Anodisation ou galvanoplastie : une comparaison technique exhaustive

Un composant anodisé et un composant galvanisé se ressemblent. Il faut un haut niveau d'expertise pour les distinguer, notamment à l'œil nu. La principale différence entre l'anodisation et la galvanoplastie réside dans le fait que l'anodisation ajoute une couche protectrice à un composant afin d'améliorer sa solidité, sa résistance à la corrosion et sa résistance au frottement. Ces deux techniques peuvent également être utilisées à des fins décoratives dans l'industrie de la beauté et des cosmétiques. Ce guide examine les différences techniques entre l'anodisation et la galvanoplastie afin d'aider les lecteurs à bien comprendre ces deux méthodes.

Comment fonctionne l'anodisation ?

L'anodisation est un procédé d'oxydation électrochimique généralement appliqué aux composants en aluminium. Elle sert à les traiter afin qu'ils puissent remplir des fonctions spécifiques, selon les besoins de l'utilisateur.

Lors de l'anodisation, deux métaux sont immergés dans une solution chimique appelée électrolyte. Les électrolytes couramment utilisés pour l'anodisation sont des solutions d'acide sulfurique et d'acide chromique. L'un des métaux est relié à la borne positive de la source d'alimentation, ce qui en fait l'anode. Le second métal est relié à la borne négative, ce qui en fait la cathode.

L'alimentation électrique est mise sous tension pour fournir un courant électrique. Lorsque le courant électrique traverse le bain, il dissocie les molécules d'eau, libérant ainsi des ions oxygène. Ces ions oxygène se fixent ensuite à la surface du métal anodisé, déclenchant une réaction chimique avec celui-ci. Cette réaction conduit à la formation d’un oxyde métallique. Contrairement à la peinture ou à la galvanoplastie, la couche d’oxyde métallique s’intègre au substrat sous-jacent, ce qui l’empêche de s’écailler ou de se décoller. Dans le cas de l’aluminium, l’oxyde d’aluminium confère une résistance structurelle au matériau, ce qui permet de l’utiliser dans des environnements soumis à de fortes contraintes.

Il existe trois types d'anodisation, en fonction de la résistance à l'usure, de la résistance à la corrosion et de l'aspect recherchés. Ces types sont présentés dans le tableau ci-dessous ;

Comment fonctionne la galvanoplastie ?

En galvanoplastie, un courant électrique dissout les ions métalliques présents dans l’une des tiges métalliques et les dépose sur le métal cible. Le métal ajouté est appelé « métal de dépôt », tandis que le matériau sous-jacent ou la pièce à traiter est appelé « matériau substrat ».

Les principaux composants d'un dispositif de galvanoplastie sont la cathode (l'objet à plaquer), l'anode (un métal fournissant les ions nécessaires au plaquage) et la solution électrolytique contenant les ions dissous. Une alimentation en courant continu fournit l'énergie électrique nécessaire au dépôt. La galvanoplastie comprend également un système de contrôle permettant de réguler les paramètres du procédé.

Le métal le plus couramment utilisé en galvanoplastie est le nickel. Supposons que l'on doive recouvrir de nickel une pièce en acier ; le nickel fait office d'anode, tandis que l'acier fait office de cathode. Au niveau de l'anode, le nickel métallique perd des électrons et se transforme en ion.

Ni → Ni²⁺ + 2e⁻

Au niveau de la cathode, les ions nickel présents autour de l'acier captent des électrons pour former du nickel métallique.

Ni²⁺ + 2e⁻ → Ni

En règle générale, la pièce à traiter est considérée comme la cathode. C'est le métal déposé qui détermine le type de galvanoplastie. Par exemple, le nickelage consiste à déposer du nickel sur la pièce, tandis que le zingage consiste à déposer du zinc sur la pièce.

Quels matériaux peuvent être anodisés ou galvanisés ?

