Brevet FR3042510A1 — publié le 20170421

DOMAINE DE L'INVENTION Le présent exposé concerne la réduction de rugosité de la surface d'une pièce, et plus particulièrement un procédé électrochimique de réduction de rugosité de la surface d'une pièce, par exemple d'une pièce obtenue par fabrication additive. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE La fabrication additive est une famille de procédés permettant de créer des pièces en trois dimensions par empilement de couches successives. Les pièces obtenues par fabrication additive peuvent 10 présenter des géométries complexes dont certaines ne peuvent être réalisées par d'autres méthodes de fabrication. Cependant, les surfaces des pièces élaborées par fabrication additive présentent généralement une rugosité très élevée. Il est donc nécessaire d'employer un procédé de réduction de rugosité de ces 15 surfaces. Pour réduire la rugosité d'une surface, on connaît divers procédés physiques, chimiques ou électrochimiques. Toutefois, aucun des procédés classiques n'est en mesure de réduire la rugosité élevée des pièces réalisées par fabrication additive, tout en traitant des zones difficiles d'accès. Il existe donc un besoin pour un 20 nouveau type de procédé de réduction de rugosité. PRÉSENTATION DE L'INVENTION A cet effet, le présent exposé concerne un procédé de réduction de rugosité de la surface d'une pièce, comprenant une dissolution anodique de ladite surface dans un bain, les caractéristiques du courant électrique 25 de la dissolution anodique étant configurées pour provoquer un dégagement gazeux à la surface de la pièce. La dissolution anodique est une opération électrochimique dont le principe est connu de l'homme du métier. Elle comprend le fait de placer la pièce comme anode d'un ensemble électrolytique et d'effectuer, par 30 électrolyse, un retrait de matière sur la pièce faisant office d'anode. 3042510 2 La surface de la pièce à traiter peut être en métal, notamment en alliage métallique. Les inventeurs ont observé que pour une pièce réalisée par fabrication additive, dans des conditions classiques de polissage 5 électrolytique connues de l'homme du métier, la réaction anodique forme des films de sels métalliques à la surface de la pièce. Du fait de la rugosité importante d'une pièce réalisée par fabrication additive, les sels se concentrent au sein de la rugosité de la surface, ce qui provoque la densification des films jusqu'à ce qu'ils deviennent quasiment compacts. La compacité des sels est telle que le transport des espèces électro-actives au voisinage de la pièce dans le champ électrique est stoppé. L'intensité du courant électrique chute alors très fortement et tend à devenir nulle, stoppant la poursuite du processus électrolytique. Pour poursuivre le polissage, il est alors nécessaire de sortir la pièce du bain, de rincer et de brosser la surface et de redémarrer le processus. Il est parfois nécessaire, dans ces conditions, de réaliser trois ou quatre opérations de brossage des sels compacts, jusqu'à ce que la rugosité ait suffisamment diminué pour ne plus provoquer de concentration de sels métalliques. Grâce au nouveau procédé de réduction de rugosité précédemment décrit, le dégagement gazeux à la surface des pièces facilite le décrochement en continu des agglomérats de sels métalliques piégés dans la rugosité de la surface. De plus, la dissolution anodique étant un procédé non directionnel, le procédé de réduction de rugosité permet de traiter des surfaces difficiles d'accès qui ne pourraient pas être traitées de manière mécanique, par exemple, si besoin moyennant l'utilisation d'une cathode auxiliaire et/ou d'une cathode de forme adaptée. Ainsi, la mise en oeuvre de ce procédé ne présente pas les inconvénients précédemment exposés et s'avère donc beaucoup plus intéressante pour une utilisation industrielle. En outre, bien que le procédé soit particulièrement 3042510 3 avantageux dans le cas d'une pièce obtenue par fabrication additive, il s'applique à tous types de pièces. Dans certains modes de réalisation, le dégagement gazeux à la surface est obtenu grâce à des valeurs d'intensité et/ou de tension élevées 5 du courant électrique de dissolution anodique, en particulier plus élevées que celles d'un polissage électrolytique classique. Spécifiquement, les