17 options de résistance à la corrosion pour vos pièces : métaux et finitions

Cet article résume les différentes options de fabrication à considérer pour obtenir des pièces métalliques résistantes à la corrosion : matériaux adaptés, procédés technologiques et traitements de surface.
Comparison of a rusted nail and a nail protected against corrosion

On définit la corrosion comme le processus naturel de dégradation des métaux en d’autres substances indésirables, processus se produisant au contact d’un agent corrosif, comme l’air ou l’eau. 

Ces mêmes agents convertissent les métaux en leurs oxydes, sulfures et hydroxydes associés (comme la rouille dans le cas du fer), occasionnant des dommages, voire la désintégration de certaines parties métalliques, à commencer par celles directement exposées à l’environnement, avant de se propager à l’ensemble du matériau.

D’un autre côté, les pièces métalliques endurantes à la corrosion bénéficient d’une certaine résistance à ces réactions chimiques, ce qui permet de les utiliser dans de nombreuses applications, depuis les ustensiles de cuisine jusqu’à l’industrie de la défense. Pour créer de telles pièces, deux solutions sont envisageables : soit partir sur un matériau intrinsèquement résistant à la corrosion qui sera alors travaillé par usinage CNC, tôlerie ou impression 3D via la technologie DMLS (« Direct Metal Laser Sintering »), soit accroître la capacité d’une pièce à résister à de telles agressions grâce à un traitement post-usinage approprié.

Méthode 1 : Choisir des métaux typiquement résistants à la corrosion

Acier inoxydable

Les aciers inoxydables forment une famille regroupant environ 200 alliages d’acier bénéficiant d’une forte résistance à la chaleur et à la corrosion. Leur teneur en carbone varie de 0,03% à 1,2%, mais c’est leur forte teneur en chrome qui les distingue : l’acier inoxydable intègre une proportion de chrome à hauteur de 10,5%, ce qui crée une couche d’oxydation passive protectrice permettant au métal de résister à la corrosion.

En fonction de leurs microstructures, les aciers inoxydables peuvent être divisés en 3 grandes catégories :

  • Les aciers austénitiques : ces aciers comportent au moins 18% de chrome et 8% à 12% de nickel, en plus d’un mélange d’azote, de carbone et de bien d’autres éléments. Le chrome confère une importante résistance à la corrosion, tandis que l’azote fonctionne comme un agent rigidifiant. Ces alliages sont rangés, dans la nomenclature standard, sous la série dite des « 300 », les plus communément employés étant l’acier inoxydable 304 et l’acier inoxydable 316, ce dernier étant le plus résistant à la corrosion des deux.
  • Les aciers martensitiques : ces aciers comportent généralement du chrome (à hauteur de 11,5% à 13%), du carbone (à hauteur de 0,15%) et du manganèse (à hauteur de 0,1%), avec des inclusions de molybdène et de soufre ou de sélénium. La série concernée est celle des « 400 », le plus communément utilisé étant le 420A. Le carbone confère à ces alliages une bonne résistance mécaniques, mais leur faible teneur en chrome les rend moins résistants à la corrosion comparée à la série des 300.
  • Les aciers ferritiques : le terme désigne une catégorie d’aciers qui ne prennent pas la trempe, avec une teneur en chrome variant de 10,5% à 30%, et une teneur en carbone inférieure à 20%. Bien que ces aciers ne puissent pas être trempés via les traitements thermiques habituels, il est possible de leur faire subir l’équivalent d’une trempe légère par laminage à froid. Ils font également partie de la série dite des « 400 », le plus communément utilisé étant le 430A.

Les aciers duplex

Les alliages d’acier duplex, comme leur nom l’indique, comportent deux phases différentes. Ils combinent les meilleures propriétés des phases ferritiques et austénitiques pour donner naissance à un métal extrêmement résistant à la corrosion. Les alliages les plus typiques sont le S32750 (avec 25% de chrome, 7% de nickel et 4% de molybdène) et le 2205 (avec 22% de chrome, 5% de nickel et 3% de molybdène). Ils sont utilisés dans des applications très exigeantes en termes de performances.

