04 Février 2020  |  Technique des plasmas
Publié dans Oberflächen POLYSURFACES 04/2019

Un prétraitement écologique de l’aluminium

Inès A. Melamies

La chimie humide fait aujourd’hui encore partie des méthodes les plus fréquemment utilisées pour le prétraitement des surfaces en aluminium avant le collage. Il existe pourtant des alternatives depuis longtemps. Le prétraitement localisé des surfaces de collage et d’étanchéité par plasma à pression atmosphérique est une méthode particulièrement rentable, économe en énergie et écologique.

Der Einsatz von Nasschemie zur Vorbehandlung von Aluminiumoberflächen vor dem Verkleben zählt in der Industrie noch immer zu den häufigsten Anwendungsmethoden. Dabei gibt es längst Alternativen. Eine besonders kosteneffiziente, energieeinsparende und umweltfreundliche Methode ist die ortsselektive Vorbehandlung von Kleb- und Dichtungsflächen mit Atmosphärendruckplasma.

Qu’il s’agisse de méthodes manuelles, par immersion ou d’autres procédés de chimie humide – le désir d’éviter ou au moins de minimiser les solvants, les substances toxiques et la consommation d’énergie dans le prétraitement des surfaces ne cesse de croître. Avec le développement d’une technologie à buses de plasma à pression atmosphérique en ligne (plasma PA), le fabricant Plasmatreat a concrétisé ce souhait il y a déjà plus de 20 ans.
Avec la technologie « Openair-Plasma » aujourd’hui utilisée dans presque tous les secteurs industriels et dans le monde entier, l’entreprise a mis au point l’un des procédés les plus efficaces et les plus respectueux de l’environnement pour le nettoyage fin et l’activation localisés des surfaces (fig. 1). Le plasma à pression atmosphérique peut se substituer totalement aux procédés de prétraitement dangereux pour la santé ou l’environnement, tout en réduisant considérablement la consommation d’énergie et les coûts d’exploitation.
 
Fig. 1. La technologie « Openair-Plasma » est l’un des procédés les plus efficaces et les plus respectueux de l’environnement pour le nettoyage fin et l’activation localisés des surfaces de matériaux. (Images: Plasmatreat)
 
 
Méthodes de nettoyage courantes
Pour un collage parfait de l’aluminium, la surface doit être absolument propre. Cette perfection est cependant difficile à obtenir dans la pratique. Il y a souvent sur le métal des couches d’oxyde non définies, des couches de poussière très fines ou des traces d’agent de démoulage, de lubrifiant, d’huile de coupe ou de graisse de tirage issues du processus de production. Les impuretés font obstacle à l’énergie de surface de l’aluminium, qui joue un rôle essentiel dans l’adhésivité d’un adhésif. Il est donc absolument nécessaire de procéder à un nettoyage fin du substrat.
Le nettoyage manuel des composants en aluminium avant le collage est encore courant dans l’industrie moderne. Souvent, un ouvrier travaillant dans une salle de prétraitement séparée passe chaque jour de longues heures à nettoyer des centaines de pièces en passant sur les points de collage un chiffon souvent imbibé de solvants à risque, comme l’alcool isopropylique. Cette méthode est instable et peut même nuire à la sécurité de l’opérateur. Elle est également étonnante, étant donné qu’un processus de nettoyage manuel ne peut jamais produire des résultats cohérents et fiables.
Pour l’application d’un agent d’accrochage ou d’un traitement anti-corrosion sur ces surfaces, la chimie humide est souvent utilisée encore plus généreusement: les pièces sont plongées entières dans des bains de solvant, même si la plupart du temps seule une petite partie de leur surface nécessite ce prétraitement avant le collage. Les procédés par immersion sont associés à des coûts élevés d’installation et d’élimination des déchets ainsi qu’à des mesures de protection complexes, et dans le cas d’un séchage artificiel, ils se traduisent par une consommation d’énergie particulièrement élevée.
 
