Revêtement Métallique Expliqué : Types, Avantages et Applications

Qu'est-ce que le Revêtement Métallique ?

Le revêtement métallique est une fine couche de métal qui a été ajoutée à l'extérieur d'un matériau. C'est un processus de revêtement de surface par lequel un métal est déposé sur une surface conductrice. Le placage a été fait pendant des centaines d'années ; il est aussi critique pour la technologie moderne.

Le placage est utilisé pour décorer des objets, pour l'inhibition de la corrosion, pour améliorer la brasabilité, pour durcir, pour améliorer la résistance à l'usure, pour réduire la friction, pour améliorer l'adhérence de la peinture, pour altérer la conductivité, pour améliorer la réflectivité IR, pour le blindage contre les radiations, et pour d'autres fins. La bijouterie utilise généralement le placage pour donner une finition argent ou or.

Le dépôt de film mince a plaqué des objets aussi petits qu'un atome, donc le placage trouve des utilisations en nanotechnologie.

Il y a plusieurs méthodes de placage et de nombreuses variations. Dans une méthode, une surface solide est recouverte d'une feuille de métal, et ensuite la chaleur et la pression sont appliquées pour les fusionner. D'autres techniques de placage incluent l'électrolyse, le dépôt sous vide, et le dépôt par pulvérisation cathodique. Récemment, le placage fait souvent référence à l'utilisation de liquides. La métallisation fait référence au revêtement de métal sur des objets non métalliques.

Avantages du Revêtement Métallique

Le revêtement métallique fournit de nombreux avantages aux produits faits de métal et d'autres matériaux. Cela est principalement réalisé par l'électrolyse, qui nécessite un courant électrique, ou par le placage chimique, qui est un processus chimique autocatalytique. Ces techniques, ainsi que quelques autres, résultent en un ou plusieurs des avantages suivants :

• Résistance à la corrosion améliorée
• Attrait décoratif
• Brasabilité accrue
• Dureté améliorée
• Friction réduite
• Conductivité altérée
• Adhérence de la peinture améliorée
• Dépôt de matériau
• Magnétisme accru

Types de Revêtement Métallique

Il y a de nombreux types différents de revêtement métallique comme décrit ci-dessous :

• Électrolyse
• Placage Chimique (Électroless)
• Placage par Immersion
• Cémentation (Carburation)
• Dépôt Physique en Phase Vapeur (PVD)
• Revêtement par Projection Plasma

1. Électrolyse

L'électrolyse est la méthode la plus courante de placage. L'électrolyse utilise un courant électrique pour dissoudre des particules de métal chargées positivement (ions) dans une solution chimique. Les ions métalliques chargés positivement sont attirés par le matériau à plaquer, qui est le côté chargé négativement du circuit.

La pièce ou le produit à plaquer est ensuite placé dans cette solution, et les particules de métal dissoutes sont attirées vers la surface du matériau. L'électrolyse résulte en un revêtement lisse, uniforme et rapide pour le matériau plaqué, changeant efficacement la surface du matériau.

Il y a un certain nombre de différentes étapes et processus qui peuvent être impliqués dans l'électrolyse, y compris le nettoyage, l'amorçage, le dépôt électrochimique, l'électrolyse pulsée, et l'électrolyse au pinceau.

Effets :

L'électrolyse est utilisée pour fournir un revêtement protecteur, une apparence décorative, ou pour changer les propriétés d'un matériau pour l'ingénierie. L'électrolyse améliore les propriétés chimiques, physiques et mécaniques de la pièce ce qui affecte la façon dont elle performe quand elle est usinée.

Le placage de la pièce peut être utilisé pour la construire à partir d'une taille plus petite, la rendre plus facile à usiner, et augmenter la brasabilité, la conductivité, ou la réflectivité.

2. Placage Chimique (Électroless)

Le placage chimique est ainsi appelé parce que c'est une méthode de placage qui n'utilise pas de puissance électrique externe. Le placage chimique implique une réaction chimique qui induit la réduction des atomes de métal.

En d'autres termes, la solution d'ions métalliques (particules) quand elle est mélangée avec un agent réducteur est convertie en un métal solide quand ils entrent en contact avec le métal catalyseur (qui déclenche la réaction). Cela résulte en le métal étant plaqué avec une couche solide du métal de placage.

Effets

Le placage chimique ou autocatalytique est approprié pour des tailles et formes diverses de matériaux et ne nécessite pas d'électricité externe ou de bains de placage, ce qui réduit les coûts. Cependant, le placage chimique est plus lent, ne peut pas créer des plaques épaisses, et est plus difficile à contrôler que l'électrolyse.

