Qu'est-ce que l'oxydation par micro-arc ? Variables de fonctionnement et de processus

« L'oxydation par micro-arc (MAO) est un procédé de traitement de surface qui améliore la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion et la dureté grâce à une couche d'oxyde semblable à de la céramique sur la surface »

Les pièces fabriquées nécessitent une finition de surface pour améliorer l'apparence et protéger les matériaux sous-jacents des conditions opérationnelles et environnementales. Parmi les nombreuses méthodes de revêtement et de traitement protecteurs, Oxydation par micro-arc est utilisé pour les matériaux non ferreux afin de former une fine couche d'oxyde de matériau de substrat. Cette couche d'oxyde dure, résistante à l'usure et à la corrosion améliore la durée de vie du produit.

Le procédé de revêtement MAO est basé sur une opération électrochimique et un traitement par étincelles avec un courant électrique à haute tension. Vous pouvez appliquer l'oxydation par microarc à l'aluminium, au zinc, au magnésium, au titane, au cuivre, etc.

Dans cet article, nous allons expliquer ce qu'est l'oxydation par micro-arc. Son procédé, ses avantages et ses applications.

Qu'est-ce que l'oxydation par micro-arc ?

Ce traitement de surface métallique est également connu sous le nom de oxydation électrolytique au plasma,  Procédé de développement de couches d'oxyde de matériau de substrat à l'aide d'un traitement électrochimique et plasma. Le procédé utilise une haute tension (jusqu'à 600 V) qui génère un arc plasma sur les électrodes de la pièce à usiner, ce qui affine la couche d'oxyde formée en une surface plus résistante. Cette couche d'oxyde durcie se développe dans les deux sens : vers l'intérieur et vers l'extérieur. 

Finition par oxydation par micro-arc 

Le revêtement en oxyde cristallin avec oxydation par micro-arc augmente la durée de vie du produit de 2 à 4 fois. Il agit comme une barrière contre les facteurs externes, l'humidité, l'exposition aux produits chimiques, les fluctuations de température, etc. Le revêtement MAO permet également l'imprégnation de différents colorants et couleurs pour personnaliser l'apparence.

Différentes industries, automobile, aérospatiale, militaire, agricole, etc. utilisent l'oxydation par microarc pour rendre leurs composants légers hautement résistants à la corrosion et à l'usure, améliorant ainsi la vie du produit et la fiabilité. L'épaisseur de ce revêtement d'oxyde durci varie en micromètres, par exemple 20, 40 ou 60 µm et plus. De plus, la dureté de surface peut être atteinte dans la plage de 1500 à 2000 HV, tandis qu'elle peut atteindre rugosité de surface (Ra) de 20 µm ou moins. 

Le principe de fonctionnement de l'oxydation par micro-arc

Le fonctionnement de l'oxydation par micro-arc repose sur des réactions électrochimiques et un traitement par arc plasma. Tout d'abord, l'électrolyse forme une couche d'oxyde. Ensuite, l'arc plasma haute tension cristallise la couche d'oxyde. On peut donc le comparer aux procédés d'anodisation, à l'exception du traitement par plasma haute tension. Il développe l'oxyde métallique de la même manière que l'anodisation et la configuration est également similaire.

Fonctionnement du procédé d'oxydation par micro-arc 

La configuration MAO :

• Source de courant: Source d'alimentation CA/CC haute tension et haute fréquence
• Électrolyte:  Solutions électrolytiques aqueuses (souvent à base de silicate)
• Anode: Pièce à usiner (alliage d'aluminium, de titane, de magnésium, etc.)
• Cathode: Contre-électrode (généralement en acier inoxydable ou en graphite)
• Système de contrôle: Surveillance et réglage par ordinateur des paramètres, tension, courant, temps, etc. 
• Réservoir de traitement : Fabriqué à partir de matériaux chimiquement inertes et résistants comme l'acier dur revêtu ou la céramique.

