Brevet FR2512842A1 — publié le 19830318

251284-2 I.- "Procédé pour métalliser des éléments en matière plastique armés avec des fibres-de carbone" L'invention a pour objet un procédé pour métal- liser la surface d'éléments en matière plastique armés avec des fibres de carbone en déposant par vaporisation une cou- che métallique sous vide poussé, un traitement par décharge luminescente étant effectué avant la vaporisation. Différents modes de dépôt par vaporisation de matières sur un substrat sont décrits dans l'ouvrage impri- mé "New Trends in Materials Processing " (Nouvelles tendan- ces dans le traitement des matières) publié par l'American Society for Metals (Société Américaine pour les Métaux), Métal Park, Ohio 44 073 ( 1976), pages 200 et suivantes. Suivant ce document, on distingue le dépôt par vaporisation sous vide poussé par chauffage de la matière à vaporiser, le procédé de revêtement ionique et le bombardement ionique. Dans la revue d'information "Thermoplaste" Journal Technique de la Société Bayer, numéro du 1 4 1978, on expose au paragraphe 4 5 3 "Métallisation de Durethan", le dépôt par vaporisation d'une couche métallique sous vi- de poussé sur des éléments moulés en Durethan On signale alors, entre autres, que l'adhérence et la qualité de la couche déposée par vaporisation dépendent en premier lieu de l'adhérence de la couche de base ou du vernis de fond et de recouvrement Mais, même en respectant strictement 2.- ce traitement préalable, ainsi qu'avec traitement prélimi- naire par décharge luminescente, ltadhérence de la couche métallique déposée par vaporisation sur la surface de la matière plastique est relativement faible. En conséquence, l'invention a pour but de per- fectionner le procédé mentionné dans le préambule de manié- re que les couches métalliques déposées par vaporisation sur l'élément en matière plastique soient très adhérentes. L'invention concerne, à cet effet, un procédé du type ci-dessus, caractérisé en ce qu'on creuse d'abord la surface à métalliser de l'élément en matière plastique pour dégager les fibres de carbone proches de la surface, on dégaze ensuite l'élément, sous vide poussé, à la tempé- rature de durcissement ou un peu en dessous, on réalise alors le traitement par décharge luminescente en appliquant une haute tension négative à l'élément en matière plasti- que jusqu'au cours de la phase de vaporisation de métal qui suit. Avec le traitement préliminaire par abrasion, les fibres de carbone bonnes conductrices de l'électricité sont dégagées sur la surface de l'élément en matière plas- tique dans la mesure exactement nécessaire pour permettre une formation uniforme de la décharge luminescente pro- duite avant et pendant la phase initiale de la vaporisa- tion Ces fibres sont cependant encore suffisamment enro- bées dans la matrice en matière plastique Par la haute tension négative, on obtient en même temps que, en plus de la décharge luminescente au début du processus de va- porisation, des ions métalliques ayant une énergie de dé- placement élevée arrivent aussi bien sur les fibres de carbone que sur la matière plastique sous-jacente et réa- lisent ainsi une liaison solide et durable avec le carbone ainsi qu'avec la matière plastique. Dès qu'on obtient un recouvrement suffisant de la surface par le métal, on arrête la décharge luminescente 3.- et on poursuit la vaporisation de façon classique sous vi- de poussé jusqu'à ce qu'on obtienne l'épaisseur de cou- che désirée. L'invention est expliquée dans la description ci-après et les dessins annexés représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels: les figures 1, 2 a et 2 b représentent l'opé- ration de traitement abrasif par voie humide de la surfa- ce intérieure d'un élément de construction tubulaire en matière plastique composite constituée par une matrice en résine synthétique armée avec des fibres de carbone (ca K), la figure 3 représente un dispositif pour métalliser la surface intérieure d'un tube en OFK. Suivant la figure 19 le tube 1 en O FR à trai- ter, est bridé en position verticale sur une table tour- nante 2 et est soumis en rotation à un jet de liquide 4 se déplaçant en va-et-vient suivant l'axe longitudinal du tube, ce jet sortant de l'ajutage 5 cintré en forme de cro- chet d'une conduite d'amenée se déplaçant vers le haut et vers le bas à l'intérieur du tube Le liquide est consti- tué par une suspension aqueuse contenant, en tant que pro- duit de jet abrasif, du corindon fin ( T-A 1203) ayant une grosseur de grain moyenne de 45 microns. Par ce traitement qui dure plusieurs minutes, on élimine d'abord les impuretés y compris les résidus d'a- gents séparateurs de moulage provenant de la fabrication du tube, et on dégage ensuite partiellement les fibres de carbone (C) se trouvant à proximité immédiate de la surfa- ce Les figures 2 a et 2 b sont des vues en coupe microsco- piques schématiques, de la surface, effectuées perpendicu- lairement à la direction des fibres avant ( 2 a) et après ( 2 b) le traitement par abrasion Suivant la figure 2 by on obtient, en alternance à l'échelle microscopique, d'étroi- tes surfaces voisines à conductibilité électrique très 4.