Un traitement thermochimique est un traitement thermique effectué dans un milieu convenablement choisi pour obtenir une modification de la composition chimique du métal de base, par échange avec ce milieu. Dans le cas de ces traitements, les éléments mis en jeu pour enrichir la couche superficielle du métal sont apportés par des milieux qui peuvent être solides (céments), liquides (bain de sels), gazeux.

Il existe de nombreux types de traitements thermochimiques ayant pour but d’améliorer la résistance des pièces à la fatigue, à l’usure, au frottement, au grippage, à la corrosion.

La cémentation

C’est un traitement thermique auquel est soumis un produit ferreux porté à l’état austénitique pour obtenir un enrichissement superficiel en carbone, élément qui se trouve alors en solution solide dans l’austénite. Le produit ferreux cémenté subit un durcissement par trempe immédiate ou ultérieure.

Les agents de cémentation peuvent être solides, liquides ou gazeux.

Les céments solides sont des mélanges à bases de matière carbonées aptes à former les gaz ou les espèces carburantes. La cémentation se fait en vase clos pour éviter que les gaz ne s’échappent, d’où le nom de cémentation en caisse donné à ce procédé, peu utilisé actuellement et réservé au traitement de grosses pièces ou de séries limitées de petites pièces.

Les céments liquides sont à bases de cyanures ou de ferro-cyanures fondus. Les pièces sont immergées dans le bain de sel fondu à la température choisie pour la réaction chimique et la diffusion. La cémentation en bain de sel permet un chauffage homogène et une action chimique régulière ; sa mise en œuvre est simple et son coût d’investissement est faible, mais les sels de cyanure utilisés ont des effets polluants.

La cémentation gazeuse est la plus employée. Elle se fait industriellement à partir d’atmosphères obtenues par décomposition à chaud de liquides organiques tels que méthanol, éthanol utilisé pur ou dilués, ou par combustion des hydrocarbures, atmosphères qui sont caractérisées par leur potentiel carbone.

Pour en savoir plus :

http://www.technologuepro.com/cours-materiaux-metalliques-2/chapitre-9-traitements-mecaniques-traitements-thermochimiques.pdf

La nitruration

Le traitement thermochimique le plus répandu est la nituration. La nitruration est une diffusion d’azote atomique N à la surface des pièces préalablement traitées par trempe et revenu (N et C pour nitrocarburation). 
L’insertion de N (ou N et C pour le traitement de nitrocarburation) et la formation de nitrures avec les éléments d’alliage de l’acier, provoquent un durcissement de surface apportant les propriétés recherchées (dureté 750 à 1100V). 

La nitruration gazeuse contrôlée, est réalisée en four à convection forcée à une pression voisine de la pression atmosphérique, d’un mélange ou gaz actif.  Les espèces actives N (ou N et C) sont nées par craquage de NH3 (ou NH3 et gaz carburant) à la température de traitement (500 à 570°C).  La teneur en azote est pilotée automatiquement grâce à l’utilisation de capteur spécifique (pilotage KN et/ou KC). 

La température usuelle de nitruration gazeuse est comprise entre 500 et 550°C. La nitruration n’a d’intérêt que pour des aciers alliés contenant des éléments tels que Cr, Mo, V, Al.

La nitruration liquide utilise des bains de sels fondus vers 570°C.

La carbonitruration est une combinaison de la  cémentation et la nitruration. Il consiste à faire diffuser simultanément le carbone et l’azote dans la phase austénitique en atmosphère gazeuse constituée de carbone et d'ammoniac.  Ce traitement permet d’avoir une bonne résistance à l’usure et à la corrosion, une bonne tenue en service et une grande dureté superficielle.