Brevet FR2738173A1 — publié le 19970307

PROCEDE POUR AMELIORER LA REFLECTIVITE D'UNE TOLE D'ALUMINIUM Domaine technique L'invention concerne un traitement par laser de la surface d'une tôle ou bande en aluminium ou en alliage d'aluminium dans le but d'en améliorer la réflectivité. Etat de la technique I1 est connu d'utiliser un traitement par laser pour modifier les propriétés de surface des pièces métalliques en vue, par exemple, d'en améliorer la dureté ou la résistance à l'abrasion ou à la corrosion. En particulier les lasers excimer, qui émettent à une faible longueur d'onde dans l'ultra-violet et permettent ainsi de dégager des énergies considérables pendant un temps très court, ont été utilisés dans divers traitements de surface. Ainsi, l'article de H.W. BERGMANN et al. "Modification of surface films on metallic substrates by excimer laser irradiation" paru dans Thin Solid Films, vol. 174, 1989, pp. 33-38, décrit l'irradiation de films en alliage Cu-Cr obtenus par pulvérisation cathodique et met en évidence une réduction de la microrugosité en deçà du seuil d'occurrence d'un plasma métallique. Le brevet DE 3922377 de la société AUDI concerne un procédé de polissage optique de pièces métalliques à l'aide d'un laser excimer dans le but d'éliminer les défauts de surface. I1 cite en exemple des blocs-moteurs en fonte, des chemises de cylindres en alliage Al-Si et des pièces en CuFe2. Le traitement se fait avec une densité d'énergie par unité de surface proche de la densité d'energie critique qui conduit à l'apparition d'un plasma métallique. La densité d'energie est comprise, pour un laser à XeCl de longueur d'onde 308 nm, entre 0,1 et 30 107 W/cm2, et de préférence 0,5 107 W/cm2, dans le cas des pièces en alliage AlSi. Objet de l'invention Les inventeurs ont constaté que le traitement de la surface d'une tôle ou bande d'aluminium ou d'alliage d'aluminium par un laser excimer, dans des conditions de fonctionnement très spécifiques bien différentes de celles de l'art antérieur, permettait d'améliorer de manière significative la réflectivité de cette surface. Le procédé selon l'invention consiste à irradier la surface de la tôle ou de la bande à l'aide d'un faisceau émis par un laser excimer, de manière homogène sur toute la surface et perpendiculairement à celle-ci, avec une densité d'énergie comprise, pour une longueur d'onde du faisceau laser de 308 nm, entre 6 et 10 J/cm2 et pendant une durée totale comprise entre 20 et 200 ns correspondant à une ou plusieurs pulsations. En dessous de 6 J/cm2, l'énergie n'est pas suffisante pour obtenir l'effet recherché sur la réflectivité. Au dessus de 10 J/cm2, on risque de dégrader la surface, dont la rugosité se remet à augmenter. I1 en est de même si, pour une énergie comprise entre 6 et 10 J/cm21 la durée totale d'irradiation excède 200 ns, et cela se produit d'autant plus tôt que l'énergie par unité de surface est plus élevée. La densité d'énergie utilisée est, de préférence, comprise entre 6,5 et 7,5 J/cm2. Si la longueur d'onde du faisceau laser est inférieure à 308 nm, par exemple 249 nm pour un laser au KrF ou 193 nm pour un laser au ArF, on a déterminé qu'on obtient le même effet avec 3 fois moins de photons à 193 nm qu'à 308 nm et on peut estimer que la relation est linéaire entre ces 2 valeurs.On utilise de préférence un faisceau homogénéisé et focalisé sur une surface supérieure à 10 x 10 mm, et même à 100 x 100 mm si la puissance du laser le permet. On constate par ailleurs qu'il est préférable que le faisceau soit polarisé dans une direction perpendiculaire au sens du laminage de la tôle. L'utilisation de ce traitement conduit à une réduction d'au moins 50% de la rugosité moyenne de la surface de la tôle d'aluminium, ce qui correspond à un gain de l'ordre de 25 à 30% de la réflectivité. L'invention a également pour objet une tôle ou bande en alliage d'aluminium laminée à froid et traitée en vue d'améliorer sa réflectivité, présentant après traitement, par mesure en réflectométrie laser, une réduction de longueur de comète d'au moins 30% sans modification de la tache spéculaire. L'invention sera décrite de manière plus détaillée à l'aide de l'exemple ci-dessous. ExeMple On a utilisé un laser excimer VEL 1-K de la société SOPRA, de puissance 1 kW, sous une fréquence de 100 Hz, au XeCl de 308 nm de longueur d'onde. La section du faisceau avant focalisation était de 80 x 60 mm. On a travaillé avec un faisceau focalisé et homogénéisé, de manière à obtenir une densité de puissance parfaitement identique sur toute la zone traitée qui, pour chacun des tirs, était de 15 x 15 mm. Les essais ont été menés sur des tôles laminées à froid d'épaisseur 1 mm en alliage 1085 selon la désignation de l'Aluminum Association. On a effectué les caractérisations suivantes: a) On a comparé à l'aide d'un microscope électronique à balayage les surfaces d'une tôle non traitée, puis