Qu'est-ce que le placage métallique ? - Définition, types et avantages

Qu'est-ce que le placage métallique ?

Le placage métallique est une fine couche de métal qui a été ajoutée à l'extérieur d'un matériau. C'est un procédé 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 également essentiel pour la technologie moderne.

Le placage est utilisé pour décorer des objets, pour l'inhibition de la corrosion, pour améliorer la soudabilité, pour durcir, pour améliorer la portabilité, pour réduire le frottement, pour améliorer l'adhérence de la peinture, pour modifier la conductivité, pour améliorer la réflectivité IR, pour la protection contre les rayonnements et à d'autres fins. Les bijoux utilisent généralement le placage pour donner une finition argentée ou dorée.

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

Il existe plusieurs méthodes de placage et de nombreuses variantes. Dans un procédé, une surface solide est recouverte d'une feuille de métal, puis de la chaleur et de la pression sont appliquées pour les fusionner. D'autres techniques de placage comprennent la galvanoplastie, le dépôt en phase vapeur 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 placage métallique

Le placage métallique offre de nombreux avantages aux produits fabriqués à partir de métal et d'autres matériaux. Ceci est principalement réalisé par galvanoplastie, qui nécessite un courant électrique, ou par placage autocatalytique, qui est dans un processus chimique autocatalytique. Ces techniques, ainsi que quelques autres, offrent un ou plusieurs des avantages suivants :

• Amélioration de la résistance à la corrosion
• Attrait décoratif
• Amélioration de la soudabilité
• Dureté améliorée
• Frottement réduit
• Conductivité altérée
• Adhésion de la peinture améliorée
• Dépôt de matériel
• Augmentation du magnétisme

Types de placage métallique

Il existe de nombreux types de placage métallique, comme décrit ci-dessous :

• Galvanoplastie
• Placage autocatalytique
• Placage par immersion
• Carburation
• Dépôt physique en phase vapeur
• Revêtement par pulvérisation plasma

1. Galvanoplastie

La galvanoplastie est la méthode de placage la plus courante. La galvanoplastie utilise un courant électrique pour dissoudre des particules métalliques 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 alors placé dans cette solution, et les particules métalliques dissoutes sont attirées à la surface du matériau. La galvanoplastie donne un revêtement lisse, uniforme et rapide pour le matériau qui est plaqué, modifiant efficacement la surface du matériau.

Il existe un certain nombre d'étapes et de processus différents qui peuvent être impliqués dans la galvanoplastie, y compris le nettoyage, la frappe, le dépôt électrochimique, la galvanoplastie par impulsions et la galvanoplastie au pinceau.

Effets :

La galvanoplastie est utilisée pour fournir un revêtement protecteur, un aspect décoratif ou pour modifier les propriétés d'un matériau pour l'ingénierie. La galvanoplastie améliore les propriétés chimiques, physiques et mécaniques de la pièce, ce qui affecte ses performances lors de l'usinage.

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 soudabilité, la conductivité ou la réflectivité.

2. Placage autocatalytique

Le placage autocatalytique est ainsi appelé car il s'agit d'une méthode de placage qui n'utilise pas d'énergie électrique externe. Le placage autocatalytique implique une réaction chimique qui induit une réduction des atomes métalliques.

En d'autres termes, la solution d'ions métalliques (particules) lorsqu'elle est mélangée à un agent réducteur est convertie en un solide métallique lorsqu'elle entre en contact avec le métal catalyseur (qui déclenche la réaction). Il en résulte que le métal est plaqué avec une couche solide du métal de placage.

Effets

Le placage autocatalytique ou autocatalytique convient à diverses tailles et formes de matériaux et ne nécessite pas d'électricité externe ni de bains de placage, ce qui réduit les coûts. Cependant, le placage autocatalytique est plus lent, ne peut pas créer de plaques épaisses et est plus difficile à contrôler que la galvanoplastie.

La méthode la plus courante de placage autocatalytique est le nickelage autocatalytique. Cependant, le placage d'argent, d'or et de cuivre peut également être appliqué avec cette technique.

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

3. Placage par immersion

Le placage par immersion consiste à immerger un métal dans une solution d'ions métalliques provenant d'un métal plus noble. Les ions du métal le plus noble sont plus stables, et il y a donc une "attraction" naturelle pour déplacer les ions métalliques de surface du métal le 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 moins de métaux nobles avec des métaux plus nobles. Les métaux nobles sont des métaux chimiquement inertes. Par exemple, or, platine ou argent.

