Polissage

Le polissage est l'action de polir, de rendre lisse et éventuellement brillant par :

• abrasion: polissage manuel ou en machines (tribofinition, polisseuse automatiques) avec des vibrateurs ou des centrifugeuses satellitaires - avec des disques de différents matériaux tournant à grande vitesse, avec ou sans pâte à polir, ou par les techniques de tribofinition (création de mouvements relatifs entre pièces à polir et médias ou abrasifs en présence d'additifs).
• écrouissage : Utilisation d'un brunissoir, polissage par vibration avec médias brunissants (billes et aiguilles d'acier).

Mécanique et métallurgie

Le polissage est une composante du parachèvement (ou finition) des pièces en tout matériau (métalliques, plastiques, bois...) visant à obtenir un bel aspect, un fini ou un état de surface de haute qualité. Cette qualité de surface est caractérisée par la rugosité, la brillance, l'éclat...

Le polissage peut être manuel ou robotisé:

Méthodes utilisées : :

• Tourets à polir: la pièce est présentée manuellement sur la surface de meules ou de disques de divers matériaux (coton, sisal, tampico, corde, fibres synthétiques composites...), tournant à grande vitesse (de l'ordre de 3 000 m/min) et généralement enduits de pâte à polir, pour des finitions poli-miroir.
• Machines automatisées : idem mais l'automate se charge de la manipulation. Cette solution se prête bien à des problématiques de cassage d'angle et au traitement de pièces ayant une géométrie précise.
• Polissage par tribofinition en mode vibratoire : Un vibrateur est une cuve vibrante contenant des médias abrasifs (billes d'acier, médias céramiques ou porcelaine de forme très diverses, produits végétaux, abrasifs synthétiques (polyester), ...) et divers additifs liquides ou non générant une action chimique et/ou mécanique. Les pièces sont placées dans cette cuve et le mouvement relatif entre les pièces et les médias génère les effets d'abrasion et de polissage. La tribofinition remplace de plus en plus fréquemment les solutions de polissage manuel de même que les solutions automatisées souvent très lourdes pour leur mise en œuvre et couteuses.
• Polissage ou ébavurage par centrifugeuse satellitaire : le procédé est également basé sur l'utilisation de médias à base de céramique, porcelaine, matières plastique ou métallique, d'additifs chimiques composés de tensio-actifs. Les dernières innovations tiennent à la particularité des mouvements appliqués aux pièces à polir, en particulier avec les "centrifugeuses satellitaires à axes obliques" qui génèrent des mouvements très complexes (composition d'un mouvement centrifuge et d'un "mouvement en huit"). Grâce à ces mouvements très complexes et à de hautes vitesses de rotation, les temps de cycle de polissage peuvent être réduits de manière sensible ; mais l'intérêt le plus important tient à la possibilité d'utiliser des médias de taille très réduite pour accéder à des zones des pièces très difficiles d'accès (micromécanique, horlogerie, microélectronique…). Les centrifugeuses satellitaires sont des équipements dont la maintenance est très simple. Un avantage important de ce type d'équipement est le cout très réduit de la maintenance du matériel.

Métallographie

Le polissage est l'étape principale de la métallographie (la méthode d'observation de la structure du métal). En effet, pour pouvoir observer les détails microscopiques, voire nanoscopiques, de la structure, il faut éliminer les rayures.

Le polissage est également utilisé lorsque l'on veut faire un essai mécanique :

• en compression, pour réduire le frottement de l'échantillon sur le tas de compression pour éviter la déformation « en tonneau » et le flambage ;
• de manière générale (en traction, compression et flexion) pour éviter les concentrations de contraintes ;
• il est également indispensable pour observer les traces dans les essais de microdureté.

Enfin, le polissage peut être utilisé pour enlever la couche superficielle et avoir accès au cœur du matériau, qui n'a pas nécessairement les mêmes propriétés.

