Le bleuissage traditionnel de l’acier est un savoir faire que les horlogers maîtrisent à la perfection pour éviter la corrosion tout en y ajoutant de l’esthétisme.
Le bleuissage est donc une technique qui permet de bleuir l’acier. En réalité cette technique est de base un traitement thermique qui permet d’assouplir la dureté après une trempe pour éviter que l’acier soit trop cassant, on parle de revenu. Ces revenus ce font principalement entre $200$ – $300°C$ et la température dépend de la dureté de la pièce souhaitée. On remarque alors que pour une température d’environ $300°C$ la pièce deviens bleu et reste bleu après avoir refroidi.
1. Explication :
Avez vous déjà remarqué que si vous chauffez au chalumeau une pièce d’acier vous obtenez une sorte d’arc-en-ciel très localisé ?
La pièce va donc s’oxyder, mais ce n’est pas de la rouille.
Oxydation de la pièce :
Un matériaux ferreux à la capacité de faire des réactions d’oxydoréduction. Une réaction d’oxydoréduction est une réaction chimique au cours de laquelle des électrons vont s’échanger :
Par exemple, $Zn + Cu^{2+} \to Cu + Zn^{2+}$, les couples $Zn/Zn^{2+}$ et $Cu/Cu^{2+}$ sont mis en jeu et les électrons vont du zinc au cuivre. Les réaction mettent en jeu ce qu’on appelle un oxydant (l’élément qui va gagner des électrons) et un réducteur (celui qui en perd).
Il faut savoir que à l’époque une oxydoréduction c’était l’assemblage de molécules avec de l’oxygène (ce qui revient en détail à échanger des électrons), c’est pourquoi la réaction suivante est appelée aussi oxydoréduction : $4 Fe + 3O_2 \to 2Fe_2O_3$ (évidement très simplifiée) qui est la réaction de rouille.
Pour faire simple quand l’acier est complètement sain, sans rouille ni oxyde, une couche de $FeO$ vient se déposer à température et pression ambiante. La température va jouer le rôle d’accélérateur de réaction, plus l’acier est chaud plus la réaction qui créée l’oxyde $FeO$ est rapide. C’est pourquoi quand on chauffe l’acier, ce dernier va acquérir une fine couche d’oxyde. On pourrait en première approximation directement relier l’épaisseur à la température. Voici donc la configuration :
| $FeO$ |
| Barre de fer |
Comme la place de la rouille est déjà prise, cet oxyde protège bien de la rouille. Il faut faire cependant attention, la résistance à la corrosion est petite.
Interférences lumineuses :
La lumière est très particulière, vous savez peut être que celle-ci est décrite comme onde et particulaire à la fois : c’est la dualité onde-corpuscule. Mais pour notre cas il faut assimiler la lumière à une onde.
Les ondes sont des perturbations (oscillation ou petite vaguelettes) qui se propagent dans l’espace. Pour la lumière c’est la perturbation du champ électro-magnétique qui produit la lumière. Quand il y a plusieurs sources les ondes s’additionnent et le résultat donne l’intensité finale sortante. Si les ondes sont en phase (les vaguelette sont au même endroit) l’intensité sortante plus importante Si au contraire les ondes ne sont pas en phase (les vaguelettes sont un peu décalé) le résultat sera moins grand que l’entrée, on parle d’interférence :
Si on considère la lumière comme étant composée de toutes les couleurs et qu’une couleur dépend de la fréquence de la lumière, alors on peut comprendre comment les interférences lumineuses font apparaître certaines couleurs et d’autres non. En effet on observe deux sources lumineuse qui sont deux sources d’onde à côté l’une de l’autre, de telle sorte qu’elles s’additionnent comme vu de le paragraphe précèdent alors pour certaines fréquences les vaguelettes vont bien s’ajouter en interférences constructives et pour d’autres fréquences celle-ci vont être en interférences destructives. Comme fréquence = couleurs et que certaines restent constructive (reste visibles) et d’autres destructives (deviennent invisible puisque qu’elle n’existent plus) alors on comprend que deux sources côte à côte forment comme un filtre à couleur.