Acier inox 316Ti

Acier inox 304

Acier inox 316L

Superalliages

Les superalliages sont des alliages métalliques de haute performance, qui offrent tout à la fois une bonne résistance à la corrosion (y compris à hautes températures) et d’excellentes propriétés mécaniques. C’est d’ailleurs la raison pour laquelle ils sont souvent employés là où les exigences sont fortes, tant en termes de performances qu’en termes d’endurance à la corrosion (notamment pour l’aérospatiale et le secteur médical). 

Les superalliages se différencient par l’élément principal les composant :

  • Les superalliages de nickel : basés sur le nickel, ces superalliages confèrent une forte résistance mécaniques en plus d’une excellente endurance à la corrosion et à la chaleur (en raison de son faible taux de dilatation thermique). Leur mémoire de forme et leur facilité à être usiné en font des matériaux uniques en leur genre. L’inconel 718 en est un exemple, d’ailleurs utilisable en impression 3D.
  • Les superalliages de cobalt : basés sur le cobalt, ces superalliages ont un point de fusion bien plus élevé que leurs homologues à base de nickel ou de fer, en plus d’offrir une meilleure résistance à la corrosion à chaud. Plus faciles à souder que les superalliages de nickel, les poudres à base d’alliages de cobalt et de chrome sont aussi utilisables en impression 3D.
  • Les superalliages de fer : basés sur le fer, ces superalliages bénéficient d’une forte résistance mécanique à température ambiante, tout en étant hautement résistants à l’oxydation, à l’usure, au fluage et à la corrosion. Ils sont également meilleur marché que les deux catégories précédemment citées.

Aluminium

L’aluminium possède une forte affinité pour l’oxygène, formant donc une couche passive d’oxydation le rendant impérieux à la corrosion. La plupart des types d’aluminium sont aussi résistants aux attaques chimiques, les grades 1xxx, 3xxx et 5xxx étant les plus endurants dans ce domaine : ils se maintiennent bien dans des environnements où le pH oscille entre 4,5 et 8,5 (la zone habituellement considérée comme corrosive). Il est possible de lui ajouter une couche supplémentaire anti-corrosion grâce à un processus d’anodisation.

  • Série 1xxx : dans cette série, l’aluminium est d’une grande pureté (environ 99%) et présente la meilleure résistance à la corrosion pour des applications normales.
  • Série 3xxx : dans cette série, le manganèse constitue le composé d’alliage majoritaire (alliage Al-Mn, avec une teneur en manganèse jusqu’à 1,25%), ce qui rend ces alliages ductiles, au prix d’une résistance à la corrosion légèrement inférieure par rapport aux alliages de la série 1xxx. L’aluminium Al-Si1Mg, par exemple, bénéficie d’une forte résistance aux fissures induites par la corrosion sous des contraintes mécaniques importantes.
  • Série 5xxx : dans cette série, le magnésium constitue le composé d’alliage majoritaire. Les alliages qui en découlent ont une résistance à la corrosion similaire à ceux de la série 3xxx, mais peuvent bénéficier davantage d’un traitement par écrouissage, en plus d’offrir une surface éclatante.

Aluminium 6061

Aluminium 6082

Aluminium 6060

Alliages de cuivre

Les alliages de cuivre bénéficient d’une haute conductivité thermique, d’une forte résistance à la corrosion et d’une excellente dureté. Ils offrent également une bonne résistance mécanique à hautes températures et sont souvent intégrés à d’autres alliages métalliques en vue d’améliorer leur endurance à la corrosion. Les options les plus courantes, en termes de matériaux résistants à la corrosion dans cette famille, sont :

  • Le bronze : l’un des plus anciens alliages connus. Le bronze d’aujourd’hui est composé de 88% de cuivre additionné de 12% d’étain, bien qu’il puisse également comporter du nickel, du manganèse, de l’aluminium, du silicium, du zinc ou de l’arsenic. Le fait d’ajouter une faible quantité de silicium permet d’augmenter la résistance à la corrosion de l’alliage.
  • Le laiton : alliage de cuivre et de zinc, le laiton peut aussi contenir de faibles quantités d’étain pour lui conférer une meilleure résistance à la corrosion (pour contrebalancer le zinc, qui aurait plutôt tendance à la diminuer). Tous les types de laiton sont hautement endurants à la corrosion et possèdent une bonne résistance à la traction, en plus d’un point de fusion plus bas que celui du bronze, ou même du cuivre pur.
Copper electric terminals
Bornes électriques en cuivre

