Lorsqu’on usine[1] à très grande vitesse des pièces industriels tels que des engrenages, l’absence de fluide de coupe (pour des considérations économiques et écologiques), entraîne une augmentation de la température à l’interface matériaux/fraise mère, qui peut atteindre 800-1000°C. Afin d’augmenter la durée de vie des fraises mères utilisées à plusieurs reprises au travers de multiples opérations de réaffutage/decoating/préparation de surface/recoating, la surface de l’outil de coupe est couverte d’un revêtement d’une grande dureté. Ce revêtement très fin, d’une épaisseur de 1 à 5 µm (micron), doit posséder une forte résistance à la température, à l’abrasion, aux chocs, une faible affinité chimique avec les matériaux à usiner, une optimisation de l’évacuation des copeaux, ...
Le projet TINALTA[2], obtenu par Stéphane LUCAS et mené par Emile HAYE, est financé grâce au programme Win²Wal du SPW-EER, et implique le laboratoire d’Analyses par Réactions Nucléaires (LARN) du Département de physique de l’UNamur (Institut NISM) et la spin-off Innovative Coating Solutions (ICS). Il vise à proposer un couple produit/procédé permettant le recouvrement d’outils d’usinage avec un nitrure trimétallique optimisé et à hautes performances, en particulier à très haute durée de vie. Ce revêtement est en cours de qualification et validation à l’échelle industrielle. Il doit encore faire la preuve de différents indicateurs et passer une étude de fiabilité selon des cadences de production élevée.
[1] Usiner est un terme générique incluant toute une série d’opérations telles que le tournage, le fraisage, le perçage…
[2] TINALTA: Couple Produit/Procédé permettant le recouvrement d'outil d'usinage par un nitrure métallique optimisé
« Le revêtement est déposé par méthode PVD (Physical Vapor Deposition). Cette méthode de dépôt sous vide est basée sur des procédés plasma », explique Emile Haye, chercheur post-doctoral chargé du projet à l’UNamur. « Un plasma, c’est un gaz ionisé, obtenu lorsque l’on applique une tension entre deux surfaces sous vide, en présence d’une faible quantité de gaz. C’est le même principe qu’un néon, sauf qu’en modulant les paramètres électriques, il est possible de « pulvériser » une source de matière, qui vient ensuite se condenser sur les surfaces placées en vis-à-vis. Cette méthode de synthèse de couche à l’avantage de ne nécessiter aucun solvant, et aucune étape supplémentaire. Le bilan énergétique de ce procédé est donc faible », poursuit-il.
Parmi une série de contraintes propres au dépôt de ce revêtement, il est important qu’il puisse être retiré. En effet, lorsque l’outil a servi, il est réaffuté. Le revêtement est alors retiré, et la surface repréparée, avant le dépôt d’un nouveau revêtement. Ainsi, l’outil peut être réutilisé plusieurs fois (jusqu’à 10-12 fois). Ce reconditionnement d’outil industriels est justifié pour des outils à haute valeur ajoutée (fraises mères, outils pignons), du fait de leurs prix très élevés.
Nous avons développé un procédé innovant, basé sur des méthodes PVD, avec également une composition de revêtement originale. Ce développement a été possible grâce à la combinaison des expertises d'ICS et de l’unité de recherche LARN de l’UNamur.
Emile Haye, chercheur à l'Unamur, institut NISM, laboratoire LARN
Une demande de dépôt de brevet européen vient d’être déposée et les perspectives de valorisation sont nombreuses. On vous le prouve en images !
Les partenaires du projet
- Spin-off ICS : Stéphane Lucas, Noé Watiez
- UNamur (Institut NISM, LARN) : Emile Haye, Remy Wauters, Loris Chavée
Financement du projet : Programme Win²Wal de la RW, convention 1910092.