Effets

Le placage par immersion n'entraîne qu'une fine couverture de placage, après quoi le processus de placage s'arrête. Le placage par immersion semble également avoir une qualité d'adhérence plus faible, où le placage ne "colle" pas aussi fermement au métal de base.

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

4. Carburation

Également connue sous le nom de cémentation, la carburation est un processus de traitement thermique qui produit une surface résistante à l'usure tout en maintenant la résistance du noyau. Habituellement appliqué à l'acier à faible teneur en carbone après usinage, ainsi qu'à haute teneur en carbone, permet les engrenages, les roulements, etc.

La carburation est adaptée aux formes complexes de matériaux à moindre coût qui peuvent être usinés facilement pour donner une surface très dure. Le processus consiste à chauffer la pièce dans un four à fosse ou un four à atmosphère scellée.

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

5. Dépôt physique en phase vapeur (PVD)

Le PVD est une famille de procédés de revêtement dans lesquels des films minces sont déposés sur le substrat. Dans le processus de dépôt physique en phase vapeur, les matériaux de revêtement solides tels que le titane, le chrome ou l'aluminium sont évaporés par la chaleur ou par bombardement d'ions.

Au cours du 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 sous la forme d'un revêtement très fin. Il en résulte une liaison extrêmement forte entre le revêtement et la partie métallique.

Certains des avantages du PVD sont; surface très dure et résistante à la corrosion, résistance aux hautes températures et bonne résistance aux chocs.

Idéal pour une large gamme d'applications :

• Aéronautique
• Automobile
• Outils de coupe
• Médical
• Armes à feu
• Optique
• Films fins tels que vitres teintées, emballages alimentaires

6. Revêtement par pulvérisation au plasma

Le revêtement par pulvérisation au plasma est l'un des types de placage métallique les moins connus. Dans ce processus de placage, également connu sous le nom de pulvérisation thermique, un matériau fondu ou ramolli à la chaleur est pulvérisé 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 de chaleur), il est rapidement chauffé puis accéléré à une vitesse élevée 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 de structure, pour assurer une protection contre les températures très élevées, par exemple dans la gestion de la chaleur des gaz d'échappement. Il offre également une résistance à la corrosion et à l'usure. Le revêtement peut également modifier l'apparence et les propriétés électriques de la pièce.

Métaux utilisés pour 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 galvanisé, l'élément est appliqué par le procédé de shérardisation, par trempage dans un bain fondu et par pulvérisation.

Dans le procédé électrolytique, ou procédé à froid, l'article à plaquer est installé comme 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 contrôlées avec précision.

Le processus de shérardisation est utilisé pour recouvrir de petits articles de quincaillerie tels que des vis et des clous. Les articles sont chargés dans un baril avec de la poussière de zinc et chauffés à environ 500F. Les pièces sont culbutées dans le tonneau produisant un revêtement composé d'environ 90 % de zinc et 10 % de fer.

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

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

La pulvérisation de métal, ou métallisation, utilise une flamme pour faire fondre des poudres ou des 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 également être poreux, mais comme 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 lui permet également de bien retenir la peinture.

Cadmiage

Le placage au cadmium était autrefois utilisé comme substitut du zinc et souvent plaqué sur divers articles automobiles. Les constructeurs d'avions l'ont spécifié pour ses caractéristiques de protection sacrificielle et son pouvoir lubrifiant naturel pour les composants fréquemment retirés et réinstallés.

Il était particulièrement adapté aux environnements marins où il résiste bien aux eaux douces et salées. Pour des raisons de sécurité, son utilisation comme matériau de placage a diminué au fil des ans, bien qu'il soit toujours disponible. De nombreux fabricants aérospatiaux se sont tournés vers le placage en alliage zinc-nickel.

Chromage

Le chromage sert souvent à des fins purement décoratives, mais il favorise également une résistance à la corrosion et une dureté accrues, ce qui le rend utile pour les applications industrielles où l'usure est un problème. Ici, on parle de chromage dur, et il est parfois utilisé pour rétablir les tolérances sur les pièces usées.

