Brevet FR2747771A1 — publié le 19971024

La présente invention concerne le camouflage infrarouge efficace depuis le spectre visible jusqu'à l'extrême infrarouge. Le camouflage infrarouge est nécessaire pour les équipements militaires, aussi bien les véhicules et le personnel que les installations matérielles, et est généralement obtenu au moyen de filets de camou- flage ou de peinture, par exemple en "vert OTAN", en bleu ou en noir. Le brevet britannique 1 605 151 expose le besoin de disposer d'un objet camouflé avec une surface hautement réfléchissante dans la bande spec- trale 3 à 5 gm et 8 à 14 gm, revêtue d'une peinture contenant un pigment ayant un pouvoir émissif inférieur à 90 % (0,9) dans ces bandes. Ce brevet ne décrit cepen- dant pas de pigments appropriés, ni n'explique la manière de les choisir. Un certain nombre de procédés sont connus pour produire des surfaces diélectriques sur des métaux tels que l'acier inoxydable et le nickel, qui peuvent être optimisés de manière à donner des surfaces sélec- tivement absorbantes qui absorbent fortement au-dessus de la région solaire AM2 (0,3 à 2,5 4m) mais émettent faiblement aux longueurs d'ondes thermiques. Deux produits présentant ces caractéristiques ont été déve- loppés par le groupe INCO. L'un d'entre eux, qui est vendu sous la marque MAXORB, est une feuille de nickel dont la surface a été chimiquement traitée pour donner une surface veloutée noir mat absorbant sélectivement le rayonnement solaire. Le second produit consiste en une feuille d'acier inoxydable colorée par un procédé INCO et vendue, entre autres, sous la marque SKYSORB. Le procédé INCO consiste à traiter la feuille d'acier inoxydable par un traitement d'oxydation chimique de manière à donner un revêtement produisant des inter- férences dans une gamme donnée de couleurs, et soumettre ensuite la surface colorée à un traitement de durcissement. Le procédé INCO est décrit et reven- diqué dans les brevets britanniques 1 305 636, 1 377 079, 1 341 220, 1 421 184, 1 435 518 et 1 436 150. Le procédé INCO donne un produit avec une finition colorée décorative permettant son utilisation sur le marché des produits architecturaux et des biens de consommation, mais il a été démontré qu'il avait une absorption AM2 comprise dans la gamme 0,88-0,92 et une émission thermique comprise dans la gamme 0,12-0, 22, ce qui a permis de l'utiliser également dans des collecteurs d'énergie solaire. En outre, le brevet européen 82-302 668.7 décrit des procédés de renforce- ment des propriétés sélectives de ces matériaux. Le brevet britannique 1 554 293 au nom de YAZAKI décrit également des collecteurs d'énergie solaire obtenus en colorant une feuille d'acier inoxydable pré-traitée avec un fini miroir, ayant une rugosité Ra inférieure à 0,07 gm (hauteur moyenne du profil de surface au- dessus et en dessous de la ligne centrale) pour opti- miser les propriétés de sélectivité. La présente invention se fonde sur la recon- naissance de l'importance du pouvoir émissif aux longueurs d'ondes thermiques dans le camouflage infra- rouge, et de procédés concrets pour obtenir les gammes de valeurs souhaitées pour le pouvoir émissif. Selon la présente invention, le corps camou- flé aux infrarouges a sa surface comprenant un métal recouvert d'un revêtement diélectrique assurant un camouflage visuel, cette surface ayant un faible pou- voir réflecteur total dans la gamme spectrale 0,4- 0,7 Dm, une faible composante spéculaire de pouvoir réflecteur dans la gamme spectrale 0,4-20 gm, et un pouvoir émissif à températures ambiantes compris entre 0,5 et 0,75. La surface du corps camouflé peut faire partie intégrante du corps, ou bien peut être formée d'une gaine ou peut être appliquée comme une peinture. Le revêtement diélectrique est de préférence formé par un procédé de traitement de surface directement mis en oeuvre sur le corps métallique à camoufler ou sur la gaine métallique ou les particules de métal qui seront utilisées comme pigments d'une peinture de camouflage. Un revêtement diélectrique supplémentaire peut également être appliqué pour optimiser les pro- priétés de la surface aux longueurs d'ondes élevées, supérieures à 5 gm. Selon un aspect de l'invention, un procédé pour la réalisation d'un corps camouflé aux infra- rouges, ayant une surface en acier résistant à la corrosion contenant du chrome, consiste à rendre ru- gueuse la surface de l'acier jusqu'à une rugosité supé- rieure à Ra = 0,1.m, Ra étant la hauteur moyenne du profil de la surface au-dessus et au-dessous de la ligne centrale, et à traiter la surface rendue ru- gueuse par immersion dans une solution aqueuse d'acides chromique et sulfurique, avec ou sans autres consti- tuants, pendant une durée suffisante pour produire un film diélectrique poreux sur la surface qui ait la couleur désirée pour le camouflage, de telle sorte que l'on obtienne une surface ayant un faible pouvoir réflecteur total dans la gamme spectrale 0,4-0,7 gm, une faible composante spéculaire de pouvoir réflecteur dans la gamme spectrale 0,4- 20 Nm et un pouvoir émissif à températures ambiantes compris entre 0,5 et 0,75. En général la coloration ira jusqu'au vert ou jusqu'au bleu. Il est bien connu que le potentiel de l'acier augmente pendant le procédé d'immersion, et la couleur désirée peut être obtenue en surveillant le potentiel et en retirant le corps lorsqu'un potentiel prédéter- miné, correspondant à la couleur souhaitée pour un bain de même concentration et de même température, a été atteint. Il est possible de rendre