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Qu’est-ce que la préparation de surface : étapes et exemples

authorIcon By Catherine Veilleux on August 29, 2023 topicIcon Nettoyage laser

Peu importe que vous souhaitiez procéder à un revêtement, à un collage, à une soudure ou à l’assemblage de pièces métalliques, la préparation de la surface est essentielle pour garantir la bonne qualité de votre produit.

Faute de quoi, vous risqueriez de rencontrer des problèmes de qualité. Par exemple, l’intégrité structurale peut être affectée, ou des revêtements peuvent se détacher.

La préparation de surface est le processus de traitement de la surface d’un matériau avant l’application de revêtements ou d’adhésifs, ou avant la soudure ou l’assemblage. Elle associe des techniques telles que les abrasifs mécaniques, les traitements chimiques et la technologie laser. Ces méthodes de préparation des surfaces garantissent une adhérence optimale et améliorent les propriétés matérielles.

Dans les sections suivantes, vous comprendrez comment les différentes étapes de préparation des surfaces améliorent la durabilité des revêtements, adhésifs, soudures et assemblages.

Quelles sont les étapes de préparation des surfaces ?

La préparation des surfaces peut être divisée en cinq étapes :

1. Élimination des contaminants et revêtements de la surface

 

La présence de contaminants sur une surface peut compromettre la qualité et l’efficacité de différents processus, notamment les revêtements, les adhésifs et la soudure. Pour garantir de bons résultats et des collages résistants, il est essentiel d’éliminer les contaminants tels que la terre, la poussière, la rouille, la graisse et l’huile avant l’une de ces applications.

Des méthodes comme le nettoyage laser, le décapage au jet d’abrasif et le nettoyage chimique peuvent être utilisés pour éliminer les contaminants et obtenir une surface propre.

Élimination de contaminants pour revêtements et adhésifs : lorsque des contaminants sont présents sur une surface, ils créent une barrière entre la surface et le revêtement ou l’adhésif. Cela entraîne un mauvais collage avec des revêtements qui se détachent ou des adhésifs qui ne tiennent pas comme ils devraient. L’élimination des contaminants est cruciale pour garantir un collage solide et durable.

Élimination de contaminants pour la soudure : les contaminants et les revêtements sur les surfaces en cours de soudure s’introduisent à l’intérieur des soudures et peuvent avoir plusieurs conséquences négatives :

  • Mauvaise fusion : la fusion est le processus de fonte de surfaces métalliques au niveau de la jointure pour créer une liaison solide et continue. Si des contaminants sont présents, ils peuvent empêcher les métaux de fusionner efficacement, ce qui affaiblit les jointures.
  • Porosité élevée : les contaminants peuvent entraîner la formation de petits trous (ou pores) à l’intérieur de la soudure. Cette formation s’appelle une porosité et affecte l’intégrité structurale de la soudure, ce qui entraîne des fissures et des pannes.
  • Faible résistance : les soudures affectées par des contaminants sont plus faibles et les composants liés présentent des risques de panne en cas de contrainte ou de charge.

2. Augmentation de la rugosité de surface

 

Le ponçage, la texturation par laser et la gravure chimique peuvent être utilisés pour rendre les surfaces rugueuses. Même s’il n’est pas toujours nécessaire d’augmenter la rugosité, cela permet aux revêtements et aux adhésifs d’adhérer davantage aux surfaces. Cela concerne particulièrement les métaux et matières plastiques. La rugosification des surfaces permet de préparer les surfaces à divers processus. Par exemple, un revêtement par projection thermique, un collage par adhésif et une peinture.

3. Modification de la composition chimique

La composition chimique d’une surface détermine sa compatibilité avec les autres matériaux. En la modifiant, vous pouvez obtenir de meilleures capacités de collage.

Par exemple, les méthodes comme la texturation par laser et les traitements chimiques peuvent introduire des oxydes qui améliorent le collage. Ces derniers améliorent la force de capillarité (c’est-à-dire, le nombre de sites de collage pour les revêtements et les adhésifs).

Molécules d’oxyde bénéfique sur une surface métallique

4. Élimination de la poussière d’abrasif (étape supplémentaire en cas d’utilisation d’abrasifs)

Lorsque des abrasifs tels que le papier abrasif, le sablage et des roues de meulage sont utilisés pour préparer les surfaces, ils génèrent de la poussière et des particules qui restent sur la surface traitée. Ces contaminants doivent être éliminés afin de ne pas affecter la qualité du collage. Pour ce faire, il existe des méthodes telles que le soufflage d’air, le brossage et le lavage par solvant.