Fig. 2. Le jet de plasma qui frappe la surface à grande vitesse débarrasse le métal des contaminants organiques avec une grande précision et libère son énergie de surface.
 

Alternative durable
Le plasma PA peut remédier à tous ces problèmes. Son mode d’action repose essentiellement sur la propriété d’oxydation du plasma. Le processus est sec, écologique et rapide. Les buses sont alimentées par de l’air comprimé, le cas échéant également par le gaz de processus souhaité et par une haute tension. Le jet de plasma qui frappe la surface débarrasse le métal de toutes les impuretés organiques (fig. 2). Les particules de poussière déposées sont aussi complètement éliminées grâce à la vitesse du jet de plasma. Ce prétraitement s’effectue sans contact et localement, c’est-à-dire qu’il cible uniquement les endroits réellement concernés. En une seule étape, la surface est simultanément nettoyée avec microprécision et activée.
Le nettoyage intensif au plasma libère l’énergie de surface présente dans le substrat de l’aluminium et des autres métaux, afin de garantir une mouillabilité homogène de toute la surface pour recevoir l’adhésif, la laque ou l’encre d’impression aux emplacements traités. Si l’aluminium a formé une couche d’oxyde trop adhérente, la technologie « Openair-Plasma » permet de combiner le plasma à un faisceau laser pour une élimination ciblée de cette couche. Conçus pour un processus de production continu et entièrement automatisés, les systèmes Plasmatreat sont commandés par ordinateur, surveillés par moniteur et entièrement compatibles avec la robotique. Les processus sont robustes et reproductibles.
 
Fig. 3. Le revêtement polymère plasma offre non seulement un excellent accrochage, mais aussi une protection particulièrement efficace contre la corrosion grâce à ses propriétés de barrière contre les électrolytes corrosifs.
 
 
Revêtement localisé par plasma
Afin d’empêcher toute infiltration d’humidité ou d’autres agents corrosifs dans les joints de colle lors du collage de l’aluminium, pour de nombreux composants, les surfaces à coller doivent non seulement recevoir une couche d’agent d’accrochage, mais aussi être protégées contre la corrosion. Les procédés de chromatation classiques recouvrent la totalité de la pièce. Les parties qui ne doivent pas être traitées doivent donc être protégées par des masques ou être ultérieurement débarrassées de ce revêtement. Étant donné que généralement, seule une petite partie du composant entre en contact avec l’adhésif, un prétraitement ciblé localement et durable présenterait donc de grands avantages pour ces transformateurs d’aluminium.
Avec le développement de la technologie « PlasmaPlus », le spécialiste du plasma basé à Steinhagen a réussi en 2006, en étroite collaboration avec le Fraunhofer IFAM, à adapter des procédés de revêtement par plasma auparavant réservés au plasma à basse pression (chambre à vide) pour une utilisation dans le domaine industriel en pression atmosphérique, c’est-à-dire dans des conditions de production normales, et à les intégrer à la production en série. Surtout avec les alliages d’aluminium, le revêtement offre non seulement un excellent accrochage, mais aussi une protection efficace contre la corrosion grâce à ses propriétés de barrière contre les électrolytes corrosifs (fig. 3). Le procédé en ligne, qui permet une séparation précise des nanocouches de polymère plasma dans un processus de production en continu, est surtout utilisé dans l’électronique, la technologie solaire et la construction de véhicules. Il peut être utilisé pour créer des couches multifonctionnelles spécifiques à un produit et les déposer avec précision à des endroits définis en quelques secondes, où elles se lient de façon covalente au substrat (fig. 4).
 
Fig. 4. Revêtement « PlasmaPlus » d’un boîtier en aluminium moulé sous pression avant le collage: la technologie en ligne permet de créer des couches multifonctionnelles spécifiques à un produit et de les déposer à un emplacement défini avec précision, en quelques secondes.
 