d'une tôle irradiée au laser excimer avec des densités d'énergie respectives de 4,7 et 6,6 J/cm2 et, dans chacun des cas, 1 tir unique d'une durée de 30 ns et 16 tirs successifs de 30 ns chacun. On constate que les lignes dues au laminage s'estompent d'autant plus vite que la densité d'énergie est plus élevée et qu'elles ont totalement disparu à 6,6 J/cm2. Par contre, quand on augmente le nombre de tirs, on crée une nouvelle rugosité de type isotrope, avec des creux et des bosses, dont le pas est de l'ordre de 3 à 4 microns. b) On a également comparé les surfaces avant et après traitement en réflectométrie laser. Le principe de cette mesure consiste à envoyer sur la surface un rayon laser et à analyser le rayonnement réfléchi. Dans le cas d'un miroir parfait, l'image réfléchie est un point. Dans le cas où la surface présente une orientation directionnelle, comme par exemple une tôle laminée ou brossée, l'image réfléchie a la forme d'une comète, dont la longueur est liée au pas de la rugosité, et la largeur à la profondeur du sillon. On a utilisé pour cette mesure un laser HeNe de 632 nm de longueur d'onde et de puissance 3,5 milliwatts. La prise de vues a été faite avec un film Polaroîd type 667, une ouverture F 4,7 à 1/8 s. La distance entre l'échantillon et l'écran était de 2 mm. On a mesuré les longueurs de comètes en fonction de l'énergie par unité de surface pour des tirs uniques de 30 ns. Les résultats sont représentés à la figure 1. On constate que jusqu'à une valeur de 6 J/cm2, la longueur de la comète reste constante à environ 80 mm, puis elle décroît nettement. Au delà de 6,6 J/cm2 où elle est d'environ 50 mm, elle continue à décroître légèrement avant de croître à nouveau, mais on constate alors une modification de la tache spéculaire qui s'élargit, ce qui indique que la réduction de la rugosité directionnelle est suivie de l'apparition d'une autre forme de rugosité non directionnelle. L'optimum de traitement correspond ainsi à une réduction d'environ 40% de la longueur de la comète sans déformation de la tache spéculaire. Si les valeurs absolues des longueurs de comète dépendent des conditions de l'essai de réflectométrie laser, le taux de réduction de cette longueur de comète est indépendant de ces conditions. c) Une étude en spectrophotométrie montre que la reflectivité augmente quand la densité de puissance augmente jusqu'à un optimum pour ensuite se dégrader à trop forte puissance. Le principe de cette mesure est de comparer, pour chaque longueur d'onde du spectre visible, le rapport (en %) de la réflectivité par rapport à celle d'un miroir de référence de qualité moyenne. La figure 2 montre la courbe de la réflectivité en fonction de la longueur d'onde dans le spectre visible pour un échantillon non traité et pour un échantillon traité avec une densité d'énergie de 6,6 J/cm2 avec respectivement 1 tir unique et 16 tirs successifs de 30 ns chacun. On constate que la courbe correspondant au tir unique se situe au-dessus des 2 autres. La figure 3 montre, pour 3 longueurs d'onde différentes (500, 600 et 700 nm) l'évolution de la reflectivité en fonction de la densité d'énergie à tir unique de 30 ns. On constate que, quelle que soit la longueur d'onde, la réflectivité passe par un maximum situé autour de 6,5 J/cm2. On peut estimer, à l'aide des modèles théoriques connus de l'homme de métier reliant la courbe de réflectivité à la rugosité du métal, que cette rugosité passe d'une valeur moyenne avant traitement de 23 nm à une valeur moyenne de 9,5 nm après traitement dans les conditions optimales définies cidessus. REVENDICATIONS 1) Procédé pour améliorer la réflectivité d'une tôle ou bande d'aluminium ou d'alliage d'aluminium consistant à irradier la surface de la tôle ou de la bande à l'aide d'un faisceau émis par un laser excimer, de manière homogène sur toute la surface et perpendiculairement à celle-ci, avec une densité d'énergie comprise, pour une longueur d'onde du faisceau laser de 308 nm, entre 6 et 10 J/cm2 et pendant une durée totale comprise entre 20 et 200 ns obtenue en une ou plusieurs pulsations. 2) Procédé selon la revendication 1, dans lequel la densité d'énergie utilisée est comprise entre 6,5 et 7,5 J/cm2. 3) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le faisceau laser est homogénéisé et focalisé sur une surface supérieure à 10 x 10 mm. 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le faisceau laser est focalisé sur une surface supérieure à 100 x 100 mm. 5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le faisceau est polarisé dans une direction perpendiculaire au sens du laminage de la tôle. 6) Tôle ou bande en alliage d'aluminium laminée à froid et traitée en vue d'améliorer sa réflectivité, présentant après traitement, par mesure en réflectométrie laser, une réduction d'au moins 30% de la longueur de comète sans modification de la tache spéculaire.