Par exemple, l’un de nos clients avait des soucis de poussière provenant des agents de décapage lors de la préparation de surfaces métalliques. Il a résolu ce problème en remplaçant le décapage à l’abrasif par la texturation par laser :

Nous avons utilisé de l’oxyde d’aluminium pour le décapage à l’abrasif. Si vous éliminez l’oxyde d’aluminium, c’est déjà un contaminant en moins, et moins de déchets à traiter. Dans notre cas, une partie de l’oxyde [poussière] s’est introduite dans les pièces, ce qui n’est pas souhaitable non plus. L’utilisation de la texturation par laser résout ce problème. »

Un client dans l’industrie énergétique

 

5. Rinçage des produits chimiques (étape supplémentaire en cas d’utilisation de produits chimiques)

Les produits chimiques utilisés pour préparer les surfaces jouent souvent un rôle crucial dans la modification de la composition chimique de la surface. Mais les résidus chimiques (tels que les solvants ou les détergents) sont des contaminants pouvant interférer avec les processus de revêtement et de collage qui suivent. Une bonne élimination de ces résidus est essentielle.

C’est pour cette raison que des étapes de rinçage supplémentaires sont souvent nécessaires lors de l’utilisation de produits chimiques. Les eaux usées générées doivent être traitées et éliminées correctement.

Reconditionnement d’anciennes pièces

Le reconditionnement d’anciennes pièces nécessite une approche spécialisée de la préparation de surface. Avec le temps, les surfaces peuvent accumuler des couches de corrosion, de revêtements et d’usure. Ces dernières requièrent une restauration minutieuse pour garantir la performance optimale de nouveaux revêtements.

Voici les étapes de préparation des surfaces que vous pouvez suivre lors du reconditionnement d’anciennes pièces :

  1. Évaluer la surface : vous devez inspecter les anciennes pièces pour détecter des signes de corrosion, de dégradation ou de revêtements existants. Vous pouvez également évaluer l’étendue de l’usure et des dégâts pour déterminer l’approche de reconditionnement adaptée.
  2. Éliminer l’huile et la graisse : les résidus d’huile et de graisse peuvent affecter grandement l’adhérence et les performances du revêtement. Les dégraissants et les solvants nettoyants peuvent éliminer efficacement ces contaminants.
  3. Enlever les anciens revêtements : si l’ancienne pièce a déjà des revêtements qu’il faut remplacer, il est essentiel de les enlever. Des méthodes comme le décapage au jet d’abrasif ou le décapage chimique peuvent être utilisées pour éliminer de vieux revêtements.
  4. Éliminer la corrosion : les anciennes pièces peuvent présenter une corrosion à éliminer avant le reconditionnement. Des techniques comme le décapage au jet d’abrasif, des traitements chimiques ou l’abrasion mécanique permettent d’éliminer des couches de corrosion.
  5. Lisser la surface : après l’élimination des anciens revêtements et de la corrosion, la surface peut être irrégulière, voire trouée. Le ponçage, le meulage ou des traitements chimiques permettent d’obtenir une surface plus lisse et uniforme.
  6. Restaurer le profil de surface : il est important pour certaines applications de restaurer le profil de surface d’origine. Le décapage au jet d’abrasif peut aider à obtenir la texture de surface souhaitée pour des performances optimales.
  7. Préparer la surface : avant l’application de nouveaux revêtements ou traitements, la surface reconditionnée peut avoir besoin d’être préparée. Les méthodes telles que les traitements chimiques ou l’abrasion mécanique peuvent faciliter les processus suivants.

Méthodes de préparation des surfaces

Voici les avantages et limites des procédés les plus répandus de préparations des surfaces.

Abrasifs mécaniques

Les abrasifs mécaniques incluent des méthodes comme le décapage par projection d’abrasif, et l’utilisation de roues de meulage et d’outils à brosser. Ces méthodes sont peu coûteuses, peuvent éliminer les contaminants résistants et épais, et peuvent traiter de grandes surfaces rapidement.

Ils demandent cependant beaucoup d’entretien, manquent de précision, génèrent une grande quantité de poussière et peuvent endommager le substrat. Les coûts d’équipement et d’entretien peuvent également s’accumuler.

Traitements chimiques

Les traitements chimiques nécessitent souvent des produits chimiques spécifiques adaptés au matériau et aux propriétés de surface souhaitées. Ils peuvent être appliqués par immersion, pulvérisation ou application manuelle. Par exemple, la couche de conversion au chromate et l’anodisation à l’acide phosphorique. Les produits chimiques permettent un contrôle précis et peuvent obtenir des surfaces uniformes.

