Revêtements nitrurés épais élaborés par fluide supercritique en alternative des revêtements chromés durs – ALTERCHROM

Le projet ALTERCHROM est un projet collaboratif de recherche appliquée, de trois ans, entre un partenaire académique l’ "Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux" et un partenaire industriel SAFRAN. Ce projet aborde le développement d’une solution alternative au procédé de dépôt de chrome dur utilisé par les fabricants d’équipements afin de fournir une surface d'étanchéité pour les joints hydrauliques, de la résistance à l'usure pour des pièces en mouvement et une protection contre la corrosion et ce, pour une grande variété de composants utilisés en aviation civile et militaire. La technologie alternative la plus utilisée aujourd’hui pour les avions, est la projection thermique. SAFRAN prendra soin, tout au long du projet, de valider l’industrialisation possible des différents choix réalisés. Le projet ALTERCHROM a un TRL entre 2 et 4.
Ce projet concerne le développement d'une nouvelle technologie durable et efficace : le procédé semi-continu de dépôt chimique par fluide supercritique (SFCD). Il a pour but de valider la faisabilité de revêtements de nitrures atteignant au moins quelques dizaines de microns d’épaisseur en tant qu'alternative aux revêtements par projection thermique qui n’ont pas la résistance à l'usure des traitements de surface traditionnels sous vide mais qui sont eux limités aux couches minces.
Les principaux objectifs du projet sont: 1) de développer un nouveau réacteur SFCD à paroi froide, travaillant en mode semi-continu afin d’élaborer des revêtements épais de nitrures, 2) de valider la faisabilité de revêtements d’épaisseur allant jusqu'à 100 µm sur des échantillons plats ou de forme plus complexe, 3) d'établir des relations entre les paramètres du procédé, la microstructure et les propriétés, et 4) de vérifier les propriétés de ces revêtements en termes d'adhérence au substrat, de dureté, de rugosité, d'usure et de résistance à la corrosion. L'objectif est d’obtenir des propriétés proches de (ou supérieures) à celles du chrome dur i.e. 1) Dureté de 800 à 1100 HV, 2) Rugosité moyenne après usinage de 1,2 µm, 3) Coefficient de frottement contre l'acier inoxydable entre 0,3 et 0,5 et 4) Résistance à la corrosion de 96 heures en brouillard salin. TaN et TiN sont les nitrures sélectionnés pour leur compatibilité avec un grand nombre de substrats métalliques ainsi que pour leurs propriétés. Pour les deux, les défis seront de réussir: 1) à augmenter l'épaisseur du revêtement jusqu'à 100 µm pour l'application sur des structures de formes complexes, tout en conservant une bonne adhérence avec le substrat et le contrôle de la rugosité finale de surface, 2) à contrôler la microstructure du revêtement comme sa nanostructuration, grâce à la compréhension de la corrélation avec les paramètres du procédé, et 3) à améliorer les propriétés (dureté, usure et corrosion).
Le projet est organisé en six tâches ayant des interactions fortes et qui seront menés en trois étapes successives. Premièrement, les précurseurs nécessaires à la réalisation des revêtements de TiN et TaN seront sélectionnés sur la base d'une étude sur des films minces (<1µm). Deuxièmement, le nouveau réacteur semi-continu sera développé et des films minces élaborés seront caractérisés. Enfin, une optimisation des paramètres du procédé sera réalisée afin d'atteindre au moins quelques dizaines de microns d’épaisseur avec une composition contrôlée et une microstructure adaptée aux exigences des films résistants à l’usure.
Cette proposition s’inscrit dans le cadre du thème 6 "Matériaux, Chimie et énergie". Plus précisément, il traite à la fois des sous-thèmes « Matériaux multifonctionnels de surface » et «Chimie des Systèmes anticorrosion et Traitements de surface et de protection associés; Nouvelles Voies de synthèses respectueuses de l'environnement» dans la mesure où le développement et l’utilisation d’un réacteur SFCD impliquant les transformations chimiques de précurseurs en nitrures, est prévue pour déposer des revêtements de protection.