Les matériaux métalliques couramment utilisés comprennent l'acier inoxydable, l'alliage d'aluminium, les profilés en aluminium pur, l'alliage de zinc, le laiton, etc. Cet article se concentre principalement sur l'aluminium et ses alliages, en présentant plusieurs procédés de traitement de surface courants qui leur sont appliqués.
L'aluminium et ses alliages se caractérisent par leur facilité d'usinage, la richesse des traitements de surface possibles et un rendu esthétique de qualité, ce qui explique leur utilisation répandue dans de nombreux produits. J'ai vu une vidéo montrant comment le boîtier d'un ordinateur portable Apple est usiné à partir d'une seule pièce d'alliage d'aluminium grâce à des machines à commande numérique (CNC), puis soumis à de multiples traitements de surface, notamment le fraisage CNC, le polissage, le fraisage haute brillance et le tréfilage.
Pour l'aluminium et les alliages d'aluminium, le traitement de surface comprend principalement le fraisage/découpe à haute brillance, le sablage, le polissage, le tréfilage, l'anodisation, la pulvérisation, etc.
1. Fraisage/découpe à haute brillance
L'usinage CNC de haute précision permet de réaliser des finitions sur des pièces en aluminium ou en alliage d'aluminium, créant ainsi des zones brillantes localisées en surface. Par exemple, certaines coques de téléphones portables sont fraisées avec un chanfrein circulaire brillant, tandis que de petites pièces métalliques sont usinées avec une ou plusieurs rainures droites peu profondes et brillantes pour accentuer l'éclat de leur surface. Ce procédé de fraisage à haute brillance est également utilisé pour certains cadres de téléviseurs haut de gamme. Lors de ce procédé, la vitesse de la fraise est un paramètre crucial : plus elle est élevée, plus les zones de finition sont brillantes. À l'inverse, une vitesse trop faible ne produit aucun effet brillant et risque de laisser apparaître des marques d'outil.
2. Sablage
Le sablage consiste à projeter du sable à grande vitesse sur les surfaces métalliques pour les nettoyer et les rendre rugueuses. Ce procédé permet d'obtenir un certain degré de propreté et de rugosité sur les pièces en aluminium et en alliage d'aluminium. Il améliore non seulement les propriétés mécaniques et la résistance à la fatigue de la surface, mais aussi l'adhérence entre la surface d'origine et le revêtement. Ceci est bénéfique pour la durabilité du film de revêtement, ainsi que pour son planéité et son aspect. Sur certains produits, l'effet obtenu par sablage, avec un aspect argenté nacré mat, est particulièrement esthétique, car il confère au métal une texture mate plus subtile.
3. Polissage
Le polissage désigne le procédé qui utilise des effets mécaniques, chimiques ou électrochimiques pour réduire la rugosité de surface d'une pièce et obtenir ainsi une surface brillante et plane. Le polissage de la coque d'un produit ne vise généralement pas à améliorer la précision dimensionnelle ou géométrique de la pièce (puisque l'assemblage n'est pas envisagé), mais à obtenir une surface lisse ou un aspect brillant comme un miroir.
Les procédés de polissage comprennent principalement le polissage mécanique, chimique, électrolytique, ultrasonique, par fluide et par abrasion magnétique. Dans de nombreux produits de consommation, les pièces en aluminium et en alliage d'aluminium sont souvent polies mécaniquement et électrolytiquement, ou par une combinaison de ces deux méthodes. Après polissage, la surface de ces pièces peut acquérir un aspect similaire à celui de l'acier inoxydable poli miroir. Ce type de polissage confère généralement une impression de simplicité, d'élégance et de raffinement, suscitant un véritable attachement au produit. Il est cependant essentiel de résoudre le problème des traces de doigts sur les surfaces polies miroir.
4. Anodisation
Dans la plupart des cas, les pièces en aluminium (y compris l'aluminium et ses alliages) ne se prêtent pas au traitement électrolytique et ne sont donc pas traitées par ce procédé. On utilise plutôt des méthodes chimiques telles que l'anodisation pour le traitement de surface. Le traitement électrolytique des pièces en aluminium est beaucoup plus difficile et complexe que celui appliqué à des métaux comme l'acier, les alliages de zinc et le cuivre. La principale raison est que les pièces en aluminium ont tendance à former une couche d'oxyde sur l'oxygène, ce qui nuit considérablement à l'adhérence du revêtement. De plus, lors de l'immersion dans l'électrolyte, le potentiel d'électrode négatif de l'aluminium est susceptible d'être déplacé par des ions métalliques à potentiel relativement positif, ce qui affecte également l'adhérence de la couche de revêtement. Le coefficient de dilatation des pièces en aluminium est supérieur à celui des autres métaux, ce qui influe sur la force de liaison entre le revêtement et les pièces. Enfin, l'aluminium est un métal amphotère, donc peu stable dans les solutions de traitement électrolytique acides et alcalines.