valeurs d'intensité et/ou de tension peuvent être choisies de façon à agir sur le solvant pour provoquer son oxydation. Dans le cas d'un bain aqueux, le courant électrique permet l'oxydation de l'eau et le 10 dégagement de dioxygène au niveau de la surface faisant office d'anode. En outre, de telles valeurs provoquent une concentration du courant électrique au niveau des pics macroscopiques de la rugosité, ce qui privilégie ainsi la dissolution desdits pics et permet un lissage macroscopique. De cette façon, le courant en excès au-delà de la 15 surtension juste nécessaire à la dissolution anodique de la surface génère à la fois une dissolution anodique rapide des pics et un dégagement gazeux. Dans certains modes de réalisation, le procédé de réduction de rugosité comprend, avant la dissolution anodique, l'application d'un 20 masque sur la pièce, empêchant la dissolution de la partie masquée de la pièce. L'utilisation d'un masque permet donc avantageusement de protéger certaines parties de la pièce bien que la dissolution anodique soit un procédé non directionnel, affectant a priori toutes les zones de la pièce. Dans certains modes de réalisation, la dissolution anodique peut 25 être suivie d'un polissage électrolytique, dans lequel le courant électrique utilisé a des valeurs de tension et/ou d'intensité inférieures à celles du courant électrique de dissolution anodique. Le polissage électrolytique peut être effectué lorsque la rugosité de la surface de la pièce est devenue suffisamment faible pour ne plus provoquer de concentration des sels métalliques. Le polissage électrolytique peut suivre directement la 3042510 4 dissolution anodique, sans interruption, par exemple au moyen d'une diminution continue ou instantanée de l'intensité et/ou de la tension du courant électrique. Dans certains modes de réalisation, le bain est mis en mouvement 5 par un outillage de circulation de l'électrolyte. Cela facilite l'évacuation des sels métalliques. Dans certains modes de réalisation, la densité du courant électrique est au moins égale à 0,5 A/cm2. La densité du courant électrique peut être de préférence au moins égale à 0,6 A/cm2. 10 Dans certains modes de réalisation, la densité du courant électrique est égale à 2 A/cm2 ou moins, de préférence à 1,5 A/cm2 ou moins, de préférence à 1,2 A/cm2 ou moins. Dans certains modes de réalisation, la tension du courant électrique est au moins égale à 5 V. La tension du courant électrique peut être de 15 préférence au moins égale à 6 V, de préférence au moins égale à 7 V, de préférence au moins égale à 9 V. Dans certains modes de réalisation, la température du bain est au moins égale à 40°C. La température du bain peut être de préférence au moins égale à 45°C, de préférence au moins égale à 50°C, de préférence 20 au moins égale à 55°C, de préférence au moins égale à 60°C, de préférence au moins égale à 65°C. Une température plus élevée que la température ambiante augmente la fluidité du film de sels métalliques et facilite donc son évacuation. Dans certains modes de réalisation, la dissolution anodique est 25 effectuée pendant une durée comprise entre environ 5 minutes et environ 45 minutes. La dissolution anodique peut être effectuée de préférence pour une durée au moins égale à 10 minutes, de préférence au moins égale à 15 minutes. La dissolution anodique peut être effectuée de préférence pour une durée égale à 40 minutes ou moins, de préférence 35 30 minutes ou moins, de préférence 30 minutes ou moins. 3042510 5 Dans le présent exposé, les valeurs numériques sont données à plus ou moins 10%, voire plus ou moins 5%, en particulier lorsqu'elles sont précédées des termes « environ », « sensiblement » ou analogue. Dans certains modes de réalisation, le procédé de réduction de 5 rugosité comprend, avant la dissolution anodique, un usinage chimique de la surface de la pièce. L'usinage chimique est une opération consistant à attaquer la surface de la pièce à l'aide d'un agent chimique, par exemple une base ou un acide. L'usinage chimique permet de réaliser une première réduction de rugosité et facilite la dissolution anodique qui suit. Grâce à 10 cette synergie, la durée totale du procédé de réduction de rugosité peut être diminuée. L'application d'un masque précédemment décrite peut aussi