On vise en général le « poli miroir », c'est-à-dire qu'aucun défaut, aucune rayure n'est visible au microscope optique, les défauts résiduels ont donc une taille inférieure au micromètre^[1] ; on se contente souvent d'une impression à l'œil nu ou à la loupe binoculaire^[2].

On se contente parfois d'un polissage plus grossier, selon les applications.

Le polissage est d'abord mécanique ; pour les métaux, on termine parfois par un polissage électrolytique (dissolution contrôlée de la couche superficielle).

Pour le polissage mécanique, on utilise des papiers avec des particules abrasives, sorte de toile émeri, de papier de verre, mais avec une taille de particules plus fine et maîtrisée, en général en carbure de silicium (SiC) ou en alumine (Al₂O₃). Si la surface n'est pas plane, on commence par un papier « à gros grain », puis passe successivement à des papiers à grain plus fin. Entre deux papiers, il faut :

• bien nettoyer l'échantillon, afin de le débarrasser des particules du papier précédent qui auraient pu s'incruster ; on utilise en général un bain à ultrasons ;
• croiser la direction de polissage : pour un papier donné, on polit toujours dans le même sens, et on croise les sens d'un papier à l'autre, ce qui permet de faire ressortir les rayures résiduelles de l'étape précédente.

Puis, on utilise une toile sur laquelle on dépose des diamants artificiels de taille maîtrisée (6 µm, 3 µm et 1 µm), soit en pulvérisant un aérosol, soit en étalant une pâte.

Les matériaux très durs sont longs à polir et usent beaucoup de consommables (papiers, pâte ou aérosol diamantés). Les matériaux très mous (comme le cuivre) sont difficiles à polir car on crée facilement des facettes (facettage), et les particules abrasives s'incrustent plus facilement ; on ne peut, de fait, pas utiliser de polissage diamant.

Le polissage électrolytique se fait en général avec un acide, ou plutôt un mélange d'acides (surnommé « sauce ») dépendant du métal considéré, et en appliquant une tension électrique de l'ordre de quelques volts. Le danger de la « sauce » impose des précautions : ne pas manipuler (« maniper » en jargon de recherche) en étant seul dans le laboratoire, porter des équipements de protection individuelle (blouse, lunettes, gants), respecter les consignes selon les produits (travailler sous hotte ou sous sorbonne).

Optique

Les lentilles et les miroirs utilisés, par exemple, en astronomie sont obtenus par polissage de blocs de verre spéciaux. Le fini de surface qui est inférieur au 1/10 de micron peut être obtenu, par des amateurs, en frottant deux blocs de verre l'un contre l'autre avec des abrasifs de plus en plus fins. Les premiers télescopes, par exemple celui d'Isaac Newton, avaient un miroir en bronze.

Préhistoire

• 

  Préforme de hache avant le début du polissage - Muséum de Toulouse
• 

  Hache partiellement polie : la phase de façonnage est encore perceptible
• 

  Hache néolithique du Danemark - Muséum de Toulouse

Le polissage est une technique de travail de la pierre qui se généralise avec l'apparition de l'agriculture au Néolithique. Cette technique permet d’obtenir des haches et des herminettes aux tranchants réguliers et très résistants. Le polissage n’est que la dernière étape de la fabrication de la lame de hache : il intervient après un façonnage généralement bifacial. Les outils de pierre polie sont réalisés à partir de roches dures (silex) ou de roches vertes tenaces, éruptives (basaltes, dolérites…) ou métamorphiques (amphibolites, éclogites, jadéites…). Les roches tenaces sont parfois travaillées par sciage ou bouchardage avant d’être polies. Le polissage s’effectue par frottement sur un polissoir dormant ou mobile (grès, granite, silex…).

Autres domaines d'usage de techniques de polissage

• la joaillerie
• la bijouterie
• l'orfèvrerie
• l'horlogerie haut de gamme
• la dinanderie
• la ferronnerie
• la fonderie
• l'ébénisterie
• l'électrolyse : dorure, argenture,chromage, nickelage…
• la dentisterie (odontologie) : voir détartrage. Le polissage des dents constitue la dernière étape d'un détartrage.

Notes

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