L'oxydation anodique désigne l'oxydation électrochimique des métaux ou alliages. Prenons l'exemple de l'aluminium et des produits en alliage d'aluminium (ci-après dénommés « produits en aluminium »). Ces produits sont placés dans un électrolyte adapté, servant d'anode. Sous certaines conditions et en présence d'un courant électrique, une couche d'oxyde d'aluminium se forme à leur surface. Cette couche améliore la dureté et la résistance à l'usure, renforce la résistance à la corrosion et, grâce à la capacité d'adsorption des nombreux micropores présents dans la fine couche d'oxyde, colore la surface des produits en aluminium en une variété de teintes éclatantes et attrayantes, enrichissant ainsi leur esthétique. L'anodisation est un procédé largement utilisé pour les alliages d'aluminium.
L'anodisation permet également de colorer une zone spécifique d'un produit, comme dans le cas de l'anodisation bicolore. Ainsi, l'aspect métallique du produit reflète la différence de ces deux couleurs et met en valeur son caractère unique et raffiné. Cependant, le procédé d'anodisation bicolore est complexe et coûteux.
5. Traitement au fil
Le tréfilage est un procédé relativement éprouvé qui permet de créer des lignes régulières à la surface des pièces métalliques par meulage, afin d'obtenir des effets décoratifs. Ce procédé met en valeur la texture du métal et est largement utilisé dans de nombreux produits. C'est une méthode de traitement de surface courante et appréciée. Par exemple, on retrouve fréquemment le tréfilage sur des pièces telles que les extrémités des axes de fixation des lampes de bureau, les poignées de porte, les plaques de serrure, les panneaux de commande des petits appareils électroménagers, les plaques de cuisson en acier inoxydable, les panneaux d'ordinateurs portables, les capots de projecteurs, etc. Le tréfilage permet d'obtenir un aspect satiné, ainsi que d'autres finitions adaptées à ce procédé.
Selon les différents effets de surface recherchés, le tréfilage peut être classé en tréfilage à fil droit, à fil désordonné, à fil spiralé, etc. L'effet de ligne obtenu varie considérablement. Grâce à cette technique, de fines marques de fil sont clairement visibles sur la surface des pièces métalliques. Visuellement, on peut le décrire comme un fin éclat brillant sur un métal mat, conférant au produit une allure à la fois technologique et moderne.
6. Pulvérisation
Le traitement de surface par pulvérisation sur les pièces en aluminium vise non seulement à protéger leur surface, mais aussi à en améliorer l'aspect. Les principaux procédés de pulvérisation comprennent le revêtement électrophorétique, la pulvérisation électrostatique de poudre, la pulvérisation électrostatique en phase liquide et la pulvérisation de fluorocarbone.
La pulvérisation électrophorétique peut être combinée à l'anodisation. Le prétraitement d'anodisation vise à éliminer la graisse, les impuretés et la couche d'oxyde naturelle de la surface des pièces en aluminium, et à former un film d'anodisation uniforme et de haute qualité sur une surface propre. Après l'anodisation et la coloration électrolytique des pièces en aluminium, un revêtement électrophorétique est appliqué. Ce revêtement est uniforme et mince, très transparent, résistant à la corrosion et aux intempéries, et présente une bonne adhérence à la texture du métal.
La projection électrostatique de poudre est un procédé de pulvérisation de revêtement en poudre sur la surface de pièces en aluminium à l'aide d'un pistolet de projection, formant ainsi une couche de film polymère organique. Ce revêtement joue principalement un rôle protecteur et décoratif. Le principe de fonctionnement de la projection électrostatique de poudre consiste à appliquer une haute tension négative au pistolet de projection, à mettre à la terre la pièce à revêtir, et à créer un champ électrostatique de haute tension entre le pistolet et la pièce. Ce champ favorise la projection de la poudre.
La pulvérisation électrostatique en phase liquide désigne le procédé de traitement de surface consistant à appliquer des revêtements liquides sur la surface de profilés en alliage d'aluminium à l'aide d'un pistolet de pulvérisation électrostatique afin de former un film polymère organique protecteur et décoratif.
La pulvérisation de fluorocarbone, également appelée « peinture à l'huile de curium », est un procédé haut de gamme et onéreux. Les pièces ainsi traitées présentent une excellente résistance à la décoloration, au gel, aux pluies acides et à la corrosion, une grande résistance aux fissures et aux UV, et peuvent supporter les conditions climatiques les plus extrêmes. Les revêtements fluorocarbonés de haute qualité offrent un éclat métallique, des couleurs vives et un rendu tridimensionnel saisissant. Le procédé de pulvérisation de fluorocarbone est relativement complexe et nécessite généralement plusieurs applications. Avant la pulvérisation, une série de prétraitements, tout aussi complexes et exigeants, est indispensable.
Date de publication : 7 mai 2024