convenir pour protéger certaines parties de la pièce de l'usinage chimique. Dans certains modes de réalisation, l'usinage chimique est effectué 15 pendant une durée comprise entre environ 2 minutes et environ 40 minutes. L'usinage chimique peut être effectué de préférence pour une durée au moins égale à 3 minutes, de préférence au moins égale à 5 minutes. L'usinage chimique peut être effectué de préférence pour une durée égale à 30 minutes ou moins, de préférence 25 minutes ou moins, 20 de préférence 20 minutes ou moins. Dans certains modes de réalisation, le procédé de réduction de rugosité comprend, avant l'usinage chimique, une dé-passivation et/ou une activation de ladite surface de la pièce. Une dé-passivation est une opération visant à retirer les couches formées par la passivation naturelle 25 de la surface, telle qu'une oxydation à l'air par exemple. Une activation est une opération chimique visant à nettoyer une surface et à la rendre chimiquement active en vue d'un traitement subséquent. De préférence, lorsque la dé-passivation et l'activation sont effectuées, l'activation suit la dé-passivation. 3042510 6 Dans certains modes de réalisation, le procédé de réduction de rugosité comprend, avant la dissolution anodique, une étape de préparation de ladite surface de la pièce. Le cas échéant, la préparation peut avoir lieu avant l'usinage chimique. La préparation peut comprendre 5 un dégraissage, en particulier un dégraissage chimique, un décapage, etc. Dans certains modes de réalisation, le procédé de réduction de rugosité comprend une étape de blanchiment, en particulier après l'usinage chimique, le cas échéant, et/ou après la dissolution anodique. Le blanchiment est une étape visant à dissoudre des films pulvérulents 10 parfois présents à la surface de la pièce après l'usinage chimique et/ou la dissolution anodique, respectivement. Dans certains modes de réalisation, le procédé de réduction de rugosité comprend une étape de séchage, en particulier après l'usinage chimique, le cas échéant, et/ou après la dissolution anodique. Le séchage 15 peut être réalisé, le cas échéant, après l'étape de blanchiment. Les techniques de séchage sont connues de l'homme du métier. Le séchage permet d'éliminer les traces du bain de dissolution et/ou du bain d'usinage et/ou d'un éventuel liquide de rinçage, qui seraient restées sur la pièce, ainsi que l'humidité résiduelle finale provenant d'une opération de rinçage 20 précédente. Dans certains modes de réalisation, le procédé de réduction de rugosité comprend un rinçage entre au moins deux étapes successives. Le procédé de réduction de rugosité peut comprendre un rinçage après chaque étape, hormis le séchage. Le rinçage permet d'éliminer les traces 25 du bain de dissolution et/ou du bain d'usinage. Dans certains modes de réalisation, la pièce a été réalisée par fabrication additive. Le procédé de fabrication additive utilisé peut être sélectionné dans le groupe composé des procédés suivants : le frittage sélectif par laser, la fusion sélective par laser, l'impression 3D, le dépôt 30 d'un fil tendu et la stéréolithographie. 3042510 7 Le présent exposé concerne également un procédé de réduction de rugosité de la surface d'une pièce, comprenant un usinage chimique de ladite surface, suivi d'une dissolution anodique de ladite surface dans un bain. 5 Le présent exposé concerne également un procédé de réduction de rugosité de la surface d'une pièce, comprenant une dissolution anodique de ladite surface dans un bain, la température du bain étant au moins égale à 45°C. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 10 L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est un schéma représentant les étapes d'un procédé de 15 réduction de rugosité selon un premier mode de réalisation ; - la figure 2 est un schéma représentant les étapes d'un procédé de réduction de rugosité selon un deuxième mode de réalisation ; - la figure 3 représente un profil de rugosité d'une pièce à différentes étapes du procédé de réduction de rugosité selon le deuxième 20 mode de réalisation ; - la figure 4 est une photographie au microscope électronique de la surface d'une pièce avant réduction de rugosité ; - la figure 5 est une photographie au microscope électronique de la surface de la figure 4 après réduction de rugosité par le procédé de 25 réduction de rugosité selon le deuxième mode de réalisation. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION Les figures 1 et 2 représentent schématiquement des étapes de procédés. Parmi ces étapes, les étapes 10, 12, 16, 22 représentées en hachures éparses correspondent à des étapes actives de pré-traitement ou 30 post-traitement. Les étapes 20, 24, 26 représentées en hachures denses 3042510 8 représentent des étapes dont l'homme du métier peut juger de la pertinence en fonction de la nature du substrat. Les étapes 18, 28 représentées en croisillons ont une action réductrice de rugosité de la surface de la pièce. Enfin, les étapes 14, représentées avec des points, 5 sont des rinçages. Un procédé de réduction de rugosité de la surface d'une pièce selon un premier mode de réalisation va être décrit en référence à la figure 1. A partir d'un état initial I de la pièce, le procédé comprend une première étape 10 d'application d'un masque sur la pièce, empêchant le 10 traitement de la partie masquée de la pièce. Le masque laisse apparente la surface dont on veut réduire la rugosité. La pièce est ensuite montée sur son outillage de dissolution anodique. Dans une deuxième étape 12, on fait subir à la pièce un dégraissage chimique. Ce dégraissage chimique consiste à immerger la 15 surface dans une solution dégraissante comprenant des ingrédients chimiques actifs pour l'élimination des corps gras. Les conditions opératoires telles que la durée d'immersion, la température de bain, la concentration en ingrédients chimiques actifs, l'agitation, etc. peuvent être définies par l'homme du métier selon ses connaissances. 20 La surface est ensuite nettoyée lors d'un rinçage 14. Le rinçage consiste en l'élimination par dilution des résidus du bain actif qui précède. Pour cela, selon un exemple, la surface est immergée pendant la durée nécessaire, typiquement de l'ordre de 2 minutes, dans un bain d'eau à température ambiante. Le bain peut être agité pour améliorer l'efficacité 25 du rinçage. On fait ensuite subir à la surface un décapage 16. Le décapage 16 est une opération d'élimination des oxydes métalliques présents sur la surface par dissolution chimique sélective dans un bain actif sur les oxydes. La surface peut ensuite être rincée par un rinçage subséquent 14. 3042510 9 La pièce est ensuite immergée dans un bain pour l'opération de réduction électrochimique de rugosité par dissolution anodique 18. Le bain peut comprendre un mélange d'acide phosphorique (H3PO4) et d'acide sulfurique (H2SO4) en concentrations élevées. Par exemple, la 5 concentration d'acide phosphorique peut être supérieure ou égale à 800 g/L. Par exemple, la concentration en acide sulfurique peut être supérieure ou égale à 400 g/L. Le bain ainsi obtenu peut être visqueux. La nature et la composition du bain peuvent varier en fonction de la composition de la surface à traiter. 10 La pièce fait office d'anode pour l'électrolyse résultant en une dissolution anodique de la surface de la pièce. Les paramètres électrolytiques de la dissolution anodique 18 sont réglés de la façon suivante : tension U=7V, densité de courant (intensité) Ja=0,7 A/cm2, température du bain T=65°C, temps de traitement t=16 min. Ces 15 paramètres peuvent être modulés par l'homme du métier, par exemple en fonction de la distance entre l'anode et la cathode et de la géométrie de l'anode et de la cathode. Si nécessaire, la cathode est conçue pour que sa forme permette d'adapter localement la densité de courant pour mieux réguler la dissolution et obtenir un résultat uniforme. En outre, ces 20 paramètres peuvent être modulés par l'homme du métier en fonction de la composition du bain, dès lors que les valeurs choisies permettent un dégagement gazeux, notamment par oxydation du solvant, à la surface de la pièce. En particulier, les principes suivants, déterminés par les inventeurs, 25 peuvent être pris en considération pour moduler les paramètres. La concentration en espèces chimiques et la température du bain ont une influence sur sa conductivité électrique. Ainsi, à tension fixée, la concentration en espèce chimique et/ou la température agissent sur l'intensité du courant de dissolution anodique. Par ailleurs, la 30 concentration en espèces chimiques et la température agissent également 3042510 10 sur la viscosité du bain. Le gradient de concentration en espèces chimiques dans le bain agit sur la répartition de l'intensité entre crête et creux de rugosité. La température agit également sur la densité des films anodiques solides. 