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Mécachrome et le CEA allongent la durée de vie des outils de coupe

Industrie et Technologies
Grâce à l' empilage sur 3 microns de plusieurs centaines de couches la tenue à l'usure d'outils de coupe pour l'usinage de pièces aéronautiques à base de nickel est augmentée de 10%. Des essais industriels démarrero

Soumis à une intense usure abrasive et une température d'arête à 1 000 °C, les outils de coupe pour pièces aéronautiques ne vivent pas longtemps : tout au plus dix minutes ! Les opérations d'usinage sont donc régulièrement interrompues pour remplacer les outils ; ces derniers pèsent lourd dans le compte d'exploitation des industriels - près de 7,5 millions d'euros par an pour Mécachrome -, et la recherche de nouveaux revêtements capables d'améliorer la tenue à l'usure est un souci constant pour ce secteur.

Le gain réalisé dans le cadre d'une thèse Cifre du groupe Mécachrome - environ 10 % de durée de vie supplémentaire - est donc tout à fait encourageant, puisque qu'il laisse entrevoir une réduction notable de ce budget. Ce résultat montre aussi combien les couches nanostructurées peuvent conférer des propriétés nouvelles à des matériaux pourtant connus depuis quelques années.

Car dans cette affaire, l'innovation ne réside ni dans la machine (dépôt PVD), ni dans les revêtements utilisés : il s'agit des traditionnels nitrure de titane et nitrure de titane-aluminium.

Elle est issue de la maîtrise du procédé PVD, qui permet d'empiler sur 3 microns d'épaisseur plusieurs centaines de couches d'épaisseur régulière. 'La mise au point était délicate car la pièce à revêtir tourne sur un plateau : la nanocouche se forme par son passage devant chaque source' explique Cédric Ducros, qui réalise la thèse au CEA Grenoble.

Ces recherches menées au sein du laboratoire Procédés en traitement de surface, s'inscrivent dans une double tendance : la montée en puissance de la PVD face à la CVD pour l'application de revêtements pour outils de coupe, et le remplacement des revêtements monocouches par des multicouches aux propriétés améliorées.

Reste que sur l'épaisseur habituelle de 3 microns, il est plus courant d'empiler 10 à 20 couches que plusieurs centaines ! Or, la différence est essentielle. 'Nous avons testé au cours de la thèse de multiples architectures allant de 200 à 1 000 couches, explique Cédric Ducros. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec une période (épaisseur de 2 couches successives) inférieure à 10 nanomètres. C'est le paramètre clé.'

Les revêtements ainsi formés ont des propriétés mécaniques singulières : ils gagnent nettement en dureté tout en gardant une bonne ténacité ! De plus, leur coefficient de frottement baisse fortement. Des résultats qui expliquent le gain de durée de vie constaté en laboratoire ; il doit maintenant être confirmé par des essais industriels sur une centaine d'outils de coupe.

Aujourd'hui, Mécachrome et le CEA recherchent le traiteur à façon susceptible d'exploiter le procédé courant 2003.

 

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