Quels sont les traitements de surface pour les pièces en acier inoxydable ?

L'acier inoxydable est largement utilisé dans notre vie quotidienne. Avec autant de méthodes de traitement de surface des métaux disponibles sur le marché, lesquelles conviennent à l'acier inoxydable ? La première étape consiste à identifier l'objectif principal : s'agit-il d'améliorer l'apparence et la texture, d'améliorer la résistance à la corrosion, d'optimiser les propriétés fonctionnelles (telles que la résistance à l'usure et les propriétés antistatiques), ou de répondre aux normes de l'industrie (telles que celles des industries alimentaires et médicales) ? En fonction de l'objectif du traitement et des principes du processus, les traitements de surface pour l'acier inoxydable peuvent être classés en quatre types principaux : lissage de surface, traitement de conversion chimique, traitement de revêtement/placage et modification de surface fonctionnelle.

Les défauts de surface (tels que les bavures, les rayures et la calamine) sont éliminés par des moyens physiques ou mécaniques pour optimiser la rugosité de surface (Ra). Ce traitement est divisé en deux directions principales : "mat/brossé" et "finition miroir", et c'est la méthode la plus basique et la plus largement appliquée.

Un film d'oxyde dense/film de passivation est généré sur la surface de l'acier inoxydable par des réactions chimiques. Cela améliore la résistance à la corrosion sans avoir besoin d'un revêtement supplémentaire et sans modifier les dimensions de la pièce (l'épaisseur du film est généralement de 0,1 à 1μm), ce qui le rend adapté aux pièces de précision.

• Traitement de passivation (le traitement chimique de base)

L'acier inoxydable est immergé dans une solution d'acide nitrique (ou d'acide citrique, de solution de chromate, qui sont respectueux de l'environnement) pour oxyder l'élément Cr sur la surface et former un film de passivation Cr₂O₃ (épaisseur d'environ 2-5 nm). Ce film empêche le matériau de base d'entrer en contact avec l'air et l'humidité, améliorant considérablement la résistance à la corrosion.

• Passivation traditionnelle : Utilisation d'une solution d'acide nitrique à 65 %-85 %, adaptée aux nuances d'acier inoxydable courantes (telles que 304, 316), mais les eaux usées contenant du chrome doivent être traitées.
• Passivation écologique : Utilisation de solutions sans chrome telles que l'acide citrique et l'acide phosphorique, qui sont conformes aux normes RoHS et alimentaires (telles que la FDA), et sont largement utilisées dans les industries médicales et alimentaires.

• Traitement de coloration

Un film d'oxyde coloré est généré sur la base du film de passivation par oxydation chimique (telle qu'une solution d'oxydation alcaline) ou oxydation électrochimique. La couleur du film est déterminée par son épaisseur (bleu, violet, rouge, vert, etc.), offrant à la fois des propriétés décoratives et résistantes à la corrosion (épaisseur du film 5-20μm).

Lorsque la résistance à la corrosion et à l'usure inhérente de l'acier inoxydable est insuffisante, des couches fonctionnelles sont ajoutées par des méthodes de "revêtement" ou de "dépôt" pour répondre aux exigences des environnements extrêmes (tels que les températures élevées, les acides forts et l'usure importante).

• Dépôt physique en phase vapeur (placage PVD)

Dans un environnement sous vide, des matériaux cibles métalliques (tels que Ti, Cr, Zr) sont déposés sur la surface de l'acier inoxydable par évaporation, pulvérisation ou ionisation pour former des films durs (tels que le nitrure de titane TiN, le nitrure de chrome CrN).

• Applications : Outils de coupe (couteaux chirurgicaux, couteaux artisanaux), moules, boîtiers de montres et pièces décoratives automobiles.

• Dépôt chimique en phase vapeur (placage CVD)

Des films céramiques tels que le carbure de silicium (SiC) et le nitrure d'aluminium (AlN) sont générés par la réaction de réactifs gazeux avec la surface de l'acier inoxydable à des températures élevées (800-1200℃), avec une épaisseur de film de 5-20μm.

• Applications : Composants résistants à la corrosion dans l'industrie chimique, pièces à l'intérieur des fours à haute température et supports de plaquettes de semi-conducteurs.

• Revêtements organiques (pulvérisation/dépôt électrophorétique)

Des résines organiques (telles que la résine époxy, le polytétrafluoroéthylène PTFE, la peinture fluorocarbonée) sont appliquées sur la surface par pulvérisation ou dépôt électrophorétique pour former des couches isolantes, résistantes aux intempéries ou antiadhésives.

• Revêtement en résine époxy : Bonnes propriétés de résistance aux solvants et d'isolation, utilisé pour les boîtiers d'équipements électriques et les supports de circuits imprimés.
• Revêtement PTFE (Teflon) : Antiadhésif et résistant à la température (-200℃ à 260℃), utilisé pour les poêles antiadhésives et les moules alimentaires.
• Peinture fluorocarbonée : Résistante aux UV et au vieillissement en extérieur (durée de vie de plus de 15 ans), utilisée pour les façades et les panneaux d'affichage extérieurs en acier inoxydable.

• Revêtement nanocéramique composite au graphène

Ce revêtement utilise un processus de nano-dépôt qui combine le dépôt en phase liquide et en phase vapeur, ce qui donne une densité au niveau des ions. Il améliore considérablement la conductivité thermique et la dissipation de la chaleur, convient à une utilisation à long terme entre -120°C et 300°C, et a une épaisseur stable et contrôlable de ±1 micron. Il empêche la condensation et le givrage à basse température, est antistatique et résistant à la corrosion.

• Applications : Produits numériques 3C, équipements mécaniques, centres de données, biomédecine, appareils ménagers intelligents, transports et appareils de précision.

Pour répondre à des besoins particuliers (tels que les propriétés antibactériennes, conductrices ou hydrophobes), la microstructure ou la composition de surface est modifiée par des moyens physiques ou chimiques pour obtenir une "personnalisation fonctionnelle."

• Traitement antibactérien

Des ions argent (Ag⁺), des ions cuivre (Cu²⁺) sont déposés sur ou dopés dans la surface, ou des résines antibactériennes (telles que la résine époxy chargée d'argent) sont appliquées. Ces ions métalliques perturbent les membranes cellulaires bactériennes, inhibant la croissance d'E. coli et de Staphylococcus aureus.

• Applications : Équipements médicaux (rambardes de lit, supports de perfusion), équipements publics (boutons d'ascenseur, mains courantes) et vaisselle pour enfants.

• Traitement hydrophobe/superhydrophobe

Des structures microscopiques concaves-convexes sont créées sur la surface par gravure au laser ou l'application de matériaux à faible énergie de surface (tels que le polydiméthylsiloxane PDMS). Il en résulte un angle de contact supérieur à 150°, ce qui fait que l'eau forme des gouttelettes et roule, obtenant un effet "autonettoyant".

• Applications : Boîtiers de caméras de surveillance extérieures, panneaux photovoltaïques solaires (cadres en acier inoxydable) et rétroviseurs de voiture (bords en acier inoxydable).

• Traitement conducteur/magnétique

Du cuivre, du nickel, de l'argent (pour la conductivité) ou du Permalloy (pour le magnétisme) sont galvanisés sur la surface de l'acier inoxydable pour compenser ses propriétés conductrices/magnétiques intrinsèquement faibles.

• Applications : Connecteurs électroniques (matériau de base en acier inoxydable + placage argent), couvercles de blindage électromagnétique (acier inoxydable + placage nickel).