Revêtements de carbure

Mar 07, 2024

Le Dr Yuri Zhuk explore le tungstène/carbure de tungstène CVD en remplacement du chrome dur et des revêtements par pulvérisation thermique.

Un revêtement à matrice métallique en tungstène/carbure de tungstène développé au Royaume-Uni est en cours d'adoption par Airbus et d'autres utilisateurs mondiaux de composants critiques de l'aérospatiale, de l'énergie et du contrôle des flux en remplacement du chromage dur (HCP) et du revêtement par projection thermique, HVOF.

Les réglementations REACH (Enregistrement, Évaluation, Autorisation et Restriction des produits chimiques) de l’UE et du Royaume-Uni interdiront l’utilisation des sels de chrome hexavalent cancérigènes utilisés dans la production de HCP d’ici avril 2024 en raison de risques pour la santé et l’environnement. La recherche d’un remplaçant approprié est depuis plusieurs années une priorité clé de la chaîne d’approvisionnement pour les avionneurs et autres utilisateurs de HCP.

Le HVOF est l’un des revêtements par pulvérisation thermique les plus utilisés et est souvent considéré comme une alternative au HCP. Cependant, il présente plusieurs limites ; les revêtements par pulvérisation thermique peuvent former une couche épaisse (jusqu'à plusieurs mm) sur les surfaces externes mais ne peuvent pas être appliqués sur des surfaces hors de vue ou sur des géométries complexes. Ils ne forment pas de forte liaison chimique ou métallurgique avec la pièce revêtue et dépendent de la rugosité du substrat pour constituer la clé de son adhérence mécanique. En conséquence, le revêtement déposé est très rugueux et, comme pour le HCP, nécessite un meulage pour obtenir une finition acceptable.

Hardide Coatings, un développeur britannique de revêtements de surface avancés, a développé une famille de revêtements à matrice métallique de tungstène/carbure de tungstène nanostructurés par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à basse température, conçus comme des alternatives au HCP et au HVOF, surpassant les deux dans de nombreuses propriétés critiques.

Le processus CVD signifie que le revêtement Hardide CVD peut atteindre les surfaces internes et externes et recouvrir des géométries complexes contrairement au HCP et au HVOF. HCP et HVOF doivent être meulés après le revêtement pour obtenir des tolérances et une finition de surface uniforme. Cela ajoute du coût et du temps de production, et restreint la forme des pièces à revêtir à de simples faces plates ou cylindriques. Les revêtements Hardide CVD tels qu'appliqués ont généralement une finition de surface d'environ 0,5 à 0,6 microns Ra, qui peut être polie à 0,2 - 0,3 microns Ra sans avoir besoin de meulage.

Hardide-A a été développé spécifiquement pour répondre aux besoins de l'industrie aérospatiale et correspond à l'épaisseur (50 – 100 microns) et à la dureté (800 – 1 200 Hv) du HCP, ce qui simplifie le changement en éliminant le besoin de modifier les dessins et les dimensions du pré-revêtement. .

En raison de la faible dilatation thermique de Hardide-A, le revêtement tel que déposé est normalement soumis à une contrainte résiduelle de compression et est exempt de microfissures typiques du HCP. En conséquence, le revêtement CVD en carbure de tungstène constitue une excellente barrière contre la corrosion, surpassant le HCP dans cette caractéristique importante. Le revêtement a une ductilité et une ténacité améliorées, un débit de fatigue minimum – des performances de fatigue à cycle élevé bien supérieures à celles du HCP ou du HVOF, et offre une protection améliorée contre le grippage.

Après un programme de tests long et approfondi, Hardide Coatings a été sélectionné par Airbus pour fournir son revêtement Hardide-A en remplacement du HCP et revêt désormais les composants des ailes des Airbus A320, A330, A380 et A400M. L'une des pièces fabriquées à partir de fines tôles d'acier était dotée d'un revêtement HVOF spécifié, mais en production, la plupart des pièces se sont déformées après le revêtement HVOF lorsque la couche de pulvérisation thermique a refroidi. Le revêtement Hardide CVD s'est avéré être une meilleure alternative sans distorsion des pièces. Un constructeur d'hélicoptères européen a approuvé le revêtement Hardide CVD sur un arbre de boîte de vitesses en remplacement du revêtement HVOF, car il a été démontré que le revêtement Hardide lisse est beaucoup moins abrasif pour les joints, réduisant ainsi le risque de fuite d'huile et l'entretien des coupes. Un important producteur américain de pompes volumétriques utilise de plus en plus le revêtement CVD pour remplacer le HCP sur les pistons et les cylindres et a signalé une durée de vie de pompe multipliée par 3 lors de la manipulation de fluides abrasifs.

Chaque alternative au chrome dur et au HVOF a des caractéristiques différentes et aucune ne constituera un remplacement exact. L'évaluation de l'application et de ses exigences de performances est donc essentielle pour déterminer la meilleure solution. Cette approche, suivie de tests approfondis et d'une évaluation fondée sur des preuves pour garantir que les critères de performance sont respectés, permettra d'identifier l'alternative la plus appropriée au remplacement du chrome dur et du HVOF, composant par composant.