La lumière ambiante peut être considérée comme blanche, donc quand nous observons le petit bout de métal la lumière réfléchie est presque blanche. Cependant il advient que la couche d’oxyde dont nous avons parlé précédemment est aussi réfléchissant. La lumière est donc réfléchie par le métal et par la couche, il y a donc deux sources qui vont interférer et filtrer la lumière pour ne laisser apparaître que certaines couleurs. Or ces deux sources sont séparée d’une épaisseur $\epsilon$ qui dépend de la température à laquelle on a chauffé l’acier. Ce $\epsilon$ est appelé la différence de marche et induit plus ou moins de déphasage entre les deux sources. D’où la couleur en fonction de la température.
Attention ce n’est pas a confondre avec la couleur de corps noir émis à partir de $800°C$
2. Obtenir de beaux résultats :
Polir la pièce,
Il n’est pas du tout indispensable de polir la pièce, mais en la polissant on obtient une surface plus lisse et homogène, et donc un meilleur résultat. Alors il suffit de bien poncer la pièce, en partant de papier à gros grain puis petit à petit changer pour un grain de plus en plus petit, et finir au ponçage à l’eau. On peut descendre jusqu’à $2000$ – $3000$.
Puis pour polir il existe plusieurs manière de procéder, soit avec des kits de polissage : comme ici (je ne fais pas de pub particulière) qui marchent assez bien. Sinon il y a quelque chose qui marche encore mieux c’est la pâte de diamant (mais là il faut être patient) comme ici, il faut faire comme le ponçage, il faut commencer avec des pâtes gros grain ($10 \mu m$) et finir avec des grain minuscules ($0.5 \mu m$).
Nettoyer la pièce,
Il faut absolument nettoyer la pièce pour avoir un bleu homogène. S’il y a des traces quelconques la couche d’oxydation sera non homogène et la couleur raté à l’endroit de la trace. Nettoyer la pièce comme vous le voulez, avec du produit vaisselle, de l’acétone, tout ce qui enlève les taches de gras. Une fois bien nettoyé la pièce ne dois surtout pas être prise par les doigts qui déposerai du gras, mais avec un chiffon propre ou des gants propres.
Chauffer la pièce,
La partie la plus important est le chauffage homogène de la pièce, je vais vous décrire deux manière de procéder, mais du moment que vous pouvez chauffer la pièce de manière homogène à la température souhaitée, c’est bon.
Premièrement au chalumeau, il ne faut surtout pas mettre directement la pièce dans la flamme, on dépasse largement les $300°C$ et c’est pas du tout homogène, on obtient des arc-en-ciel, mais rien d’homogène.
Il faut donc utiliser un récipient qui va diffuser la chaleur, prenez une boite de conserve ouverte ça fera l’affaire. Tout ce qui est récipient et qui résiste à la température du chalumeau c’est bon. Pour rendre plus homogène le chauffage vous pouvez mettre des coupeaux de métal, mais faites attention à que les parties de la pièce que vous voulez bleuir restent à l’air libre.
Ensuite il suffit de chauffer par le dessus toute la zone ou repose la pièce de manière homogène : c’est à dire que vous allez voir la pièce changer de couleur par endroit, passant du jaune, au violet jusqu’au bleu. Répartissez bien le chauffage de la pièce, quand elle commence à devenir violet par endroit chauffez les autres endroits qui sont restés jaune. Cela va se faire doucement jusqu’au bleu, mais attention si les parties bleu sont trop chauffées alors la couleur bleu va disparaître pour laisser place à la couleur acier.
Deuxième méthode celle du four : celle là est beaucoup plus simple, il faut simplement mettre la pièce dans le four à la bonne température pour obtenir la couleur souhaité. Le plus optimal serait de mettre une aération qui oxygène la pièce en permanence
