Nitruration ionique du titane : propriétés et procédé

La nitruration ionique améliore les alliages de titane en augmentant leur dureté superficielle, leur résistance à l'usure, leur résistance au grippage et leur résistance à la corrosion dans des environnements réducteurs, tout en préservant la ténacité et la ductilité de leur cœur. Elle permet de pallier la faible résistance du titane à l'usure et au grippage, ainsi que sa résistance limitée à la corrosion dans les milieux réducteurs. Ce procédé est utilisé dans les secteurs de la pétrochimie, de la défense et des équipements médicaux.

La température et la durée de la nitruration déterminent la dureté et la profondeur de la couche de nitruration. Les surfaces correctement traitées présentent une couleur jaune doré.

La fragilisation par l'hydrogène constitue un problème majeur. On utilise couramment des mélanges azote-argon, voire de l'azote pur. Si l'on utilise une atmosphère contenant de l'hydrogène, telle qu'un mélange azote-hydrogène ou de l'ammoniac, il convient d'interrompre l'apport d'hydrogène lorsque la pièce atteint une température de 600 °C après la nitruration, afin de réduire le risque de fragilisation.

La nitruration ionique au titane s'effectue à une température supérieure à 800 °C. L'équipement peut comprendre un four de nitruration ionique à chauffage externe ou un four classique à parois froides. Pour porter les pièces à la température requise et garantir l'uniformité de la température, une méthode simple consiste à placer une cathode auxiliaire au même potentiel autour de la pièce à traiter. Celle-ci agit comme une source de chaleur périphérique supplémentaire, réduit les pertes de chaleur par rayonnement, accélère le chauffage et améliore l'uniformité de la température.

Les équipements destinés au traitement du titane doivent atteindre une température d'environ 900 °C tout en garantissant la fiabilité de tous les joints d'étanchéité. Installez un ou plusieurs écrans anti-rayonnement entièrement métalliques entre la pièce à traiter et le couvercle du four, ainsi qu'entre la table de travail cathodique et la plaque de base du four.

Le titane présentant une forte affinité pour l'oxygène à 900 °C, la pression partielle d'oxygène doit être maintenue aussi basse que possible. La pureté du gaz et le taux de fuite du four constituent les principaux facteurs à contrôler. Il est préférable d'utiliser un four dédié à la nitruration ionique du titane afin d'éviter que les substances adsorbées lors du traitement d'autres matériaux ne contaminent le processus de traitement du titane.