- élevée (fibres C 6) et à conductibilité électrique très fai- ble (matrice en résine synthétique intermédiaire 7). Après le traitement abrasif par voie humide, le tube en CFK est dégazé sous vide à température élevée. Ce dégazage se poursuit pendant plusieurs heures jusqu'à -4 à No 06 mbar et à une température comprise environ entre 20 c 00 au-dessous de la température de durcissement et, au maximum la température de durcissement ( 150 O par exemple) de la matrice en résine synthétique. Par ce traitement, on élimine, d'une part, l'eau absorbée de la matière composite Un point essen- tiel pour la mise en application conforme à l'invention, réside dans l'élimination, obtenue à l'aide du procédé, des composants légèrement volatils existant en faibles quantités dans la résine ou le durcisseur ou encore pro- duits dans la matière composite par une réaction incomplè- te entre la résine et le durcisseur Par le traitement décrit ci-dessus, on peut garantir que les composants gê- nants, qui peuvent se présenter dans certaines conditions de vaporisation, ont déjà été éliminés au préalable de la matière composite. Des essais ont montré qu'une très légère ab- sorption d'eau après le traitement de dégazage n'est pas. désavantageuse, de sorte que les tubes en CFK dégazés peu- vent 4 tre stockés pendant plusieurs jours en atmosphère sèche (azote) jusqu'au traitement de dépdt par vaporisa- tion. Pour le dépÈt par vaporisation, on place le tube 1 en CX dans un dispositif qui se trouve dans le ré- cipient à vide (non représenté) d'une installation de va- porisation sous vide Ce dispositif (figure 3) est essen- tiellement constitué par deux couronnes 30 portant chacune un galet d'entraînement 31, 32 et deux galets de guidage 34 Ces galets sont tous les six réalisés en matière iso- lante Les galets d'entraînement 31, 32 sont reliés entre 5.- eux par un arbre rigide 35 qui est entra né à son tour, par l'intermédiaire d'un arbre flexible 36 et d'un rac- cord rotatif pour le vide (non représenté), par un moteur disposé à l'extérieur du bassin à vide Un galet 37 est appliqué extérieurement sur le tube 1 au milieu de ce tu- be 1, une haute tension pouvant être appliquée à ce galet. Pour protéger le tube 1 contre les dégâts qui pourraient être causés par le galet 37, un anneau de protection en CFK est disposé autour du tube en cet emplacement A l'in- térieur du tube 1 sont disposées deux électrodes d'amenée de courant 39, 40 entre lesquelles sont encastrés les fi- laments de vaporisation 41 Ces serpentins 41 sont déjà imprégnés par la matière à vaporiser. Le récipient à vide est d'abord mis sous vide poussé ( 10 amb) On applique ensuite une haute tension né- gative de 2,5 k V environ au tube 1 en CFK au moyen de l'ame- née haute tension 42, 38, 37 On envoie simultanément dans le récipient à vide, par une soupape à aiguille, de l'ar- gon sous une pression de 10-2 mb environ La décharge luimi- nescente qui se produit maintenant ("nettoyage par bombar- dement ionique") nettoie la surface du tube parce qu'elle est soumise à un bombardement ionique Cette surface est alors attaquée par pulvérisation et nettoyée Les élec- trons négatifs s'écoulent vers les deux électrodes d'ame- née de courant 39, 40. Pendant la dernière minute de la décharge lu- minescente qui dure cinq minutes environ, les filaments de vaporisation 41 sont chauffés et la matière, telle que de l'aluminium se trouvant sur ces filaments, est vaporisée. Par le traitement par décharge luminescente qui est encore effectué, une fraction des particules de vapeur métalliques est ionisée Ces particules sont accé- lérées vers la surface intérieure du tube et pénètrent partiellement dans le substrat en résine synthétique 6.- (effet d'implantation) Cela explique la résistance d'adié- rence améliorée de façon décisive par rapport aux procédés de dép 8 t par vaporisation classiques Pour obtenir une épaisseur de couche uniforme, on fait tourner le tube 1 pendant la vaporisation Dès que cet effet d'implantation a provoqué un recouvrement suffisant de la surface, on ar- réte la décharge luminescente pour la poursuite de la vaporisation. Avec le procédé conforme à l'invention, on obtient des résistances d'adhérence, mesurées à l'essai de traction frontale, dépassant 20 N/mm 2 pour une épais- seur de couche de 5 microns, environ, ce qui est à com- parer avec moins de 0,5 N/mm 2 pour les procédés classiques de dép 6 t par vaporisation sous vide avec une épaisseur de couche comparable. 7.- R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1. Procédé pour métalliser la surface d'élé- ments en matière plastique armés avec des fibres de carbone, par vaporisation d'une couche métallique sous vide poussé, précédée par un traitement par décharge luminescente, ca- ractérisé en ce qu'on creuse d'abord la surface à métalli- ser de l'élément en matière plastique ( 1) pour dégager les fibres de carbone proches de la surface, on dégaze ensuite l'élément, sous vide poussé, à la température de durcisse- ment ou un peu en dessous, on réalise alors le traitement par décharge luminescente en appliquant une haute tension négative à l'élément en matière plastique, jusqu'au cours de la phase de vaporisation de métal qui suit ( 4)0 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on effectue l'enlèvement de matière au moyen d'un liquide abrasif envoyé sous forme d'un jet de liquide sur la surface de l'élément en matière plastique.