Le plasma à pression atmosphérique dans l’application
L’industrie automobile est le principal domaine d’application du prétraitement des pièces en aluminium avec les technologies au plasma décrites ici, pour la construction de moteurs automobiles, la fabrication de batteries ou le nettoyage et le revêtement anti-corrosion des boîtiers électroniques en aluminium moulé sous pression, par exemple. L’industrie solaire utilise le procédé « PlasmaPlus » pour une protection anti-corrosion stable des profilés en aluminium des modules solaires. Cette technologie au plasma est également utilisée dans d’autres industries.
 
Profilés en aluminium gainés
Les barres et profilés en aluminium, comme les appuis de fenêtre et les poteaux de clôture, sont souvent recouverts d’un film de gainage. Cependant, l’adhérence requise sur l’aluminium est assez difficile à obtenir en raison de la tendance du matériau à former des oxydes à sa surface. Les oxydes s’infiltrent dans la liaison et conduisent à long terme, sous l’effet des intempéries et des changements de température, au décollement du film. C’est pourquoi il est nécessaire d’appliquer avant le collage, un apprêt favorisant l’adhérence et éventuellement protégeant contre la corrosion. Le processus industriel standard peut comprendre jusqu’à dix étapes dans le procédé par immersion, notamment avec les bains contenant du chrome. Il produit des eaux usées contaminées, qui doivent être traitées.
En revanche, les deux technologies au plasma permettent de réaliser l’ensemble du prétraitement en une fraction de ce temps, dans le respect de l’environnement et bien plus économiquement (fig. 5). Grâce à l’intégration facile des buses de plasma, le nettoyage et l’activation de la surface d’aluminium peuvent avoir lieu directement dans la machine de gainage. Les buses sont positionnées de manière à se chevaucher sur les surfaces à gainer. Elles assurent un prétraitement extrêmement efficace, en particulier pour les profilés utilisés en intérieur. Si des exigences plus strictes sont imposées en ce qui concerne les influences de l’environnement et de la température, cette opération est immédiatement suivie d’une couche de polymère plasma atmosphérique, qui non seulement offre un accrochage optimal pour les adhésifs de gainage, mais protège en même temps la surface contre la corrosion.

Fig. 5. Gainage de barres d’aluminium: comparé aux bains d’immersion, le prétraitement utilisant la technologie à buses de plasma PA peut non seulement être beaucoup plus rapide, mais aussi plus écologique et plus économique.
 

Construction d’avion
Des réglementations restrictives sont déjà en place sur l’utilisation de substances extrêmement préoccupantes (Substances of Very High Concern, SVHC) dans la peinture d’avions, mais les recherches sur des solutions respectueuses de l’environnement sont toujours au premier-plan. Il faut trouver un substitut aux peintures contenant du chrome, encore indispensables même sur les avions les plus modernes. Pour répondre aux exigences extrêmement strictes de la construction aéronautique, des apprêts anti-corrosion contenant du chrome sont appliqués avant la peinture sur les surfaces intérieures des fuselages, sur les structures d’ailes avec raidisseurs et sur les pièces de fixation. Selon les instructions du fabricant, le procédé « PlasmaPlus » permet, sur différents composants, de remplacer ces apprêts par une solution de chimie sèche non toxique, par polymérisation au plasma.
La technologie à buses de plasma présente aussi des avantages pour les éléments de jonction. Les rivets en alliage de titane ou d’aluminium sont soumis à des exigences draconiennes en matière de protection contre la corrosion en raison de l’humidité et des changements de température auxquels ils sont exposés. Les tôles à rivets fraisés sont souvent difficiles à nettoyer et à prétraiter. Les bords des rivets sont fragiles et constituent le meilleur point d’attaque pour la corrosion. Étant donné que le plasma atteint ces petits interstices sans contact, il est possible d’obtenir une adhérence fiable du revêtement sur ces zones sensibles à la corrosion, sans les endommager (fig. 6).

Fig. 6. Construction aéronautique: les bords des petits rivets sont fragiles et sensibles à la corrosion. Le plasma est un procédé sans contact qui permet de les prétraiter sans les endommager.
 
