Matériaux & Procédés
L’économie de l’ingénierie des matériaux revêt quatre dimensions fondamentales : coïncider avec la perspective des clients, construire une solution matériau qui apporte un "plus" de valeur, s’intéresser à la ”variabilité” engendrée dans cette construction car cette variabilité est destructrice de valeur, et enfin, développer la technologie en priorité là où la valeur apportée et le prix acceptable (par le client) permettent de retirer un bénéfice équitable (pour le client et pour nous). Un cas illustre parfaitement l’impact d’une ingénierie matériau fortement créatrice de valeur : celui des producteurs de métaux durs et d’aciers rapides sur le marché des outils de coupe. Ce cas démontre parfaitement comment sur la durée l’approche création de Valeur permet – à la différence de la logique encore trop fréquente "fourniture / tonnage / prix" – de parvenir à une croissance rentable et durable. Dans nos métiers, la stagnation des marchés en Europe et l’intensification de la concurrence créent un véritable défi. Mieux organiser l’ingénierie matériau pour la rendre continûment créatrice de valeur est une des réponses à ce défi. D’une part, pour apporter à nos clients les solutions et les "plus" qu’ils ressentent. D’autre part, pour chercher à éliminer, chez eux comme chez nous, la "variabilité" source de gaspillages, de surcoûts et d’un manque de compétitivité. Quelques exemples illustreront comment ce type d’approche a été mis en pratique dans nos métiers.
Les fours sous vide de trempe gaz sont reconnus pour la qualité, la fiabilité et la reproductibilité du traitement qu'ils procurent. Plus précisément, ils peuvent s'adapter aux besoins spécifiques de chaque type d'application en utilisant différents modes de refroidissement. Les méthodes actuelles d'usinage de l'acier permettent la réalisation de pièces de grandes dimensions, très ouvragées, présentant de fortes hétérogénéités de section et des tolérances d'exécutions très serrées. Les caractéristiques mécaniques sont également définies en fonction du type d'effort qu'elles vont très précisément supporter en exploitation. Il est donc nécessaire d'adapter le traitement thermique de chaque pièce en fonction du matériau, de la géométrie et des caractéristiques à obtenir. Le traitement sous vide assure la flexibilité d'adaptation du cycle de traitement, en contrôlant avec précision les nombreux paramètres entrant en jeu lors du refroidissement.
Les alliages de cuivre au béryllium se caractérisent par des propriétés mécaniques et physiques très intéressantes qui leur permet d’accéder à une large gamme d’applications. Cependant, cet alliage a un inconvénient majeur ; celui d’être nocif à la santé lorsqu’il est inhalé sous forme d’oxyde. Même si des précautions sont prises, un risque demeure. De plus, élément rare à l’état naturel et difficile à extraire, le béryllium est un minerai au coût non négligeable. Pour ces raisons, des recherches d’alliages de substitution aux propriétés physico-mécaniques similaires ont été menées et ont aboutit à la distinction de deux familles : l’alliage de cuivre au titane et celui de cuivre nickel étain. Les recherches relatives à cette dernière famille sont présentées dans cet article.
Les normes environnementales et de protection des ouvriers ne cessent de se durcir. Le traitement des déchets étant relativement onéreux, cela génère des surcoûts grandissants pour les entreprises et se traduit donc par un besoin croissant de substitution des traitements chimiques par une technologie propre. Une solution de remplacement aux techniques actuelles de plus en plus contraignantes au niveau de l’hygiène et sécurité doit donc être trouvée. Une des alternatives respectueuses de l’environnement développées est le plasma froid.
La prise en compte des risques toxicologiques et écotoxicologiques générés par l’utilisation de solvants organiques chlorés oblige le secteur de l’aéronautique et du spatial, à répondre aux exigences communautaires imposées. Aussi face à des mesures environnementales de plus en plus draconiennes, le Groupe Snecma s’est attaché, depuis une dizaine d’années à mener une politique d’actions de progrès visant à anticiper l’évolution rapide des législations Européennes et internationales[1]. Les produits lessiviels en machine d’aspersion automatique est l’une des solutions alternatives au trichloréthylène solvant organique.
Les industriels souhaitent connaître la réglementation et les principaux enjeux des technologies envisageables, en termes de performances, d’impact sur l’environnement, de conditions de travail, ainsi que les principaux documents de référence sur le sujet traité. Le Cetim a regroupé, sous forme de fiches de synthèse, les informations relatives à la sécurité et à l’environnement pour des technologies comme le dégraissage aux solvants, et les traitements et revêtements de surface par voie humide. Ces fiches sont réunies dans un ouvrage intitulé Informations réglementaires et pratiques relatives à des technologies mises en œuvre en traitements de surface, édité dans la collection Performances et coécrit par Jérôme Ribeyron et Monique Lorthois. Nous vous en présentons un extrait dédié aux traitements et revêtements par voie humide.
La coloration du verre par des procédés de dépôt physique en phase vapeur peut être obtenue à partir de revêtements d’alliages colorés dans la masse, qui nécessitent une composition chimique plus ou moins complexe pour chaque couleur désirée, ou par la synthèse de revêtements interférentiels, constitués au minimum d’une couche céramique transparente de quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres d’épaisseur. Les revêtements interférentiels présentent un avantage considérable par rapport aux revêtements colorés dans la masse : leur couleur ne dépendant que de l’épaisseur de la couche transparente, un large panel de teintes peut être obtenu avec un seul type de revêtement, ce qui simplifie la gestion des cibles au sein d’un même réacteur dans le cas d’une production industrielle.
Les nanotechnologies sont en France une des priorités actuelles. Le programme nanosciences-nanotechnologies (sur trois ans) présenté par François d'Aubert, Ministre délégué à la Recherche, le 16 décembre dernier, en est une preuve. Les techniques d'élaboration des nanomatériaux sont nombreuses et les applications tout autant. Quant à la réalisation d'un revêtement à partir de nano-couches ou nano-strates élémentaires ou de multi nano-couches, elle permet de doter la surface de pièces mécaniques de propriétés fonctionnelles spécifiquement adaptées à l'utilisation. L'association de diverses strates avec des matériaux différents permet d'obtenir des fonctionnalités multiples comme la tenue à l'usure combinée à une tenue à la corrosion. Il est possible de mixer des propriétés parfois totalement contradictoires en associant des nano-strates sélectionnées.
Depuis quelques années, les procédés de traitement de surface faisant appel à des milieux non aqueux (PVD, projection thermique...) suscitent chez de nombreux industriels un intérêt croissant de par la conjonction de multiples critères dont les deux principaux sont, d'une part, l'évolution des potentialités de traitement offertes par ces techniques, et, d'autre part, l'accroissement des contraintes de dépollution de plus en plus sévères liées aux traitements par voie humide.
La filtration des huiles de trempe, soumises à une forte pollution due aux résidus métalliques et de suie, permet d’améliorer la qualité de la surface des pièces traitées, de prolonger la durée d’utilisation de l’huile dans les bains d’huile de trempe et de réduire les traitements ultérieurs, de diminuer les risques d’incendie grâce à l’élimination de l’eau.