La méthode la plus courante de placage autocatalytique est le placage chimique au nickel. Cependant, le placage en argent, or et cuivre peut aussi être appliqué avec cette technique.

Les effets du placage chimique sur le produit final incluent la protection du métal de base contre la corrosion, l'augmentation de la taille de la pièce, et l'altération de la brasabilité, réflectivité et conductivité.

3. Placage par Immersion

Le placage par immersion implique d'immerger un métal dans une solution d'ions métalliques d'un métal plus noble. Les ions du métal plus noble sont plus stables, et il y a donc une « traction » naturelle pour déplacer les ions de surface du métal moins noble avec une fine couche d'ions du métal plus noble.

Le placage par immersion est un processus plus lent, et ne peut être utilisé que pour plaquer des métaux moins nobles avec des métaux plus nobles. Les métaux nobles sont des métaux qui sont chimiquement inertes. Par exemple, l'or, le platine ou l'argent.

Effets

Le placage par immersion résulte en seulement une fine couverture de placage, après quoi le processus de placage s'arrêtera. Le placage par immersion semble aussi être d'une qualité d'adhérence plus pauvre, où le placage ne « colle » pas aussi fermement au métal de base.

Les effets du placage par immersion sur le produit final incluent une résistance à la corrosion améliorée, une conductivité électrique altérée, une apparence changée, une dureté plus grande, une tolérance au couple, et des capacités de liaison modifiées.

4. Cémentation (Carburation)

Aussi connu sous le nom de trempe de surface, la cémentation est un processus de traitement thermique qui produit une surface résistante à l'usure tout en maintenant la résistance du cœur. Généralement appliqué à l'acier à faible teneur en carbone après usinage, ainsi que les engrenages à haut alliage, roulements, etc.

La cémentation convient aux formes complexes de matériaux à coût inférieur qui peuvent être usinés facilement pour donner une surface très dure. Le processus implique de chauffer la pièce soit dans un four à creuset, soit dans un four à atmosphère scellée.

Ensuite, les gaz de cémentation (généralement le monoxyde de carbone mais aussi le cyanure de sodium et le carbonate de baryum) sont introduits à température, avec la chaleur et la température affectant la profondeur de diffusion du carbone. La pièce est ensuite soit refroidie lentement pour trempe ultérieure, soit trempée directement dans l'huile.

5. Dépôt Physique en Phase Vapeur (PVD)

Le PVD est une famille de processus de revêtement dans lesquels des films minces sont déposés sur le substrat. Dans le processus de dépôt physique en phase vapeur, un matériau de revêtement solide tel que le titane, le chrome ou l'aluminium est évaporé par la chaleur ou par bombardement avec des ions.

Pendant le processus, un gaz réactif tel que l'azote est introduit, formant un composé avec la vapeur de métal et se déposant sur la surface du métal comme un revêtement très mince. Cela résulte en une liaison extrêmement forte entre le revêtement et la pièce métallique.

Quelques avantages du PVD sont ; surface très dure et résistante à la corrosion, résistance aux hautes températures, et bonne résistance à l'impact.

Idéal pour une large gamme d'applications :

• Aérospatiale
• Automobile
• Outils de Coupe
• Médical
• Armes à Feu
• Optique
• Films minces tels que teinture de fenêtres, emballage alimentaire

6. Revêtement par Projection Plasma

Le revêtement par projection plasma est l'un des types de revêtement métallique moins connus. Dans ce processus de placage, aussi connu sous le nom de projection thermique, du matériau fondu ou ramolli par la chaleur est projeté sur une surface pour fournir le revêtement.

Le matériau de revêtement est injecté dans une flamme plasma à très haute température (jusqu'à 10 000 K en chaleur), il est rapidement chauffé et ensuite accéléré à une haute vélocité sur la surface de la pièce et refroidit rapidement pour former un revêtement sur la surface de la pièce.

Le processus produit un revêtement, généralement sur des matériaux structuraux, pour fournir une protection contre des températures très élevées, par exemple dans la gestion de la chaleur d'échappement. Il fournit aussi une résistance à la corrosion et à l'usure. Le revêtement peut aussi changer l'apparence et les propriétés électriques de la pièce.

Métaux Utilisés dans le Placage

Placage au Zinc

Le zinc est un matériau peu coûteux qui est utilisé pour fournir un revêtement galvanisé sur de nombreux substrats métalliques. En plus d'être électrolytique, l'élément est appliqué par le procédé de shérardisation, par trempage dans un bain fondu, et par pulvérisation.

