer la rentabilité sur le long terme », avance-t-elle. En parallèle, des travaux sont en cours sur l’utilisation des ultrasons pour augmenter la vitesse de dépôt et la dureté.