5 Comme indiqué précédemment, de tels paramètres de dissolution anodique 18 résultent en un dégagement gazeux à la surface de la pièce, ce qui facilite le décrochement en continu des agglomérats de sels métalliques piégés dans la rugosité de la surface et permet d'utiliser le procédé pour des pièces ayant une forte rugosité initiale. 10 Après la dissolution anodique 18, un nouveau rinçage 14 est effectué pour éliminer les traces du bain et les agglomérats restés sur la pièce. Ensuite, si nécessaire, un blanchiment 20 est effectué. En effet, pour certaines nuances d'alliages, un film résiduel sombre persiste après 15 l'usinage chimique et/ou la dissolution anodique et/ou un rinçage subséquent. L'opération de blanchiment permet d'éliminer ce film. Par exemple, pour les nuances d'alliages à base nickel, le film mince résiduel grisâtre peut être dissout par immersion de la surface dans un bain de blanchiment alcalin fort (comprenant principalement de l'hydroxyde de 20 sodium NaOH et un mouillant), sous ultra-sons et à 80°C. L'homme de métier sait définir les paramètres de cette opération et déterminer s'il est opportun ou non de l'appliquer. Les paramètres opératoires (température, agitation, durée) sont adaptés à la nature et à la quantité des films minces résiduels présents sur la surface après le rinçage final suivant l'usinage 25 chimique ou la dissolution anodique. Dans ce mode de réalisation, le blanchiment 20 est suivi par un rinçage 14 puis un séchage 22. Le séchage 22 est connu en soi et effectué de manière classique. La figure 2 présente un procédé de réduction de rugosité de la 30 surface d'une pièce selon un deuxième mode de réalisation. Dans ce mode 3042510 11 de réalisation, la dissolution anodique 18 est précédée par un usinage chimique de la surface afin d'enlever de la surface des concrétions métalliques. Cette étape préliminaire permet d'optimiser la durée globale du procédé tout en limitant la consommation de la matière de la pièce 5 pour une même rugosité finale obtenue. Comme représenté sur la figure 2, le procédé selon le deuxième mode de réalisation comprend, à partir d'un état initial I, des premières étapes similaires à celles déjà décrites, à savoir un dégraissage chimique 12, un rinçage 14, un décapage 16 et un nouveau rinçage 14. 10 Ensuite, le procédé comprend une étape de dé-passivation 24 de la surface. Certaines nuances, par exemple certains alliages à base nickel, présentent des oxydes ou des composés stables issus de réactions préalables en surface. Ces oxydes ou ces composés souvent très compacts ne sont pas éliminés par le décapage 16. La dé-passivation 24 consiste à 15 immerger la surface dans un bain qui contient des substances chimiques spécifiquement actives sur ces films. La dé-passivation 24 est parfois réalisée en deux étapes : une première étape emploie un premier bain pour conditionner les composés des films vers un état propice à leur dissolution, puis une deuxième étape emploie un deuxième bain pour 20 dissoudre les composés ainsi conditionnés. La dé-passivation 24 est suivie d'un rinçage 14 puis d'une activation 26 de la surface. L'activation 26 consiste à immerger la surface de la pièce dans un bain adapté à la composition de la surface pour activer la surface en vue d'obtenir une dissolution homogène ultérieure. Cette étape est 25 particulièrement avantageuse lorsque l'usinage chimique 28, qui sera décrit par la suite, est basé sur un processus d'oxydoréduction. Cette situation peut être rencontrée par exemple dans le cas des nuances d'alliages à base nickel. Après l'activation, la surface est rincée à nouveau puis immergée 30 dans un bain pour l'usinage chimique 28. Le bain a une composition et 3042510 12 une température configurées pour dissoudre les rugosités présentes à la surface (cf. figure 4) sur tous leurs côtés simultanément. Le diamètre des rugosités se réduit alors petit à petit jusqu'à les faire disparaître totalement. Ainsi, la rugosité macroscopique de la surface s'en trouve 5 améliorée. Par exemple, le bain d'usinage chimique peut comprendre un mélange actif vis-à-vis de la nuance d'alliage à usiner chimiquement, par exemple un mélange d'acides avec ou sans additifs de mouillabilité pour des nuances d'alliages de titane, par exemple un mélange d'acides et 10 d'oxydant puissant pour l'usinage chimique contrôlé d'alliages dit « passifs » tels que les nuances d'alliages à base nickel. Selon un autre exemple, adapté aux alliages à base aluminium, le bain d'usinage chimique peut comprendre un mélange de bases et d'oxydant puissant pour les alliages base aluminium. 