 
Composants électroniques
Partout où l’électronique et l’humidité se rencontrent, les composants électroniques doivent bénéficier d’une protection spéciale. Dans les voitures de tourisme modernes, près de la moitié des défauts sont dus au vieillissement et à la corrosion des composants électroniques causés par les conditions climatiques. Le procédé « PlasmaPlus », permet de déposer des couches anti-vieillissement à base de polymère plasma ultrafines, transparentes et isolantes, pour protéger de façon ciblée les composants électroniques – en particulier les circuits imprimés – contre les influences corrosives et les agressions climatiques extrêmes. En raison de l’effet de blocage élevé des couches minces, il est possible d’obtenir non seulement une augmentation de la durée de vie et de la sécurité du composant électronique, mais aussi une réduction significative des coûts par rapport aux méthodes de revêtement conventionnelles.
 
Bilan
L’utilisation des technologies à buses de plasma décrites ci-dessus permet d’éliminer complètement les prétraitements classiques avant le collage des surfaces en aluminium, dans de nombreux processus de fabrication. Étant donné que, contrairement aux méthodes de prétraitement par chimie humide, il n’y a ni processus de séchage, ni stockage intermédiaire, les composants peuvent être transformés immédiatement après leur nettoyage, leur activation et leur revêtement au plasma. Cela représente des économies en termes d’étapes de travail, de consommation d’énergie et de coûts d’exploitation. Cela augmente également la qualité des produits et le rendement. De plus, les utilisateurs bénéficient de la grande fiabilité et de la reproductibilité précise des procédés au plasma – en parfaite harmonie avec l’environnement.
 
En bref
Fondée en 1995 comme start-up, la société Plasmatreat, sous la direction de son propriétaire gérant Christian Buske, est devenue dans les années suivantes une moyenne entreprise opérant au plan international. Le procédé « Openair-Plasma » est aujourd’hui utilisé dans le monde entier et dans la quasi-totalité des domaines industriels.
 
Secteur: génie électrique
Produits: systèmes de buses à plasma à pression atmosphérique pour le prétraitement (nettoyage fin et activation) et le nano-revêtement de surfaces de matériaux
Position sur le marché:  leader mondial du marché et précurseur technologique; part de marché estimée face à la concurrence: 90 % environ
Chiffre d’affaires du groupe Plasmatreat: >46 millions d’euros (2018)
Nombre de collaborateurs dans le monde: 230
Taux d’exportation:  65%
Sites: centres technologiques en Allemagne, aux États-Unis, au Canada, en Chine et au Japon; 17 filiales
Distribution:  dans 35 pays via des filiales et des partenaires de distribution
Innovations:  technique « Openair-Plasma »; buses de rotation plasma; technique « PlasmaPlus »; technique d’assemblage « Plasma-SealTight » pour les composants hybrides
Distinctions:  FTM Innovation Award (USA), 2007; nomination European Aluminium Award 2008; Industriepreis 2012 (catégorie « Technique de production et construction de machines »); Green Good Design Award 2014 (USA); Würth Future Champion Award 2015; Kunststoff-Innovationspreis 2017 (Kunststoffe-in-OWL e.V.)
 
 
Plasmatreat GmbH
Queller Strasse 76-80
D-33803 Steinhagen
Tél. +49 5204 996 00
 
Représentation en Suisse:
TeSe AG
Pascal Brunner
Alte Winterthurerstrasse 11B
8309 Nürensdorf
Tél. 043 288 06 44
Fax 043 288 06 45
p.brunner@tese.ch


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Aluminium umweltfreundlich vorbehandeln

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Ab durch das Plasma

Les pompes à vide de la société Gebrüder Becker GmbH sont utilisées dans de nombreux secteurs industriels, tels que ceux de la technique du bois, du papier, de l’impression, dans les industries alimentaires et de l’emballage, ainsi que dans la technique médicale. Toutes ces pompes sont activées et vernies pour être prêtes à la livraison.
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