Guide Expert des Techniques de Finition de Surface pour Alliages de Magnésium

Cet article présente les propriétés fondamentales et les applications des alliages de magnésium, ainsi que 5 techniques courantes de finition de surface pour ces alliages.

Propriétés des Alliages de Magnésium

Les alliages de magnésium sont des alliages à base de magnésium auxquels on ajoute d'autres éléments. Les alliages magnésium-aluminium sont les plus utilisés, suivis des alliages magnésium-zinc-zirconium et magnésium-manganèse.

Applications des Alliages de Magnésium

Grâce à leur faible densité et leur haute résistance, les alliages de magnésium sont largement employés dans les appareils photo reflex numériques, l'automobile, l'aérospatiale et d'autres domaines.

Application dans les Appareils Photo Reflex Numériques

Leur faible densité, haute résistance et certaine résistance à la corrosion en font le squelette de choix pour les appareils reflex. En général, les modèles milieu à haut de gamme et professionnels utilisent un squelette en alliage de magnésium, alliant durabilité et agréable prise en main.

Application dans l'Automobile

(1) Boîtiers d'embrayage, tableaux de bord, corps de boîte de vitesses, couvercles avant de moteur, culasses, boîtiers de climatisation, etc.
(2) Volants, supports de frein, cadres de siège, etc.

Application dans l'Aérospatiale

Les alliages de magnésium sont les matériaux structurels métalliques les plus légers utilisés dans la fabrication d'avions, de véhicules spatiaux, de roquettes et de missiles.

Finition de Surface des Alliages de Magnésium

Les alliages de magnésium sont prisés dans le transport, la technologie spatiale et d'autres secteurs pour leur faible densité, bon rapport résistance/poids, bonne absorption des chocs, bonne conductivité électrique et thermique, et bonne aptitude au traitement.

Avec le développement économique et technologique, diverses technologies de traitement de surface s'appliquent aux alliages de magnésium, élargissant leur champ d'application, prolongeant leur durée de vie et optimisant leurs performances.

La faible résistance à la corrosion reste le principal frein à leur utilisation plus large. La cause : l'incapacité à former un film protecteur efficace en surface, et leur rôle d'anode au contact d'autres métaux.

Pour prévenir efficacement la corrosion, un traitement de surface s'impose. Cette technologie, simple et économique, offre une protection efficace. Un revêtement dense, uniforme et bien adhérent réduit significativement le taux de corrosion.

Les technologies courantes de traitement de surface des alliages de magnésium incluent : l'électrolyse, le dépôt chimique, la conversion chimique, l'anodisation et l'oxydation par micro-arc.

1. Revêtement de Conversion Chimique

Le revêtement de conversion chimique résulte de la réaction entre les atomes de la surface métallique et les anions du milieu, formant une couche de séparation bien adhérente. Cette couche d'isolation composée est le revêtement de conversion chimique.

On distingue les revêtements de conversion organiques et inorganiques. Ces derniers sont nombreux : chromate, phosphate, sels de terres rares, stannate, permanganate de potassium.

Les films de conversion organiques comprennent les films de conversion de composés métalliques-organiques, d'acides organiques, et les monocouches auto-assemblées. Le revêtement de conversion chimique des alliages de magnésium étant relativement fin et mou, il est rarement utilisé seul et sert généralement de protection intermédiaire.

(1) Film de Conversion Inorganique

La conversion chromate est la plus mature. Elle retarde l'apparition de la rouille et améliore la résistance à la corrosion.

Bien que les revêtements de conversion contenant du chrome offrent une meilleure protection anticorrosion et supportent des températures plus élevées, le Cr(VI) qu'ils contiennent est toxique, le traitement des effluents coûteux et polluant. Ils sont progressivement remplacés par des méthodes de conversion chimique sans chrome, respectueuses de l'environnement.

Les traitements de conversion sans chrome incluent principalement : phosphate, manganate, molybdate, stannate, sels d'acides organiques, passivation aux terres rares, et méthodes de conversion composites.