Ensuite, voici les étapes impliquées dans le fonctionnement de l’oxydation électrolytique au plasma ou de l’oxydation à l’arc métallique ;

Étape 1 : Processus d'oxydation du métal

Dans la première étape, les pièces dégraissées et soigneusement nettoyées sont immergées dans le bain électrochimique. La pièce est connectée comme anode et l'électrode secondaire comme cathode. Lorsque l'alimentation est sous tension (environ 200 V), la réaction anodique a lieu ; 

Le métal perd des électrons et forme des ions métalliques pendant le processus d'oxydation.

Prenons l’exemple de l’aluminium ;

Oxydation anodique de l'aluminium : Al→Al3++3e-

Ensuite, la solution électrolytique se décompose et forme de l'oxygène (O2). L'ion métallique aluminium réagit avec l'oxygène libre et crée une couche d'oxyde d'aluminium ;

2Al3++3O2−→Al2​O3​ 

Pendant ce temps, l'épaisseur de la couche d'oxyde dépend de facteurs tels que la tension appliquée, le courant, le temps de traitement, le type d'électrolyte et le type de matériau.

Étape 2 : Processus de décharge plasma

Lorsque la tension augmente, la température augmente et cela crée une décharge sur l'anode (pièce) ou une température élevée. L'arc plasma déchargé se propage autour de la surface de la pièce et cristallise la couche d'oxyde. 

Ce procédé à haute pression et température élimine les irrégularités de surface et les fissures d'épaisseur qui peuvent se présenter sur la couche anodisée. De plus, la dureté obtenue peut varier en fonction de variables telles que la tension, l'épaisseur de la couche d'oxyde, etc. 

Étape 3 : Incorporation des éléments électrolytiques

Il s'agit de l'étape où vous pouvez personnaliser les propriétés du revêtement d'oxydation par microarc. Il s'agit de remplir les éléments électrolytiques de la surface poreuse de la pièce traitée. Vous pouvez imprégner des couleurs personnalisées et d'autres additifs améliorant les performances. Cette incorporation est permanente et ne s'estompe pas avec le temps.

Quels sont les avantages de l’oxydation par micro-arc ?

Voici les principaux avantages de la finition par oxydation par micro-arc

• Couverture complète

Contrairement aux revêtements métalliques classiques, l'oxydation électrolytique au plasma crée un revêtement uniforme sur les contre-dépouilles, les canaux, les rainures, les coins et les bords. Vous obtenez ainsi des propriétés de protection uniformes sur l'ensemble du composant. 

• Haute tolérance à la déformation

La microstructure cristalline de l'oxydation électrolytique plasma assure une dureté élevée. Cette structure élimine les déformations thermiques ou les contraintes mécaniques, offrant ainsi une tolérance aux taches. Par conséquent, l'usure de surface et la résistance aux fissures de vos pièces augmentent.

• Résistance à la corrosion supérieure 

La surface du revêtement MAO chimiquement inerte et de type céramique améliore considérablement la résistance à la corrosion, même dans les environnements difficiles. De plus, vous pouvez le personnaliser davantage pour créer des couches d'oxyde plus épaisses en fonction des conditions dans lesquelles les pièces seront exposées. Par conséquent, il peut également être une option appropriée pour le prétraitement de revêtements de protection supplémentaires.

• Propriétés diélectriques

La surface oxydée par micro-arc présente les propriétés diélectriques de la surface du substrat, qui peuvent être archivées en contrôlant l'épaisseur de la couche d'oxyde pendant le processus. Elle peut atteindre une résistance au claquage diélectrique allant jusqu'à 79 kV/mm.

• Barrière thermique 

L'inclusion de silicates dans le processus de revêtement par oxydation à l'arc peut produire des revêtements riches en mullite. Cela sert de barrière thermique efficace, ce qui le rend idéal pour le revêtement de composants métalliques dans des applications à haute température.