Titanium

Le titane est un métal extrêmement solide, largement utilisé pour les applications d’ingénierie en raison de sa résistance à la corrosion et de son bon rapport résistance sur poids. Il est, en effet, 40% plus léger que l’acier, tout en étant aussi résistant et aussi solide. 

À l’instar des autres métaux résistants à la corrosion, le titane forme une couche d’oxyde passive sans laquelle il se corroderait immédiatement. Sa résistance aux agents chlorés est assez unique en son genre. Le titane 3.7164 (ou titane de grade 5) est un bon exemple de matériau résistant à la corrosion.

Titanium alloy bolts
Boulon en alliage de titane

Comparatif des coûts de fabrication lors de l’utilisation de matériaux résistants à la corrosion

Le tableau ci-dessous donne un récapitulatif des coûts pour la fabrication d’ouvrages utilisant différents métaux résistants à la corrosion, disponibles sur la plateforme de devis instantané de Xometry :

Matériau Procédé de fabrication Coût à l’unité Coût unitaire pour 10 pièces Coût unitaire pour 100 pièces
Acier inoxydable 304 / 1.4301 CNC € 211,61 € 66,41 € 23,74
Acier inoxydable 316L / 1.4404 CNC € 228,58 € 72,75 € 25,68
Acier inoxydable 316L / 1.4404 DMLS € 387,12 € 294,83 Prix sur demande
Aluminium AlSi10mg CNC € 123,07 € 35,35 € 13,88
Aluminium AlSi10mg DMLS € 174,76 € 89,19 € 87,80
Titane, T6Al4V CNC € 705,35 € 215,06 € 55,12
Titane, T6Al4V DMLS € 387,12 € 294,83 Prix sur demande
Inconel 718 DMLS € 487,77 € 333,16 Prix sur demande
Alliage de cobalt, CoCr DMLS € 522,61 € 619,15 Prix sur demande

Méthode 2 : Accroître la résistance à la corrosion d’une pièce par un traitement de surface

La résistance à la corrosion des ouvrages usinés en CNC, façonnés en tôlerie ou imprimés en 3D peut également être améliorée grâce à différents traitements de surface :

  • Anodisation : principalement utilisée pour les pièces en aluminium, consiste à rajouter une couche d’oxydation pour renforcer la surface de la pièce et la protéger contre l’usure.
  • Vaporisation de peinture : ce procédé consiste à vaporiser de la peinture à la surface d’une pièce pour la protéger contre la rouille. Il est utilisé sur les objets de la vie courante, les enceintes d’appareils électriques, les tuyaux, etc…
  • Électrodéposition : la surface de la pièce est recouverte d’une fine couche d’un autre métal résistant à la corrosion (bien souvent, un de ceux présentés plus haut) pour accroître sa durée de vie.
  • Polissage en surface : l’ébavurage est un procédé généralement appliqué aux pièces métalliques en sortie d’usinage CNC pour supprimer les bavures résultant des différentes opérations de découpe et de perçage. Il est recommandé de polir les arêtes pour les rendre moins aiguës, et donc moins dangereuses en cas de manipulation par des mains humaines.
Spray paint processing
Vaporisation de peinture

Conclusion

Xometry Europe offre des services en ligne d’usinage CNC et d’impression 3D métal, dans le cadre de vos projets d’impression 3D et d’usinage CNC à la demande, que ce soit pour du prototypage ou pour de la production à grande échelle. Grâce à notre réseau de plus de 2000 ateliers partenaires, répartis dans toute l’Europe, Xometry est capable de livrer vos impressions 3D dans un délai de 3 jours au plus. Importez vos fichiers CAO sur notre plateforme de devis instantané pour obtenir un devis en quelques clics et profiter de toutes les options disponibles pour l’usinage CNC et l’impression 3D.

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