Des revêtements multicouches très performants
La principale cause de défaillance des pièces d'ingénierie tient à des problèmes de surface comme l'adhérence insuffisante du revêtement, des fissures ou des défauts par impact. Pour lutter contre ces problèmes, de nombreux traitements de surface ont été mis au point. Ils sont généralement constitués de plusieurs couches d'épaisseur nanométrique, micrométrique ou millimétrique. Jusqu'ici, la conception de ces systèmes multicouches de surface se fondait sur l'expérience, il fallait donc mettre au point des modèles exacts et détaillés pour accélérer le processus et améliorer les performances. Les chercheurs du projet M3-2S (Multiscale modelling for multilayered surface systems), financé par l'UE, ont accompli des progrès importants dans la dynamique des molécules et la modélisation par analyse aux éléments finis. Parmi les avancées du projet, citons la découpe d'inserts pour l'usinage de barres de fer coulées et de freins en acier pour le secteur ferroviaire, des rouleaux pour le formage de feuilles d'alliage d'aluminium à destination de la joaillerie, de la médecine et de l'alimentation, et des engrenages de transmission pour divers secteurs. Les tests sur les démonstrateurs ont montré que les nouveaux revêtements multicouches renforçaient la résistance à l'usure, la capacité de charge et la durée de vie. Les chercheurs ont mis au point des systèmes de surface qui associent des revêtements avec une cémentation, améliorant notablement la résistance à l'usure et la capacité de charge. L'association de la nitruration au plasma avec des revêtements multicouches en nitrure de titane (TiN) et de chrome (CrN) a renforcé plus de 3 fois la capacité de charge et 1 000 fois la résistance à l'usure, par rapport aux revêtements monocouche actuels en TiN/CrN sur de l'acier durci. Les nouveaux revêtements multicouches peuvent renforcer la résistance à l'usure et la capacité de charge pour de nombreux produits, augmentant ainsi leur durée de vie. Ceci diminue la nécessité de remplacer des outils de coupe usés, des moules à chaud, ou des pièces de moteur et de transmission, réduisant les arrêts des machines. En outre, le fait de prolonger la durée d'usage d'outils et de composants à surface structurée minimise les risques de défaillance, économisant ainsi des ressources naturelles. L'usage d'un revêtement multicouche particulièrement dur permet aussi un usinage à sec, ce qui élimine les problèmes d'environnement liés à l'utilisation et à la mise au rebut de refroidisseurs de coupe. Enfin, les matrices recouvertes d'un revêtement multicouches aux propriétés autolubrifiantes permettent de former des tôles en se passant d'huile de lubrification. La nouvelle technique de modélisation à plusieurs échelles, mise au point par le projet M3-2S, devrait faciliter la conception de systèmes multicouches de surface pour de nombreux secteurs, préservant ainsi la compétitivité de l'Europe sur le marché de l'ingénierie de surface.
Mots‑clés
Revêtements, traitements de surface, systèmes multicouches de surface, M3-2S, résistance à l'usure, support de charges