Le nickelage chimique est couramment appliqué avec succès sur tous les alliages d’aluminium. Son épaisseur uniforme, sa résistance à la corrosion et sa dureté élevée constituent une barrière efficace contre les agents corrosifs et les situations où l’usure joue un rôle important.
Parmi les métaux utilisés dans la mécanique de précision, l’aluminium est celui qui se prête le mieux au concept d’amélioration fonctionnelle et énergétique des machines grâce aux excellentes qualités mécaniques de certains alliages, comparables à celles des aciers, à la possibilité d’extrusion, de coulée par gravité ou pression et à la légèreté inestimable avec un poids spécifique d’environ 2,7 g/cm3 contre 7,9 g/cm3 de l’acier. Les organes en mouvement en profitent lorsque les forces en jeu, les frottements et la consommation d’énergie qui en résultent sont réduits.
Les alliages d’aluminium présentent cependant certaines faiblesses en ce qui concerne les caractéristiques de surface :
- Faible résistance à la corrosion : les alliages d’aluminium sont particulièrement sujets à la corrosion galvanique et n’ont pas de résistance chimique au contact des substances acides ou alcalines ;
- Faible résistance à l’usure : la faible dureté de surface et l’aptitude au grippage ne les rendent pas adaptés au contact par frottement avec d’autres composants ;
- Tendance au grippage: les phénomènes de glissement des pièces en aluminium ont facilement tendance à créer un grippage.
Deux revêtements sont les plus utilisés pour améliorer leurs caractéristiques de surface et pour remédier aux imperfections du métal de base : l’anodisation et le nickelage chimique.
En laissant de côté l’anodisation dans ses formes techniques et décoratives qui méritent des livres à part, nous nous concentrons sur les caractéristiques et les modalités d’application du nickelage chimique.
Tous les alliages d’aluminium peuvent être nickelés
La première grande propriété du nickelage chimique est son applicabilité sur tous les alliages d’aluminium. Les caractéristiques techniques de surface qui en découlent sont donc les mêmes pour tous les alliages. L’anodisation, en revanche, sur certains alliages, ne donne pas de résultats satisfaisants, que ce soit pour l’esthétique peu attrayante, la faible résistance à la corrosion ou à l’usure. Les alliages de moulage sous pression à haute teneur en silicium et en cuivre en souffrent principalement.
Pour nickeler l’aluminium, il est nécessaire d’activer la surface des pièces avec un traitement appelé galvanisé qui dépose une légère couche de quelques nanomètres de zinc sur la pièce avant le nickelage. Chaque alliage d’aluminium, en fonction des métaux en alliage, Cu plutôt que Si, Mg, Zn, nécessite des procédures appropriées et différenciées pour la création de la couche de zinc. Cette étape est très importante car l’adhérence du revêtement de nickel chimique et les fonctions de protection qui en découlent sont fortement influencées par la qualité de la couche de zinc, son épaisseur, sa distribution et son uniformité.
Résistance à la corrosion du nickelage chimique sur les alliages d’aluminium
Le nickel chimique protège les surfaces qu’il recouvre car il s’agit d’un métal noble, peu sensible à l’agression des solutions salines et des polluants industriels. Sa capacité de protection est donnée par le degré de couverture et d’imperméabilisation pouvant être obtenu vers le métal de base.
Cependant, le rôle du métal sacrificiel de l’aluminium par rapport au nickel chimique dans une situation d’amorçage corrosif doit être pris en compte. En présence de corrosion par voie humide, en raison de la différence de potentiel électrochimique entre Al et Ni, il se produit le fameux “effet de pile” qui accélère la corrosion du métal de base et tend à la faire progresser le long de l’interface Ni-Al en enfonçant le revêtement de Ni.
Pour remédier à cette situation, des épaisseurs de nickel chimique adaptées à l’agressivité de l’environnement d’utilisation sont établies et des électrolytes de nickel chimique modifiés dans les composants en alliage sont utilisés afin de réduire la porosité intrinsèque de la couche de revêtement.
Le revêtement de nickelage Niplate® eXtreme est un nickel chimique conçu pour les alliages d’aluminium, capable de conférer une résistance maximale à la corrosion et d’éviter le phénomène d’écaillage en cas d’amorçage corrosif. À épaisseur égale, le Niplate® eXtreme, par rapport à d’autres nickel chimiques, offre une plus grande protection en ayant une porosité résiduelle presque nulle. De plus, avec le Niplate® eXtreme, la corrosion reste localisée au point d’amorçage et ne progresse qu’à proximité du point d’amorçage.
Lors du choix de la meilleure solution à un problème de corrosion, en plus du type de nickel chimique le plus approprié ayant l’épaisseur correcte, il convient de prendre en compte les facteurs suivants qui affectent le résultat final :
- les porosités intrinsèques de l’alliage d’Al, dont les soufflages de moulage sous pression sont un exemple courant,
- les éventuelles inclusions inertes dans l’alliage d’aluminium qui créent des discontinuités dans le revêtement en nickel,
- l’usinage mécanique plus ou moins fin avec un matériau coupé par l’outil plutôt que déchiré,
- les arêtes bien affleurées plutôt que vives,
- la manipulation des pièces après le traitement qui peut provoquer des bosses de la pièce avec déclenchement de fissures du revêtement dur de nickel chimique.
En adoptant les bons cycles de préparation au nickelage et les électrolytes appropriés, sur des alliages compacts et finement usinés, de bons résultats de résistance à la corrosion supérieurs à 100 heures sont obtenus avec le test en brouillard salin ISO 9227 à des épaisseurs de 10-15 µm et jusqu’à 720 heures d’étanchéité avec des épaisseurs de 30-35 µm.
Résistance à l’usure de l’aluminium nickelé
Comme mentionné ci-dessus, les caractéristiques de surface de l’aluminium nickelé chimiquement sont celles du nickel chimique. La dureté du revêtement est comprise entre 550 et 650 HV selon le type de nickel chimique choisi, avec une résistance à l’usure indiquée dans les fiches techniques du Niplate® 500 et du Niplate® 600 auxquels il est fait référence pour plus de détails.
Le durcissement ultérieur du nickel chimique, entraînant une augmentation de la résistance à l’usure, passe par des traitements thermiques. Les températures auxquelles le nickel chimique durcit normalement, à savoir 280 °C et 340 °C pendant quelques heures, permettent d’atteindre respectivement 800±50 HV et 1000±50 HV mais peuvent, pour certains alliages d’aluminium, affecter les propriétés mécaniques.
Lors de l’évaluation et de la conception d’une pièce en aluminium nickelé chimiquement et soumise à l’usure, il sera tenu compte des charges localisées que la pièce doit supporter lors du glissement sur la contrepartie mécanique pour vérifier si l’épaisseur et la dureté du nickel sont adéquates.
Dans la pratique, de nombreux articles sont fabriqués dans presque tous les alliages d’aluminium et recouverts de nickel chimique pour les besoins de la résistance à l’usure, grâce également à l’excellente capacité de glissement qu’il possède, à la fois sur la contrepartie métallique et sur les garnitures ou les joints en caoutchouc.