15 Par exemple, la température du bain d'usinage chimique peut être d'environ 35°C à 50°C, de préférence environ 40°C. L'usinage chimique 28 permet de réaliser une première réduction de rugosité de la surface de la pièce, en préparation de la dissolution anodique et pour faciliter ladite dissolution anodique. 20 Le procédé selon ce deuxième mode de réalisation comprend, après l'usinage chimique, un rinçage 14, un blanchiment 20 similaire au blanchiment déjà décrit, puis un nouveau rinçage 14 et un séchage 22 de la surface de la pièce. Après le séchage 22, la surface est dans un état intermédiaire A. Comme l'indique le renvoi A à la figure 1, on applique 25 ensuite à la surface les étapes du procédé selon le premier mode de réalisation. En d'autres termes, le procédé selon le deuxième mode de réalisation comprend, en plus de celui selon le premier mode de réalisation, les étapes représentées à la figure 2, à savoir un usinage 30 chimique 28 et des étapes de pré-traitement 12, 14, 16, 24, 26 et post- 3042510 13 traitement 14, 20, 22 de l'usinage chimique 28. Cependant, dans la mesure où la surface a déjà subi l'usinage chimique 28 avant la dissolution anodique 18, les paramètres de la dissolution anodique 18 peuvent différer de ceux donnés en exemple précédemment. En particulier, le 5 temps de traitement et les valeurs d'intensité et de tension du courant électrique de dissolution anodique peuvent être plus faibles. Les figures 3 à 5 présentent les caractéristiques de rugosité d'une surface d'une pièce à différentes étapes du procédé de réduction de rugosité selon le deuxième mode de réalisation. Dans cet exemple, la 10 pièce est en alliage à base nickel, par exemple ayant la composition suivante (pourcentages atomiques) : C de 0,02% à 0,08%; Cr de 17% à 21% ; Fe de 15% à 21%; Nb de 4,75% à 5,5% Ta REVENDICATIONS1. Procédé de réduction de rugosité de la surface d'une pièce, comprenant une dissolution anodique (18) de ladite surface dans un bain, les caractéristiques d'un courant électrique de la dissolution anodique étant configurées pour provoquer un dégagement gazeux à la surface de la pièce. 2. Procédé de réduction de rugosité selon la revendication 1, dans lequel la densité du courant électrique est au moins égale à 0,5 A/cm2. 3. Procédé de réduction de rugosité selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la tension du courant électrique est au moins égale à 5 V. 4. Procédé de réduction de rugosité selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la température du bain est au moins égale à 40°C. 5. Procédé de réduction de rugosité selon l'une quelconque des 20 revendications 1 à 4, dans lequel la dissolution anodique (18) est effectuée pendant une durée comprise entre environ 5 minutes et environ 45 minutes. 6. Procédé de réduction de rugosité selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 5, comprenant, avant la dissolution anodique (18), un usinage chimique (28) de la surface de la pièce. 7. Procédé de réduction de rugosité selon la revendication 6, dans lequel l'usinage chimique (28) est effectué pendant une durée comprise 30 entre environ 2 minutes et environ 40 minutes. 3042510 17 8. Procédé de réduction de rugosité selon la revendication 6 ou 7, comprenant, avant l'usinage chimique (28), une dé-passivation (24) et/ou une activation (26) de ladite surface de la pièce. 5 9. Procédé de réduction de rugosité selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant, avant la dissolution anodique (18), une étape de préparation (10, 12, 14, 16) de ladite surface de la pièce. 10 10. Procédé de réduction de rugosité selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la pièce a été réalisée par fabrication additive.