Dans le processus électrolytique, ou à froid, l'article à plaquer est mis en place comme une cathode dans un bain électrolytique de sels de zinc solubles avec une anode de zinc métallique. Le processus produit un revêtement hautement ductile de zinc pur dont l'épaisseur et l'uniformité peuvent être précisément contrôlées.

Le processus de shérardisation est utilisé pour recouvrir de petits articles de quincaillerie tels que vis et clous. Les articles sont chargés dans un baril avec de la poudre de zinc et chauffés à environ 260 °C. Les pièces sont culbutées dans le baril produisant un revêtement qui est d'environ 90 % de zinc et 10 % de fer.

Le zinc fondu peut aussi être appliqué par trempage ou par revêtement manuel d'articles plus grands. Parfois, une petite quantité d'aluminium est ajoutée au bain pour améliorer la fluidité et améliorer le revêtement de formes bizarres.

De même, un petit pourcentage d'étain dans le bain aide à obtenir un revêtement uniforme du substrat et une finition améliorée. Le processus de trempage à chaud produit une couche d'alliage zinc-fer adjacente au métal de base qui peut être quelque peu fragile et affecter l'adhérence des couches extérieures.

La pulvérisation métallique, ou métallisation, utilise une flamme pour fondre des poudres ou fils métalliques et les projeter sur une surface de substrat, produisant une liaison mécanique entre le revêtement et le métal de base. La surface du métal de base doit être quelque peu rugueuse pour que la liaison mécanique ait lieu mais des revêtements assez épais peuvent être appliqués de cette manière.

Les revêtements peuvent être poreux aussi, mais parce que le zinc est anodique au fer et à l'acier, cela n'affecte pas la capacité du revêtement à repousser la corrosion. La nature poreuse du métal pulvérisé le rend aussi bon pour retenir la peinture.

Placage au Cadmium

Le placage au cadmium a été à un moment utilisé comme substitut au zinc et souvent plaqué sur des articles automobiles divers. Les fabricants d'avions le spécifiaient pour ses caractéristiques de protection sacrificielle et sa lubrification naturelle pour les composants qui étaient fréquemment enlevés et réinstallés.

Il était particulièrement adapté aux environnements marins où il tient bien contre l'eau douce et salée. En raison de préoccupations de sécurité, son utilisation comme matériau de placage a diminué au fil des ans bien qu'il soit encore disponible. De nombreux fabricants aérospatiaux se sont tournés vers le placage d'alliage zinc-nickel.

Placage au Chrome

Le placage au chrome sert souvent un but purement décoratif mais il favorise aussi une résistance à la corrosion et une dureté accrues, le rendant utile pour les applications industrielles où l'usure est une préoccupation. Ici, il est appelé placage au chrome dur, et il est parfois utilisé pour restaurer les tolérances sur des pièces usées.

Le chrome est le plus souvent plaqué sur le nickel dans la production de meubles en acier, garnitures automobiles, etc. Le nickel lui-même est généralement plaqué sur le cuivre, et la combinaison de ces trois couches d'éléments ne protège le métal sous-jacent de la corrosion qu'en excluant l'air et l'humidité ; c'est-à-dire qu'il n'y a pas d'action anodique. Ainsi, le placage doit être correctement appliqué pour atteindre une protection contre la corrosion appropriée.

Le placage au chrome est un processus d'électrolyse qui implique le plus souvent l'utilisation d'un acide chromique connu sous le nom de chrome hexavalent. Les bains de chrome trivalent, qui consistent largement en sulfate de chrome ou chlorure de chrome, sont une autre option pour des fins industrielles.

Le chromate est parfois appliqué sur le placage au zinc pour protéger le zinc et, dans certains cas, changer la couleur du métal, comme, par exemple, placage zinc vert ou noir.

Placage au Nickel

Le nickel est un métal de placage populaire, surtout parce qu'il est utile dans le placage chimique. Le placage au nickel recouvre souvent les produits ménagers tels que poignées de porte, couverts et appareils de douche pour une décoration et une résistance à l'usure améliorées.

Les plaques de nickel se lient couramment avec le cuivre et l'aluminium, mais fonctionnent aussi sur une grande variété de métaux et servent de placages sous-jacents pour le chrome.

Dans le placage chimique, un alliage nickel-phosphore est utilisé. Le pourcentage de phosphore dans la solution peut varier entre 2 et 14 %. Des niveaux plus élevés de phosphore améliorent la dureté et la résistance à la corrosion. Des niveaux plus bas de phosphore permettent une brasabilité et un magnétisme plus élevés.