Le choix des matériaux constitue l'une des différences les plus marquées entre l'anodisation et la galvanoplastie. L'anodisation est étroitement associée à l'aluminium et à ses alliages, au magnésium et au titane. Pour l'anodisation classique, les ingénieurs choisissent généralement l'aluminium. Cependant, les différents alliages d'aluminium s'anodisent différemment, ce qui influe sur la formation du revêtement, son aspect et son uniformité. Par exemple, le cuivre et le zinc présentent des comportements différents lorsqu'ils sont combinés à d'autres éléments d'alliage tels que le silicium et le magnésium.

En revanche, le choix des matériaux pour la galvanoplastie est plus large. Parmi les substrats couramment utilisés, on trouve notamment l'acier au carbone, le cuivre, l'acier inoxydable, l'aluminium, le laiton, les alliages de zinc et les alliages de nickel. Les métaux généralement déposés sont le nickel, le zinc, le cuivre, le chrome, l'argent et l'or.

Quelles sont les différences entre l'anodisation et la galvanoplastie en termes d'épaisseur de revêtement ?

Il n'existe pas d'épaisseur de revêtement universelle pour les procédés d'anodisation ou de galvanoplastie. L'épaisseur adéquate dépend de plusieurs facteurs, tels que le substrat, la tolérance dimensionnelle, l'application de la pièce et l'environnement corrosif.

Épaisseur de l'anodisation

Pour les finitions décoratives fines, l'épaisseur de l'anodisation peut être de l'ordre de quelques micromètres seulement. Cette épaisseur peut atteindre 100 µm dans le cas de l'anodisation dure. L'Aluminum Anodizers Council classe l'aluminium architectural en deux catégories. La classe I prévoit une épaisseur minimale d’environ 18 µm, tandis que la classe II prévoit une épaisseur minimale d’environ 10 µm.

Épaisseur du revêtement par galvanoplastie

Les revêtements obtenus par galvanoplastie varient selon l’application, allant de fines couches décoratives à des revêtements techniques plus épais utilisés pour renforcer la résistance structurelle. Par exemple, le chrome décoratif a une épaisseur de quelques micromètres. En revanche, le nickel présente une épaisseur allant de plusieurs à plusieurs dizaines de micromètres. Le chrome dur peut atteindre une épaisseur de plusieurs dizaines, voire de plusieurs centaines de micromètres, selon l’application spécifique.

Quel procédé permet d'obtenir une surface plus dure ?

La dureté obtenue par anodisation et galvanoplastie dépend des méthodes et des matériaux utilisés. Le choix de l'aluminium, par exemple, permet d'atteindre des valeurs de microdureté allant jusqu'à 400 HV, selon l'alliage utilisé. Le procédé d'anodisation dure crée une couche d'oxyde d'aluminium de type céramique qui permet d'utiliser l'aluminium dans des environnements corrosifs.

La dureté de surface est encore plus élevée dans le cas du chromage dur technique. Le niveau de dureté peut varier entre 750 HV et 1 050 HV.

La dureté de surface ne permet pas de déterminer quel procédé est supérieur à l'autre. D'autres facteurs doivent être pris en compte, tels que le mécanisme de corrosion, l'adhérence du revêtement et la dureté du substrat.

Lequel offre la meilleure résistance à la corrosion ?

Il n'existe pas de méthode plus efficace qu'une autre pour obtenir une résistance à la corrosion. La couche d'oxyde d'aluminium issue de l'anodisation permet à l'aluminium de résister aux agressions environnementales. Cependant, après l'anodisation, cette couche est scellée afin de réduire sa perméabilité, due à sa structure anodique poreuse. Grâce à une anodisation dure et à un scellement appropriés, l'aluminium trouve de nombreuses applications, même dans des environnements hautement corrosifs.