(2) Film de Conversion de Composés Organiques

Le traitement organique des alliages de magnésium est un nouveau procédé de conversion sans chrome améliorant la résistance à la corrosion. Le film de conversion offre : bonne résistance à la corrosion, respect de l'environnement, non-toxicité, matières premières accessibles, faible coût. On distingue trois catégories : revêtements de conversion de composés organométalliques, de composés d'acides organiques, et monocouches auto-assemblées.

• Revêtement de Conversion Organométallique

Après réaction du composé organique avec l'atome métallique, il protège efficacement le substrat d'alliage de magnésium, améliorant significativement sa résistance à la corrosion.

• Film de Conversion de Composés d'Acides Organiques

Le procédé de conversion à l'oxalate se caractérise par une faible toxicité et peu de pollution. Dans des conditions optimisées, le revêtement est composé de particules uniformes, petites et denses, avec une bonne adhérence et résistance à la corrosion, répondant aux normes d'utilisation.

• Monocouches Auto-Assemblées

Une monocouche auto-assemblée est une monocouche bidimensionnelle ordonnée et compacte formée par adsorption spontanée de molécules organiques sur une surface solide en solution ou phase gazeuse. Elle offre : bonne résistance à la corrosion, ordre et orientation élevés, compactage dense, faibles défauts, structure stable. Sa structure et ses propriétés dépendent de nombreux facteurs : propriétés de la solution (concentration, pH), propriétés des molécules assemblées, temps d'immersion, solvant, etc.

2. Revêtement Cermet

Un revêtement métallique est déposé sur la surface de l'alliage de magnésium par projection thermique, dépôt en phase vapeur, etc., pour atteindre les objectifs anticorrosion et décoratifs.

(1) Dépôt en Phase Vapeur

Les techniques de dépôt en phase vapeur se divisent en dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et dépôt physique en phase vapeur (PVD). Elles utilisent des processus physico-chimiques en phase gazeuse pour modifier la composition de surface de la pièce et former un revêtement métallique ou composé aux propriétés spéciales (couches superdures résistantes à l'usure, propriétés optiques/électriques particulières). Le dépôt en phase vapeur est une technologie moderne de renforcement de surface de moules, cruciale pour améliorer la résistance à l'usure et à la corrosion des pièces mécaniques.

Le dépôt en phase vapeur recouvre généralement la surface de la pièce d'une couche d'éléments du groupe de transition (titane, vanadium, chrome, zirconium, molybdène, tantale, niobium, hafnium) et de composés avec carbone, azote, oxygène, bore, d'une épaisseur d'environ 0,5 à 10 µm.

(2) Projection Thermique

La technologie de projection thermique chauffe le matériau de revêtement à l'état fondu ou semi-fondu, puis le projette à grande vitesse sur le substrat prétraité pour former un revêtement.

Elle crée une surface de travail spéciale sur des matériaux courants. Selon les matériaux de revêtement, on obtient une ou plusieurs propriétés : résistance à l'usure, à l'oxydation, à la corrosion, à la chaleur.

Le traitement de surface par projection thermique sur alliage de magnésium consiste à projeter de fines gouttelettes de revêtement (métal, céramique, polymère) en état fondu ou semi-fondu pour former un dépôt.

3. Alliage de Surface par Laser

L'alliage par laser désigne le processus de fusion rapide, solidification et formation de nouveaux alliages en surface pour modifier les propriétés physico-chimiques par l'effet thermique de l'interaction laser-matière solide. La technologie de modification de surface par laser pour le traitement anticorrosion des alliages de magnésium est largement utilisée.

4. Implantation Ionique

L'implantation ionique consiste à injecter des ions à haute énergie accélérés dans un matériau sous vide sous l'action d'un champ électrostatique. Les ions implantés occupent des positions de substitution ou interstitielles dans la solution solide, formant une couche de surface de structure d'équilibre.

5. Diffusion Thermique

La technologie de diffusion thermique obtient un revêtement sur la surface de l'alliage de magnésium en le mettant en contact avec une poudre de revêtement pour un traitement thermique.

Conclusion

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