Placage au Cuivre

Le cuivre est un autre métal de placage populaire pour les applications qui nécessitent une haute conductivité et une rentabilité. Le placage au cuivre sert souvent de revêtement d'amorçage pour les placages métalliques subséquents, comme discuté ci-dessus.

C'est aussi un métal de placage populaire pour les composants électroniques tels que les circuits imprimés. Une haute efficacité de placage et un faible coût de matériau font du cuivre l'un des métaux les moins chers à plaquer.

Il y a trois types de processus de placage au cuivre alcalin, légèrement alcalin et acide. Des niveaux alcalins plus élevés délivrent une puissance de projection supérieure mais nécessitent des densités de courant plus faibles et des précautions de sécurité accrues. Les inspecteurs de santé ont lié le cyanure dans les bains de cuivre alcalins à certains risques pour la santé, donc il est important de surveiller ces niveaux.

Placage à l'Or

L'or est prisé pour sa haute résistance à l'oxydation et sa conductivité électrique. Le placage à l'or, qui diffère du dorure en ce que l'or n'est pas une feuille, est l'un des moyens les plus simples d'impartir ces caractéristiques sur des métaux tels que le cuivre et l'argent. Le processus est souvent utilisé pour la décoration de bijoux et pour améliorer la conductivité des pièces électroniques telles que les connecteurs électriques.

Lors du placage à l'or sur le cuivre, le ternissement est un problème et peut le plus facilement être résolu en précédant le dépôt avec une frappe de nickel. Aussi, considérez la dureté et la pureté de l'or lors de la détermination de facteurs tels que le mélange de bain optimal et la longueur d'immersion.

Placage à l'Argent

Comme l'or, l'argent est utilisé dans les applications de placage qui font appel à l'attrait décoratif et à la conductivité électrique améliorée. En général, l'argent sert comme une solution de placage plus rentable car il est moins cher que l'or et plaque bien le cuivre.

Les problèmes qui peuvent limiter le placage à l'argent comme une solution de placage viable incluent l'humidité et la corrosion galvanique. Spécifiquement, le placage à l'argent ne fonctionne pas bien pour les applications qui sont soumises à une humidité élevée car l'argent est sujet au fissurement et à l'écaillage, ce qui peut éventuellement exposer le substrat de base.

Placage à l'Étain

L'acier étamé a longtemps été utilisé pour l'emballage des aliments et boissons. En plus de fournir une résistance à la corrosion, l'étain est non-toxique et fournit un revêtement qui aide l'acier à se former facilement (en vertu de la lubrification que l'étain fournit) et se soude et se brase facilement.

Un processus de passivation recouvre la plaque d'étain avec de l'huile de qualité alimentaire, ce qui améliore aussi l'adhérence des laques. Les tôles de plaque d'étain peuvent être spécifiées avec différentes épaisseurs d'étain sur chaque face pour mieux adapter les besoins des surfaces de conteneur intérieures et extérieures à leurs environnements.

La plaque d'étain est utilisée dans d'autres applications d'emballage aussi, des boîtes de peinture aux boîtes de graisse. La plaque d'étain est presque invariablement fabriquée en utilisant le processus de trempage à chaud. Le placage à l'étain est aussi utilisé dans la fabrication de composants électroniques.

Un autre placage à base d'étain, connu sous le nom de terni, utilisait traditionnellement un alliage étain-plomb comme inhibiteur de corrosion sur l'acier. Peint, le métal pouvait durer 90 ans si régulièrement entretenu, le rendant idéal pour l'utilisation pour les toits en étain.

Aujourd'hui, le plomb a été éliminé et l'étain est appliqué sur l'acier inoxydable pour créer une toiture résistante à la corrosion qui développe une patine adoucie. Le matériau peut durer deux fois plus longtemps que la toiture en cuivre.

Placage au Rhodium

Le rhodium est un type de platine qui fournit une résistance au ternissement, une résistance aux rayures, et une apparence blanche brillante et lustre. Le placage au rhodium est aussi commun dans la production de bijoux, surtout dans les situations où l'or blanc nécessite un placage. L'argent, le platine et le cuivre sont aussi des métaux de base populaires pour le placage au rhodium.

Un inconvénient du placage au rhodium est que la barrière protectrice de rhodium s'usera éventuellement dans les applications qui sont soumises à des niveaux élevés d'usure. Cela peut éventuellement mener à la décoloration, et nécessitera probablement un second tour de placage après quelques années.