Les traitements de surfaces sont engendrés à la fois par des modifications topographiques (changement de l’état de surface) et des revêtements spéciaux.
 
Les modifications topographiques incluent les types de traitement ES10, ES20 et ES30. Ces procédés permettent de réduire l’état de surface à des niveaux encore plus inférieurs que ceux obtenus par les processus conventionnels de rectification et de polissage.
 
Plus la rugosité de la surface modifiée topographiquement est faible, plus l’empreinte de contact est élargie, diminuant ainsi la probabilité de microsoudure des aspérités (points de surface saillants microscopiques) lors du contact des composants. Dans la plupart des cas, une certaine rugosité de surface est désirable. Dans le cas théorique d’une surface parfaitement lisse, l’état de surface ne retiendrait pas le lubrifiant entre les surfaces des composants.

L’application du traitement de surface sur les composants se fait avec les moyens dont disposent nos centres de service. Nous restons à l’entière disposition de nos clients pour étudier la fourniture complète du composant et du traitement de surface Timken

Etat de surface rectifié

Etat de surface modifié

Les revêtements de surface ont une épaisseur de 1 à 3 microns et ont été conçus pour atteindre un bon niveau de performance sous des conditions typiques de charges et de vitesses. Les revêtements sont appliqués grâce au procédé de déposition physique en phase vapeur. Ce type de procédé a été utilisé pour des revêtements de microprocesseurs ou de surfaces d’outils et Timken l’a adapté et développé avec des compositions chimiques compatibles avec des composants métalliques.

Le revêtement crée une dureté de surface 4 fois plus élevée que celle de l’acier tout en étant jusqu'à 2 fois plus élastique. Le coefficient de frottement obtenu est environ 2 fois inférieur à celui de l’acier. Les revêtements sont appliqués à des températures qui n’affectent pas la structure de dureté du matériau revêtu (moins de 150°C / 300°F).

Particules de carbure de métal nano-cristallines (3-10 nm)
intégrées dans une matrice amorphe

La grille de sélection permet de choisir la solution appropriée parmi la gamme des traitements de surfaces. Bien que simplifié à l’extrême, le tableau intègre la prise en compte du niveau de lubrification (coeff. lambda) et du type de contact afin de sélectionner le type de traitement de surface et de revêtement adapté à l’application.

Dans l’exemple choisi, le coefficient lambda est inférieur à 1 (séparation insuffisante des surfaces en contact par le lubrifiant) et les processus ES10, ES20 ou ES30 sont recommandés pour les composants soumis à des contacts de roulement, mixte ou de glissement.

La sélection peut aussi intégrer d’autres critères prenant en compte les paramètres de fatigue, d’usure et d’environnement de l’application. 
 

Le procédé de revêtement réduit de façon significative le coefficient de frottement des surfaces traitées. Les données de test ont été relevées lors d’un test du type « pion sur disque » sans lubrification. Le disque avait fait l’objet d’un traitement de revêtement, contrairement au pion. Les deux composants étaient constitués d’acier de grade 52100 trempé à cœur.

Coefficient de frottement des traitements ES

L’application du traitement de surface au disque a permis de réduire le taux d’usure par un facteur supérieur à dix, sans générer pour autant une augmentation de l’usure abrasive sur le pion non traité.

Résistance à l’usure des traitements ES

Afin d’illustrer la réduction du frottement apportée par les traitements ES, nous avons testé les effets du processus ES200 sur une contre-surface en alliage bronze et mis en évidence un niveau de réduction important de l’usure des composants.

Bénéfices du traitement ES200 sur l’usure d’une contre-surface en en alliage bronze

Les différents traitements de surfaces ES présentent des limitations. Ils peuvent être uniquement appliqués sur des composants compris dans une certaine plage de dimensions et ayant certaines caractéristiques géométriques. Parfois, d’autres modifications des composants telles que l’utilisation de matériau différent peuvent être une solution alternative plus économique.

En revanche pour les composants et les environnements compatibles, les traitements ES peuvent être la solution adaptée notamment dans le cas d’un régime de lubrification dégradée.

Les traitements de surfaces Timken permettent d’augmenter la densité de puissance des composants, de réduire le niveau d’usure et de pertes par frottement. Ces avantages permettent d’attendre des niveaux plus élevés de performance grâce à l’augmentation de durée de vie et de la durabilité du système et contribuent à réduire les coûts de garantie.