Analyse des surfaces et des états de surface

La surface d’un matériau est le siège de nombreuses interactions avec l’environnement. Les propriétés physico-chimiques des surfaces et des interfaces jouent donc un rôle déterminant vis-à-vis de leur comportement.

Le saviez-vous ? Une surface possède une épaisseur !

La notion de surface et surtout les différents moyens mis en œuvre pour la caractériser (mesures physiques ou chimiques) sont toujours liés à l’épaisseur dans laquelle est effectuée cette détermination. Cette notion d’échelle rend l’analyse des surfaces particulièrement complexe au regard de la profondeur d’analyse concernée.

À quoi ressemble une surface ?

La topographie d’une surface

D’un point de vue topographique, trois niveaux d’échelle sont possibles en fonction des informations recherchées :

    • A l’échelle macrographique (en mm), la surface est la limite entre le solide et son environnement. C’est la « peau » du produit fini et elle est en général imparfaite. En effet, la surface d’une pièce comporte des irrégularités de forme plus ou moins importantes : ovalisation, manque de rectitude, ondulations, …
    • A l’échelle microscopique (en µm), la surface présente de nombreuses irrégularités et des altérations mécaniques (sillons, aspérités, stries, joints de grains, porosités, …) qui se superposent aux défauts de forme. Cette échelle permet de définir la géométrie du profil de rugosité
    • A l’échelle nanométrique (ou atomique), la surface peut être schématisée par un empilement irrégulier d’atomes avec une discontinuité dans l’arrangement des atomes du solide, ce qui confère aux atomes de surface une énergie intrinsèque supérieure à ceux du volume. Ce sont ces atomes qui ont une réactivité plus ou moins grande avec le milieu environnant.

La physico-chimie d’une surface

Une surface (« industrielle » ou non) est de nature plus ou moins complexe selon le matériau et peut être considérée comme la superposition de plusieurs strates (couches) résultant des différentes interactions entre le métal et son environnement. On peut par exemple rencontrer les couches suivantes :

    • Une zone perturbée par divers phénomènes physiques et/ou chimiques pouvant atteindre quelques centaines de micromètres
    • Une zone transformée, constituée par un mélange d’oxydes divers
    • Une zone contaminée, caractérisée par la présence de couches physisorbées et chimisorbées de molécules issues de l’atmosphère ambiante, de quelques nanomètres d’épaisseur

En termes de surface, la notion d’épaisseur de surface et donc celle de « volume » apparaît alors clairement.

Pourquoi caractériser une surface ou un état de surface ?

La surface (ou l’état de surface) a un lien direct avec les propriétés d’usage demandées et peut donc être à l’origine de nombreuses défaillances. Il est donc essentiel d’y prêter une attention particulière.

Par exemple, certaines fonctions nécessitent de satisfaire à la fois des caractéristiques géométriques, mais également physico-chimiques :

    • Aspect
    • Tenue au frottement, au glissement, au roulement
    • Etanchéité
    • Adhésion (assemblage par collage)
    • Adhérence (application de revêtement)
    • Tenue à la corrosion

Cela implique donc de faire appel à des compétences techniques spécifiques, nécessitant par ailleurs l’utilisation de nombreux moyens de caractérisation.

Nos compétences en caractérisation de surface

Pour répondre à vos problématiques liées à la caractérisation des surfaces et de leurs propriétés, nous mettons à votre service nos compétences pluridisciplinaires et moyens techniques. Nous sommes ainsi en mesure de vous proposer un accompagnement complet en termes de :

    • Caractérisation morphologique de l’état de surface (arrachements, marques d’outil, qualité d’usinage, défauts de mise en forme, piqûres, aspérités, matage, …)
    • Mesures de profils de rugosité Ra, Rt, Rz, …
    • Topographie 3D
    • Identification de polluants de surface
    • Essais de propreté de surface
    • Mesures d’énergie de surface
    • Caractérisation des modes d’endommagement de surface : usure (abrasion, adhésion, érosion, grippage, cavitation), corrosion, …

Envie d’en savoir plus ? Nos experts sont à votre écoute pour vous proposer des solutions sur mesure adaptées à vos besoins.

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