Revêtements pour arbres : Nitruration ou galvanisation ?

Tout comme il existe un nombre presque infini de solutions différentes pour les paliers lisses, il y a tout autant de différentes matériaux assortis – ou non assortis – pour les arbres.

En fait, les différents matériaux des arbres et leurs revêtements peuvent donner lieu à des schémas d’usure complètement différents avec le même palier.

Dans ce post, nous analysons deux revêtements couramment utilisés pour les arbres et apporter un peu de lumière sur la question : Quels sont les revêtement pour les arbres pour arbres qui conviennent le mieux aux paliers lisses en plastiques : nitruré ou galvanisé ?

Electrogalvanisation des arbres

Dans l’électro galvanisation, les pièces ne sont pas immergées dans un zinc fondu, mais dans un électrolyte de zinc. La pièce à galvaniser est suspendue dans la solution comme une cathode.

Comme anode, on utilise une électrode de préférence en zinc pur. Dans l’électro galvanisation, le revêtement de zinc est proportionnel à l’intensité et à la durée du flux de courant, ce qui permet – selon la géométrie de la pièce – d’obtenir une répartition de l’épaisseur de la couche sur toute la pièce.

Ce procédé de galvanisation présente un certain nombre d’avantages.

Il permet de créer des revêtements purs, uniformes et donc très résistants à la corrosion, faciles à chromer. Les épaisseurs de revêtement peuvent être ajustées avec précision, ce qui permet d’économiser du métal.

Il n’est pas nécessaire de retravailler les fils, les ajustements, etc. Il n’y a pas d’effet de chaleur sur le matériau de base, de sorte qu’il n’y a pas de déformation. La protection réelle contre la corrosion résulte de la passivation de la couche de zinc lors de l’électrogalvanisation.

En ce qui concerne les effets de l’électrogalvanisation sur les exigences particulières de la combinaison arbre / douille et l’usure de l’arbre, les effets négatifs l’emportent sur les effets positifs.

Arbre galvanisé avec traces d’usage (Source : igus GmbH)

Le revêtement réel d’un arbre électrozingué est relativement mou. De plus, la passivation de la couche (“rouille blanche”) crée une surface relativement rugueuse.

L’élimination de la couche de protection est relativement rapide, la protection contre la corrosion se perdant dans la zone de contact du palier. Dans le même temps, le coefficient de frottement augmente.

Peu importe que les paliers lisses soient en métal ou en plastique. Dans la plupart des applications, la protection contre la corrosion ne peut être maintenue que si le point d’appui est alimenté en graisse.

Nitruration : nitruration gazeuse et nitrocarburation

Une distinction est également faite entre deux méthodes de nitruration la nitruration du gaz et la nitrocarburation. Dans la nitruration gazeuse, l’azote est diffusé dans les composants dans une atmosphère d’ammoniac gazeux fractionné, généralement à 500 – 530 °C. Ceci est obtenu par de longs temps de traitement de 10 – 160 °C.

Des durées de traitement longues de 10 à 160 heures sont utilisées pour atteindre des profondeurs de nitruration (Nht) de 0,1 à 0,9 mm, selon le matériau utilisé. Les principaux objectifs sont d’améliorer la résistance des composants, la résistance à l’usure, les propriétés de glissement, la résistance à la température et la résistance à la fatigue par flexion.

La nitruration gazeuse permet également un traitement partiel du matériau.

Le traitement du matériel.

Dans la nitrocarburation, un traitement de nitrocarburation est effectué à 560 – 580 °C. Le matériau est ensuite soumis à un processus de nitruration gazeuse. En plus de l’azote, le carbone se diffuse également dans le matériau.

La durée du traitement est généralement de 1 à 5 heures, le refroidissement se fait dans un bain d’eau ou de sel, selon le matériau. Les profondeurs de nitruration sont d’environ 0,25 mm (selon le matériau utilisé).

Le traitement est principalement effectué pour la protection contre l’usure et la corrosion. Le processus peut être effectué soit dans un bain de sel (nitrocarburation en bain de sel), soit dans du gaz ammoniac (nitrocarburation en gaz), la tendance actuelle étant à la nitrocarburation en gaz

La nitruration présente un certain nombre de propriétés positives. Il peut être appliqué à presque tous les aciers. Elle conduit à une surface dure avec un noyau mou.

Le matériau reste peu déformé car aucune transformation structurelle n’a lieu. La résistance à la fatigue est augmentée, le comportement à l’usure et à la corrosion est amélioré.

Le traitement des matières en vrac est possible, de même que la nitruration partielle. En outre, la post-oxydation après la nitrocarburation peut contribuer à améliorer encore la résistance à la corrosion.

En liaison avec les paliers lisses iglidur® sans entretien, qui peuvent fonctionner à sec grâce à leurs propriétés autolubrifiantes, c’est-à-dire sans lubrification externe par des graisses ou des huiles, les deux procédés de nitruration sont recommandés en vue d’une faible usure et d’une protection contre la corrosion.

Le traitement du matériel.

Dans l’ensemble, il est vrai que les arbres traités au nitrure sont généralement un meilleur partenaire pour les matériaux iglidur® que le matériau de base non traité. Un grand avantage par rapport aux surfaces galvanisées est qu’aucune couche n’est appliquée, mais que le matériau même de l’arbre est modifié par la diffusion d’azote ou de carbone.

Ainsi, même les dommages superficiels – en fonction de la profondeur de diffusion – ne peuvent pas réduire la protection contre la corrosion. Les différences apparaissent clairement dans un test comparatif.

Au-dessus de l'arbre nitruré au gaz, en dessous électrozingué (Source : igus GmbH)

Les deux paliers ont été utilisés dans la même machine dans des conditions identiques (application de pivotement, forces élevées, charges de bord, saleté). Dans les deux cas, nous avons effectué des tests avec le matériau de palier lisse iglidur® G. L’arbre ST52 utilisé est une version identique, électrozinguée et nitrurée au gaz.

Dans la version galvanisée, il devient clair : dans la zone de contact avec le palier, la couche de zinc protectrice a été complètement enlevée. En conséquence, la protection contre la corrosion est perdue. Une corrosion massive de l’arbre se produit. Il en résulte une augmentation massive du coefficient de frottement.

La destruction du roulement n’est pas due à l’usure au sens tribologique du terme. Au contraire, le matériau a été littéralement déchiré par la contrainte de cisaillement. Cet effet n’a pas pu être observé avec la version nitrocarburée de l’arbre.

Nous vous conseillerons volontiers sur le choix de la bonne combinaison d’arbre et de palier lisse !