L'efficacité de la galvanoplastie pour assurer la résistance à la corrosion dépend de la structure du revêtement et de la nature du métal déposé. Les ingénieurs recourent largement au zinc en galvanoplastie en raison de sa capacité à offrir une protection sacrificielle contre la corrosion. La norme ASTM B633 fournit des recommandations concernant le dépôt électrolytique de zinc sur l'acier et le fer. Elle précise que, pour une protection efficace contre la corrosion, la pièce doit subir des traitements complémentaires tels que la passivation.

Ni l'anodisation ni la galvanoplastie ne permettent d'obtenir une meilleure résistance à la corrosion que l'autre sans un traitement complémentaire. Il est important de procéder à une étanchéification ou à un traitement post-fabrication afin d'éviter les fissures, les pores et les discontinuités, et d'améliorer la résistance à la corrosion.

Dans quels cas les ingénieurs devraient-ils privilégier l'anodisation plutôt que la galvanoplastie ?

Il existe certains domaines dans lesquels l’anodisation est plus adaptée que la galvanoplastie. Tout d’abord, l’anodisation est largement privilégiée lorsque l’aluminium est utilisé comme élément structurel. Dans ce type d’applications, les ingénieurs préfèrent généralement conserver l’aspect naturel de l’aluminium. Cette méthode convient même lorsque les ingénieurs souhaitent conserver une couleur noire, transparente ou toute autre teinte. Pour conserver la couleur noire, on utilise un procédé spécialisé d’anodisation noire à base de teinture. Deuxièmement, l’anodisation est utilisée lorsque le revêtement doit être intégré de manière permanente ou solide au substrat. Cela permet d’éviter l’écaillage du revêtement et de préserver ainsi la résistance à la corrosion. Troisièmement, les ingénieurs préfèrent l’anodisation lorsqu’ils n’ont pas besoin d’un revêtement métallique de réparation épais.

Parmi les domaines d'application, on peut citer les boîtiers électroniques, les garnitures automobiles, les boîtiers d'appareils photo, les équipements optiques et les dissipateurs thermiques. L'anodisation se divise en deux catégories : les applications décoratives et les applications techniques. La norme ISO 7599 fournit des lignes directrices relatives à l'anodisation décorative et protectrice de l'aluminium. Quant à la norme ISO 10074, elle fournit des lignes directrices relatives à l'anodisation dure dans les applications techniques.

Dans quels cas les ingénieurs devraient-ils plutôt opter pour la galvanoplastie ?

Il arrive parfois que les ingénieurs conçoivent un système ou un composant dont la surface présente une propriété métallique spécifique. Pour y parvenir efficacement, on procède à la galvanoplastie du substrat avec le métal souhaité. Parmi les propriétés recherchées par les ingénieurs dans les différents métaux de revêtement, on peut citer la conductivité électrique, une faible résistance de contact, une dureté de surface élevée et la résistance à l'usure. Parfois, les fabricants cherchent à obtenir une soudabilité, un faible frottement, un aspect métallique et une résistance chimique.

Parmi les applications courantes, on peut citer les éléments de fixation en acier zingué pour leur résistance à la corrosion, les composants plaqués cuivre pour les contacts électriques et les chaînes métalliques plaquées or à des fins esthétiques.

Conclusion

L'anodisation et la galvanoplastie diffèrent à plusieurs égards. La principale différence réside dans le fait que l’anodisation accentue le processus d’oxydation naturel, tandis que la galvanoplastie consiste à déposer un métal sur la surface d’un autre métal. Si l’anodisation offre une meilleure résistance à la corrosion et des possibilités esthétiques, elle ne permet généralement pas d’atteindre le même niveau de résistance à l’usure que certains traitements de surface, tels que le chromage dur ou les revêtements par dépôt physique en phase vapeur (PVD). De plus, l’anodisation ne convient pas à tous les métaux. Le choix final doit être effectué en tenant compte de l’ensemble des matériaux du produit, des conditions d’utilisation, des exigences de performance et du budget, en considérant le contexte global.