Des scientifiques de l'Université nationale de recherche technologique MISIS, en collaboration avec des collègues de République tchèque, ont proposé un moyen de protéger les surfaces en acier. Ils estiment que leur nouveau revêtement peut améliorer considérablement la protection des infrastructures maritimes et côtières et réduire les risques d'accident et de panne des équipements. L'étude a été publiée dans la revue Wear.
Les industries maritimes, la construction navale et les infrastructures côtières utilisent un grand nombre de mécanismes qui sont soumis à l'usure au contact de l'eau salée. Par exemple, les pompes, les hélices, les treuils et les vannes. Selon les experts, nombre de ces pièces sont fabriquées dans des aciers résistant à la corrosion et contenant, outre du fer, des éléments tels que du chrome, du nickel et du molybdène.
Cette protection a toutefois un inconvénient, expliquent les experts. La résistance à la corrosion est assurée par un film très fin, de quelques nanomètres seulement, à la surface des pièces en acier qui se forme tout seul, comme la couche d'oxyde d'aluminium sur les produits en aluminium. Ce film s'use si la pièce est exposée à la friction. Il est donc nécessaire de le protéger et d'augmenter en même temps la dureté de la surface.
Les scientifiques ont mis au point un revêtement qui remplit toutes les conditions nécessaires et permet de protéger le film: adhérence parfaite (liaison forte entre le revêtement et la pièce), dureté élevée et épaisseur considérable. Il est constitué d'une dispersion de carbures de tantale et de zirconium fixés dans une couche de métal. Lorsqu'il n'y a pas de frottement, les carbures ont peu ou pas d'effet sur la résistance à la corrosion, mais dès que la friction commence, ils protègent mécaniquement le film. Selon les experts, durcir la couche supérieure est souvent plus rentable et efficace qu’essayer d’améliorer la pièce.
"Imaginez une pompe à eau. La plupart de ces dispositifs tombent en panne en raison de l'usure par tribocorrosion de l'essieu dans la zone de la boîte à étoupe. L'eau pénètre alors dans le moteur d'entraînement et le met hors service. Le revêtement dur que nous avons développé, sur cette partie de l'essieu de la turbine, peut augmenter considérablement la durée de vie de la pompe. Il est toujours plus rentable de protéger les surfaces critiques que de donner à l'ensemble de la pièce des performances exceptionnelles, ce qui est parfois même impossible", a expliqué Konstantin Kouptsov, chargé de recherche du département de la métallurgie des poudres et des revêtements fonctionnels de MISIS.
Pour appliquer le revêtement protecteur, les scientifiques ont utilisé la méthode de dopage par électro-érosion, qui rappelle le processus de soudage. Cette méthode est connue depuis longtemps, mais les spécialistes de MISIS ont suggéré que le traitement soit effectué dans le vide. Cela permet de protéger contre l'oxydation et d'améliorer considérablement la qualité du revêtement. Les chercheurs ont précisé que la technologie proposée était protégée par deux brevets.
À l'avenir, les spécialistes prévoient de donner au revêtement des propriétés hydrofuges et d'exclure le contact des surfaces métalliques avec le milieu corrosif. Il sera ainsi beaucoup plus facile de sélectionner les compositions les plus dures permettant de protéger contre l'usure et de contribuer à remédier à l'accumulation de glace aux latitudes polaires.
"Les revêtements en cours de développement sont principalement destinés aux infrastructures marines et côtières. Toutefois, ces revêtements pourraient également trouver une application dans d'autres domaines, tels que l'urbanisme et les transports, où l'usure et la corrosion par les agents de dégivrage constituent également un problème important. La protection contre la corrosion et l'usure est aussi indirectement liée à la sécurité, car elle réduit le risque de divers accidents dus à des défaillances de l'équipement", a déclaré M.Kouptsov.
L’étude a été réalisée dans le cadre du projet "Développement de revêtements hydrophobes solides destinés à protéger les infrastructures marines et côtières contre l'usure par tribocorrosion, abrasion et cavitation" du Fonds scientifique russe.