Quelles sont les variables du processus d’oxydation par micro-arc ?

Les caractéristiques finales de la couche oxydée par arc plasma dépendent en grande partie des variables du processus, de la tension et de la fréquence au pH de l'électrolyte. La personnalisation de ces méthodes de traitement de surface est directement liée à l'optimisation des variables du processus.

Voici un bref aperçu des principales variables du processus d’oxydation par microarc ;

Composition de l'électrolyte

Quel type de solutions électrolytiques utilisez-vous ? Quelle est la concentration en sels, acides et autres additifs ? Quelle est la température de l'électrolyte ? Quel est le niveau de pH de l'électrolyte ? Tous ces facteurs indiquent la composition de l'électrolyte et influencent directement les propriétés finales de la couche d'oxydation du microarc.

Densité de tension et de courant

La tension d'alimentation et la densité de courant sont essentielles pour initier et maintenir les décharges de plasma qui forment la couche d'oxyde. Une tension et une densité de courant plus élevées entraînent une croissance rapide de l'épaisseur du revêtement.

Mode et fréquence d'impulsion

Premièrement, le cycle de service des impulsions affecte la microstructure, la porosité et les propriétés mécaniques du revêtement. Deuxièmement, le courant haute fréquence forme une couche uniforme. Par conséquent, optimisez votre mode et votre fréquence d'impulsion.

Temps de traitement

Combien de temps dure le processus de traitement ? Plus la durée est longue, plus les couches de revêtement sont épaisses. Cependant, un temps excessif peut provoquer une porosité élevée et des microfissures.

Matériau de la pièce

Différents métaux peuvent nécessiter des ajustements spécifiques des variables de processus pour obtenir des résultats optimaux. Par exemple, la tension optimale pour les alliages d'aluminium est de 300 à 500 V, tandis qu'elle est de 500 à 700 V pour les alliages de magnésium.

Quels matériaux peuvent être traités avec un revêtement MAO ?

Oxydation par micro-arc sur la surface de l'aluminium 

Le revêtement MAO est compatible avec divers métaux et alliages, tels que l'aluminium, le magnésium, le titane, etc. Le tableau ci-dessous met en évidence les principaux métaux et alliages avec leur brève description ;

Applications de l'oxydation par micro-arc sur les alliages de magnésium

Vos produits en magnésium sont-ils similaires aux exemples d'application ci-dessous (liste non exhaustive) ? Si oui, le revêtement par oxydation micro-arc est une option de finition de surface métallique viable.

Industrie automobile

Les couches d'oxyde traitées au MAO sont adhésives et résistantes à l'environnement. Ainsi, les composants de moteur soumis à des températures élevées et à des contraintes élevées sont souvent recouverts d'une oxydation à l'arc métallique. De plus, vous pouvez effectuer une finition avec des textures de surface ou une conductivité thermique spécifiques.

● Blocs-moteurs automobiles
● Assemblages de transmission
●Couvercle de culasse
● Composants du volant
● Bras de suspension

Industrie aérospaciale

La résistance à la fatigue des composants en magnésium peut être améliorée par MAO, un atout essentiel pour l'industrie aéronautique. De plus, ce revêtement contribue à prévenir la dégradation du matériau en environnements extrêmes. Il convient aux éléments aérospatiaux, qu'ils soient structuraux ou non.

●Carter de boîte de vitesses d'aéronef
● Composants des pales du rotor
●Supports structuraux
●Panneaux satellites
● Carter de train d'atterrissage

Industrie électronique

Le MAO peut protéger les produits électroniques contre l'humidité extrême ou l'exposition aux polluants. Il ajoute également une résistance aux rayures et une esthétique à ces appareils. Ses applications sont dans les smartphones, les ordinateurs portables et les tablettes.