Le chrome est le plus souvent plaqué sur du nickel dans la production de meubles en acier, de garnitures automobiles, etc. Le nickel lui-même est généralement plaqué sur du cuivre, et la combinaison de ces trois couches d'éléments ne protège que le métal sous-jacent de la corrosion 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 obtenir une protection adéquate contre la corrosion.

Le chromage est un processus de galvanoplastie qui implique le plus souvent l'utilisation d'un acide chromique connu sous le nom de chrome hexavalent. Les bains de chrome trivalent, constitués en grande partie de sulfate de chrome ou de chlorure de chrome, sont une autre option à des fins industrielles.

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

Placage au nickel

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

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

Dans le placage autocatalytique, 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 inférieurs de phosphore permettent une soudabilité et un magnétisme plus élevés.

Placage Cuivre

Le cuivre est un autre métal de placage populaire pour les applications nécessitant une conductivité élevée et une rentabilité élevée. Le placage de cuivre sert souvent de prétraitement de revêtement de frappe pour les placages métalliques ultérieurs, comme indiqué ci-dessus.

C'est également un métal de placage populaire pour les composants électroniques tels que les cartes de circuits imprimés. L'efficacité élevée du placage et le faible coût des matériaux font du cuivre l'un des métaux les moins chers à plaquer.

Il existe trois types de processus de placage de cuivre alcalins, légèrement alcalins et acides. Des niveaux alcalins plus élevés offrent une puissance de projection supérieure mais nécessitent des densités de courant plus faibles et des précautions de sécurité renforcées. Les inspecteurs de la santé ont établi un lien entre le cyanure dans les bains de cuivre alcalins et certains risques pour la santé, il est donc important de surveiller ces niveaux.

Plaquage Or

L'or est apprécié pour sa grande résistance à l'oxydation et sa conductivité électrique. Le placage à l'or, qui diffère de la dorure en ce que l'or n'est pas une feuille, est l'un des moyens les plus simples de conférer ces caractéristiques à 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 du cuivre, le ternissement est un problème et peut être résolu le plus facilement en précédant le dépôt avec une frappe de nickel. Tenez également compte de la dureté et de la pureté de l'or lorsque vous déterminez des facteurs tels que le mélange optimal du bain et la durée d'immersion.

Placage d'argent

Comme l'or, l'argent est utilisé dans les applications de placage qui nécessitent un attrait décoratif et une conductivité électrique améliorée. En général, l'argent constitue 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 d'argent en tant que solution de placage viable incluent l'humidité et la corrosion galvanique. Plus précisément, le placage d'argent ne fonctionne pas bien pour les applications soumises à une humidité élevée, car l'argent a tendance à se fissurer et à s'écailler, ce qui peut éventuellement exposer le substrat de base.

Etain Plating

L'acier étamé est utilisé depuis longtemps pour l'emballage des aliments et des 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 (grâce au pouvoir lubrifiant fourni par l'étain) et à se souder facilement.

Un processus de passivation enduit le fer blanc d'une huile de qualité alimentaire, ce qui améliore également l'adhérence des laques. Les feuilles de fer-blanc peuvent être spécifiées avec différentes épaisseurs d'étain sur chaque face pour mieux répondre aux besoins des surfaces intérieures et extérieures des conteneurs à leurs environnements.

Le fer-blanc est également utilisé dans d'autres applications d'emballage, des pots de peinture aux pots de graisse. Le fer-blanc est presque toujours fabriqué à l'aide du procédé d'immersion à chaud. L'étamage est également utilisé dans la fabrication de composants électroniques.

Un autre placage à base d'étain, connu sous le nom de terneplate, utilisait traditionnellement un alliage étain-plomb comme inhibiteur de corrosion sur l'acier. Peint, le métal peut durer 90 ans s'il est régulièrement entretenu, ce qui le rend idéal pour les toits en tôle.

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 qu'une toiture en cuivre.

Placage rhodium

Le rhodium est un type de platine qui offre une résistance au ternissement, une résistance aux rayures et un aspect brillant et blanc brillant. Le placage au rhodium est également courant dans la production de bijoux, en particulier dans les situations où l'or blanc nécessite un placage. L'argent, le platine et le cuivre sont également des métaux de base populaires pour le rhodiage.

L'un des inconvénients du placage au rhodium est que la barrière protectrice du rhodium finira par s'user dans les applications soumises à des niveaux d'usure élevés. Cela peut éventuellement entraîner une décoloration et nécessitera probablement un deuxième tour de placage après quelques années.