Cependant, ils sont dangereux pour l’environnement et requièrent des mesures de sécurité strictes. En outre, ils peuvent ralentir le processus de fabrication. Cela est dû à des durées de traitement plus longues et à la nécessité d’un rinçage minutieux pour éliminer les résidus.

Traitements de surface au laser

Les traitements de surface au laser incluent le nettoyage laser et la texturation par laser. En tant que processus sans contact, ces méthodes ne génèrent aucune usure mécanique et demandent donc peu d’entretien. Grâce à leur précision élevée, elles peuvent préparer des zones spécifiques sans affecter d’autres zones. Les lasers peuvent aider les fabricants à intensifier leur production en traitant les pièces plus rapidement.

Ils requièrent toutefois un premier investissement élevé et ne présentent généralement un bon retour sur investissement que dans les chaînes de production à grand volume. En outre, ils ne sont pas adaptés à l’élimination de revêtements épais, des enduits lustrés, de la calamine, ou pour traiter des surfaces importantes.

Exemples de préparation des surfaces

La préparation de surface prend plusieurs formes et sert à préparer des pièces pour des processus tels que la soudure, le collage, le revêtement et l’assemblage. Les exemples comprennent l’élimination des époxys, de la rouille, des oxydes, des revêtements électrodéposés, ainsi que la texturation des surfaces.

Élimination des époxys

 

S’ils ne sont pas éliminés, les époxys peuvent pénétrer dans les soudures et les contaminer. Par exemple, dans le cas de la fabrication de stator de véhicule électrique, l’époxy est éliminé des barrettes et des fils en U des connecteurs avant la soudure. Cela contribue à la qualité et à la fiabilité globales du stator obtenu.

Élimination de la rouille

 

La rouille est une conséquence d’une réaction chimique appelée oxydation, au cours de laquelle des atomes de fer réagissent à l’oxygène en présence d’eau pour former de l’oxyde de fer, couramment appelé rouille. Il est essentiel d’éliminer la rouille des surfaces en acier lors de la préparation au revêtement et à la soudure.

Élimination de l’oxyde

 

Les oxydes doivent être éliminés des surfaces métalliques avant des étapes telles que la soudure, la peinture, le revêtement, l’anodisation et l’assemblage. Ils doivent également être éliminés après la soudure pour empêcher les revêtements de tomber près des jointures.

Certains oxydes sont relativement faciles à éliminer, par exemple, les oxydes d’aluminium et les oxydes noirs formés après la soudure d’acier inoxydable. Grâce à ces matériaux, les fabricants peuvent éliminer les oxydes avec des techniques moins agressives telles que le nettoyage laser.

La calamine est un type d’oxyde plus difficile à éliminer. Elle se forme pendant la production d’acier à cause de l’oxydation de fer présente dans l’acier à haute température. Le meilleur moyen de l’éliminer est en utilisant des abrasifs mécaniques tels que des outils à brosser, des disques à poncer ou le décapage par projection d’abrasif. Ces techniques sont idéales pour les surfaces plus importantes ou lorsqu’une élimination plus agressive est nécessaire.

Élimination des revêtements électrodéposés

 

Le revêtement électrodéposé réduit le contact métal sur métal direct entre les pièces. Étant donné que celles-ci adhèrent généralement mieux les unes aux autres lorsque les surfaces métalliques nues sont en contact direct, il vaut mieux retirer le revêtement électrodéposé des surfaces à assembler. Cela améliore l’imbrication mécanique et augmente la stabilité des composants assemblés.

Texturation des surfaces

 

Les revêtements et les adhésifs adhèrent mieux aux surfaces rugueuses qu’aux surfaces lisses. En augmentant la rugosité, les surfaces obtiennent ce qu’on appelle la « force de capillarité », qui génère davantage de sites pour le collage.

Celle-ci permet des liaisons plus résistantes et plus durables, et est essentielle pour les applications telles que le collage par adhésif et le revêtement par projection thermique.

Conseils d’experts en matière de laser pour une préparation de surface efficace

Si vous vous renseignez sur les méthodes de préparation de surface, nos experts peuvent vous aider à réaliser des tests approfondis et vous expliquer les coûts et avantages de l’application de la technologie laser.

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Catherine Veilleux

Catherine holds a bachelor’s degree in Engineering Physics and a master's degree in Physics. She completed her master’s in partnership with Laserax to develop industrial solutions for the laser texturing of metallic surfaces. She is now the Applications Lab Supervisor at Laserax, where she oversees the team that tests and optimizes laser processes for clients.