●Boîtiers d'ordinateurs portables
●Cadres pour smartphones
●Boîtiers pour tablettes
● Boîtiers d'appareils photo
● Boîtiers pour appareils portables

Industrie médicale

Les revêtements favorisent l'adhésion et la prolifération cellulaires pour une intégration avec les tissus environnants, ce qui est bénéfique pour les implants médicaux. De plus, le procédé MAO rend les composants médicaux antimicrobiens.

●Implants dentaires
● Vis à os
● Implants orthopédiques
● Dispositifs de fixation temporaire
● Instruments chirurgicaux

Industrie du sport

L'utilisation répétée est essentielle pour les équipements sportifs, car la couche d'oxyde dur formée lors du MAO offre une excellente résistance à l'abrasion et aux chocs pour cette durabilité souhaitée. De plus, la possibilité de créer une texture de surface personnalisée est bénéfique pour leur esthétique.

●Cadres de vélo
●Cadres de raquettes de tennis
●Têtes de clubs de golf
● Moulinets de pêche
● Fixations de ski

Autres types de procédés de finition de surface

L'oxydation par micro-arc est comparable aux deux autres types de finitions de surface, anodisation et placage métallique. Cependant, le MAO leur est supérieur en termes de résistance à l'usure et de durabilité.

Revêtement MAO vs autres finitions 

• MAO: Il utilise une haute tension pour créer des décharges de plasma dans un électrolyte, formant une couche d'oxyde épaisse et dure sur des métaux légers comme l'aluminium et le titane.
• Anodisation : C'est une Procédé électrochimique à basse tension qui produit une fine couche d'oxyde. Cette couche améliore la résistance à la corrosion et permet diverses options de coloration.
• Placage de métal : Il s'agit du dépôt d'une couche métallique sur un substrat par galvanoplastie ou par des méthodes chimiques. Cette finition offre différents degrés de résistance à la corrosion, de dureté et d'esthétique.

résumer

La résistance à l'usure et la durabilité des pièces métalliques peuvent être considérablement augmentées grâce à l'oxydation électrolytique au plasma (ou oxydation par microarc). Cette technique de finition couvre de manière uniforme toutes les zones de la surface du composant. La couche d'oxyde cristallin peut accueillir des couleurs personnalisées et d'autres additifs améliorant les propriétés. Dans l'ensemble, il est idéal pour la finition de pièces qui seront exposées à des applications hautes performances ou à des environnements difficiles.

Chez ProleanTech, nous proposons des services complets services de finition, y compris l'oxydation par micro-arc, l'anodisation, le revêtement métallique et le polissage. Notre installation de finition est équipée de machines de pointe et nos ingénieurs peuvent réaliser des surfaces personnalisées selon vos spécifications.  

FAQ

Pourquoi le procédé d’oxydation par microarc est-il également appelé oxydation électrolytique au plasma ?

L'oxydation par microarc (MAO) est également appelée oxydation électrolytique par plasma (PEO) car elle consiste à créer une décharge de plasma dans une solution électrolytique. Cette décharge génère une énergie élevée pour former une couche d'oxyde à la surface du matériau.

Comment fonctionne le procédé d'oxydation par microarc ?

Son mécanisme de fonctionnement repose sur le principe de décharge électrochimique et plasma. Une haute tension appliquée à un substrat métallique immergé dans un électrolyte crée des microarcs ou décharges plasma. Elle oxyde ensuite la surface métallique, créant un revêtement dur et résistant à la corrosion.

Quand utiliser le revêtement MAO ?

Il est idéal pour le revêtement de composants métalliques exposés à des environnements difficiles, tels que les applications aérospatiales, automobiles et industrielles.

Puis-je appliquer le revêtement oxydé Micro-Arc sur n'importe quel matériau ?

Ils sont principalement utilisés pour les métaux légers comme l'aluminium, le titane et le magnésium. Ils ne conviennent pas aux métaux ferreux en raison de différences de propriétés chimiques et physiques.