Quels traitements de surface conviennent au titane exposé longtemps à l’eau de mer ?

Du point de vue de l’ingénierie de la corrosion, bien que le titane et ses alliages, tels que le Ti-6Al-4V, possèdent une excellente résistance intrinsèque à l’eau de mer grâce à une couche d’oxyde passive stable, une exposition prolongée présente des défis spécifiques nécessitant souvent des traitements de surface spécialisés. Ces défis incluent la corrosion caverneuse dans les zones confinées, l’encrassement biologique (biofouling) et l’érosion. Le traitement de surface approprié n’est pas destiné à prévenir la corrosion générale, mais à renforcer des caractéristiques de performance particulières pour les environnements marins.

Traitements de surface recommandés pour l’exposition à l’eau de mer

1. Anodisation

L’anodisation est un procédé électrochimique très efficace qui épaissit et stabilise artificiellement la couche d’oxyde naturelle du titane.

• Avantages pour l’utilisation marine : Elle améliore considérablement la résistance à la corrosion caverneuse et à l’usure, ce qui est essentiel pour les pièces mobiles telles que les soupapes ou les fixations. La surface dure, semblable à la céramique, constitue également une excellente base pour l’adhérence des colles ou des peintures si nécessaire.

• Considérations : Le procédé convient bien aux géométries complexes issues de l’usinage CNC et n’altère pas de manière significative les dimensions des pièces.

2. Revêtements céramiques par projection thermique

L’application de revêtements tels que l’alumine (Al₂O₃) ou la titanine (TiO₂) par projection plasma crée une barrière épaisse et inerte.

• Avantages pour l’utilisation marine : Ces revêtements offrent une résistance exceptionnelle à l’érosion due à l’eau chargée de sable et peuvent également fournir une isolation thermique. Ils sont idéaux pour les grandes pièces utilisées dans les infrastructures pétrolières et gazières ou pour les turbines et roues de pompes.

• Considérations : Ces revêtements peuvent être poreux et nécessiter un scellement ; ils ajoutent aussi une épaisseur notable et conviennent moins aux pièces à tolérances très serrées.

3. Revêtements PVD (Physical Vapor Deposition)

Les revêtements PVD, tels que le nitrure de titane (TiN) ou le nitrure de chrome (CrN), déposent une couche mince, ultra-dure et dense.

• Avantages pour l’utilisation marine : Ils augmentent considérablement la dureté de surface, offrant une résistance exceptionnelle à l’usure abrasive et au grippage. Le très faible coefficient de frottement de certains revêtements PVD aide aussi à réduire l’adhérence biologique (biofouling). Cela les rend idéaux pour les composants critiques à forte usure dans les secteurs de la production d’énergie ou des systèmes de désalinisation.

• Considérations : Le procédé PVD est un traitement en « ligne de visée », ce qui peut compliquer le revêtement des géométries internes complexes. C’est une option de finition haut de gamme souvent utilisée pour les composants issus de l’usinage de précision.

4. Oxydation micro-arc (MAO)

Comme mentionné précédemment, la MAO crée une couche d’oxyde céramique épaisse et robuste, intimement liée au substrat métallique.

• Avantages pour l’utilisation marine : Elle offre une combinaison unique de dureté extrême, de résistance à la corrosion et de stabilité thermique. Le revêtement est hautement adhérent et procure une excellente protection contre l’érosion par cavitation et l’abrasion.

• Considérations : Le changement dimensionnel et la rugosité typique de la surface doivent être pris en compte dès la phase de conception.

Directives d’ingénierie pour le choix du traitement

1. Pour la corrosion générale et la protection contre la corrosion caverneuse : L’anodisation est souvent le choix le plus économique et le plus fiable.

2. Pour la résistance à l’abrasion et à l’érosion : Privilégier les revêtements PVD ou l’oxydation micro-arc pour les surfaces critiques fortement sollicitées. La projection thermique constitue une alternative pour les zones de grande surface.

3. Pour réduire le biofouling : Une finition lisse et dure, telle qu’une surface polie et anodisée ou un revêtement PVD, peut réduire l’adhérence des organismes marins. Pour des solutions antifouling actives, ces traitements servent de base stable pour l’application de peintures spécialisées.

4. Synergie entre conception et fabrication : Le choix du traitement doit être intégré au processus de fabrication. Par exemple, une pièce destinée à la MAO doit être usinée avec une sous-dimension calculée à l’avance, tandis qu’une pièce prévue pour le PVD doit être conçue pour minimiser les zones d’ombre pendant le dépôt.