Usinage chimique (CHM) : principes, types, applications, avantages et inconvénients

L'usinage chimique (Chemical Machining - CHM), ou attaque chimique (etching), enlève de la matière par dissolution contrôlée dans un réactif acide/alcalin. Utilisé depuis l'Antiquité (acides organiques sur armures), industrialisé en 1927 (Aktiebolaget Separators).Procédé sans effort mécanique, idéal formes complexes, pièces minces, zones inaccessibles.

Installation type

• Cuve ouverte : acier revêtu (époxy, PVC, caoutchouc) résistant au réactif.
• Serpentin chauffant/réfrigérant : régulation température constante (kinétique attaque).
• Agitateur : homogénéité concentration/température, élimination bulles H₂, évacuation métal dissous.
• Fixation pièce : crochets (petites pièces) ou dispositifs revêtus polymère (grandes pièces) sur zones masquées.

Principes : Masquage & Attaque

1. Masquant (maskant) : polymère/caoutchouc inerte au réactif, déposé sur zones à protéger.

2. Attaque : réactif dissout métal nu à vitesse constante (vitesse attaque = f(réactif, T°, concentration, métal)).

3. Profondeur = Vitesse × Temps : E = S/T → temps calculé pour profondeur visée.

4 étapes séquentielles

1. Nettoyage

Dégraissage (jets HP, solvants, HCl dilué), séchage air chaud. Critique pour adhérence masquant, régularité attaque, absence piqûres.

2. Masquage

Dépôt masquant sur tout sauf zones à usiner. 3 techniques :

• Couper-Éplucher (Cut & Peel) : trempage masquant liquide (néoprène, butyle, vinyle, 0,03-0,13 mm), séchage, découpe scribe manuel/CNC, épluchage zones usinées. Épais, très résistant, tolérances modestes. Usinage chimique gros volumes (CHM).
• Sérigraphie (Screen Print) : écran soie/inox → dépôt masque par racle, séchage/cuisson, retrait écran → masque sur zones protégées. Rapide, précis (épaisseur < 0,05 mm), grandes séries, pièces planes < 1,2×1,2 m.
• Photorésist (Photo-resist) : masque photo + UV → PCM (voir article 1002022017). Très fin (1,27-1,5 µm), haute précision, PCB, semi-conducteurs, micro-engrenages.

3. Attaque (Etching)

Immersion pièce, agitation, température contrôlée. Vitesse attaque prédéterminée par essais. Profondeur = f(temps). Surfaces multiples attaquées simultanément.

4. Démasquage + Rinçage final

Décollement masquant (peeling ou solvant), lavage résidus attaquant, séchage.

Types d'opérations d'usinage chimique

1. Fraisage chimique (CHM) : poches, contours, allègement structures (aéronautique).
2. Gravure chimique (CHE) : marquage précis (n° série, logos, graduations).
3. Polissage chimique (CHP) : finition, ébavurage, réactif dilué doux.
4. Usinage photochimique (PCM) : micro-détails, photorésist, sans contrainte/fissure.

Applications

• Allègement structures complexes (aéronautique, spatial).
• Pièces minces/délicates (ressorts plats, diaphragmes, shims).
• Contours intérieurs alésages inaccessibles.
• Automobile, aéronautique, électronique, médical.
• Écrans fins, mailles, filtres.
• Zones de serrage difficiles.

Avantages

• Enlèvement uniforme, isotrope.
• Bonne finition, tolérances serrées (± 0,025-0,05 mm).
• Géométries complexes faciles.
• Enlèvement simultané tous axes.
• Faible qualification opérateur.
• Aucune contrainte mécanique/thermique.
• Coût investissement et opérationnel bas.

Inconvénients

• Sécurité opérateur : projections acides, vapeurs toxiques.
• Risque corrosion différée (rémanence réactif).
• Alliages multiphases → finition médiocre (attaque sélective phases).
• Non écologique : effluents acides, boues métalliques, traitement coûteux.
• MRR faible vs usinage mécanique.
• Bulles H₂ → zones non attaquées (piqûres).

Paramètres critiques : Masquant & Attaquant

Choix du masquant

Inerte au réactif, résistant manipulation/thermique, stable, découpable/scriptible, adhérence forte, disponible/économique.

Métal pièce	Masquant recommandé
Aluminium, alliages	Caoutchouc butyle, polymère, néoprène
Cuivre, alliages	Polymère
Aciers, fontes	Caoutchouc butyle, polymère
Nickel	Néoprène
Magnésium	Polymère
Titane	Polymère

Attaquants typiques & conditions

Métal	Attaquant	Temp (°C)	Vitesse (µm/min ×10³)
Aluminium, alliages	NaOH / FeCl₃	49	20-30 / 13-25
Laiton, bronze	NH₄HF₂ / FeCl₃	27 / 49	10-15 / 25
Plomb	FeCl₃	54	-
Magnésium, alliages	HNO₃	32-49	25-50
Nickel	FeCl₃	49	13-38
Titane	HNO₃ + HF	Ambiant	13-25