rugueuse la sur- face de l'acier inoxydable par des procédés mécaniques, par exemple par sablage d'un abrasif sur la surface avec une machine du commerce, ou par attaque chimique. Il a été trouvé que le pouvoir émetteur hémisphérique total de la surface, à la fois dans le cas d'une sur- face colorée et d'une surface non colorée, est lié directement à la rugosité de surface Ra. De préférence, la rugosité de surface est choisie dans la gamme de valeurs 0,3-1,0 gm. Il a également été trouvé que, en augmentant la rugosité de la surface à colorer, on diminue le pouvoir réflecteur hémisphérique total dans la gamme spectrale jusqu'à 2,0 gm et que, dans le spectre visible, c'est-à-dire de 0,4 à 0, 7 Dm, le pouvoir réflecteur total peut être aussi bas que 5 % (0,05) pour les échantillons les plus rugueux. La composante de diffusion du pouvoir réflecteur augmente en même temps que la rugosité, et la composante spécu- laire peut être inférieure à 10 % avec une rugosité appropriée. Selon une variante de l'invention, un second revêtement diélectrique, transparent aux longueurs d'ondes les plus élevées et non conducteur, est appli- qué sur un premier revêtement obtenu par traitement de surface de manière à augmenter le pouvoir émissif aux températures ambiantes. Un second revêtement dié- lectrique approprié peut être par exemple le TEFLON ou le TEDLAR (marques déposées de DU PONT DE NEMOURS). Il a été trouvé qu'une telle application d'un second revêtement pour adoucir l'acier inoxydable coloré donne un pouvoir émissif à température ambiante similaire à celui d'un produit obtenu en colorant de l'acier inoxydable rendu rugueux comme précédemment décrit, mais présente l'avantage supplémentaire de donner des valeurs de pouvoir émissif inférieures aux températures les plus élevées, c'est-à-dire à des températures nettement au-dessus des températures ambiantes. Ceci peut être un avantage pour le camouflage d'éléments susceptibles de chauffer pendant l'utilisation tels que par exemple les systèmes d'échappement et les capots des moteurs. Ce second revêtement diélectrique peut être avantageusement appliqué à des surfaces spéciale- ment étudiées pour une sélectivité photothermique optimale, c'est-à-dire des surfaces sélectivement absor- bantes, ayant une absorption forte au-dessus de la région solaire AM2, telle que le MAXORB, de manière à former une gaine sur le corps à camoufler. L'un ou l'autre des procédés décrits plus haut peut être mis en oeuvre en traitant directement la surface du corps à camoufler pour former le revêtement diélectrique - ou le premier des revêtements diélec- triques - ou bien peut être appliqué à une feuille de métal qui peut être par la suite utilisée pour gainer le corps à camoufler. Selon une autre variante de l'invention, il est proposé un procédé pour la réalisation d'un corps camouflé aux infrarouges en revêtant la surface à camoufler avec une peinture de camouflage contenant un pigment d'une couleur de camouflage appropriée compre- nant des paillettes d'un alliage de nickel ou de métal insusceptible de se ternir, recouvertes d'un revêtement diélectrique, de sorte que les paillettes aient un faible pouvoir réflecteur total dans la gamme spectrale 0,4-0,7 gm, une faible composante spéculaire de pouvoir réflecteur dans la gamme spectrale 0,4- 20 nm et un pouvoir émissif aux températures ambiantes compris entre 0,25 et 0,75. On entendra ici par "paillettes" une poudre métallique ayant une proportion majoritaire de parti- cules ayant une épaisseur moyenne inférieure à 1 gm et une plus grande dimension faciale moyenne comprise entre 10 et 500 gm. Par "métal insusceptible de se ternir" on entendra l'acier inoxydable du type austé- nitique ou ferritique et d'autres alliages de fer résistant à la corrosion et contenant du chrome. Un procédé pour la production de telles paillettes est par exemple décrit et revendiqué dans le brevet bri- tannique 1 360 467. Le revêtement diélectrique peut être déposé par tout procédé approprié, par exemple par immersion des paillettes d'acier inoxydable dans un bain colo- rant d'acides chromique et sulfurique, ou par un traitement thermique approprié dans l'air ou dans des mélanges gazeux, et les paillettes de nickel peuvent être noircies par des procédés traditionnels. Il n'apparaît pas nécessaire d'exécuter une étape prépa- ratoire pour rendre rugueuses mécaniquement ou par gravure chimique les paillettes, pour obtenir des ni- veaux de pouvoir émissif à températures ambiantes de l'ordre de 0,25 à 0, 75. Il a cependant été noté que l'agitation des paillettes durant le dépôt du revête- ment diélectrique est nécessaire. Il a également été trouvé que les niveaux de pouvoir réflecteur total dans le spectre visible sont compris dans la gamme de valeurs 10 à 35 % (0,1 à 0,35) lorsque l'on utilise des paillettes couramment disponibles du commerce. Cependant, on pense que les différentes étapes de pro- duction des paillettes peuvent être optimisées de ma- nière que ces niveaux de pouvoir réflecteur total soient réduits, permettant d'obtenir une faible composante spéculaire de pouvoir réflecteur. Il a également été noté que le tamisage des plus petites paillettes, c'est-à-dire en dessous d'environ 100 Dm, réduira encore le pouvoir émissif des paillettes traitées aux tempé- ratures ambiantes. Les paillettes traitées peuvent être utilisées comme pigments avec un liant approprié pour obtenir une peinture de camouflage. Pour obtenir une couleur sou- haitée, on ajoute en plus des pigments non sélectifs, mais ceux-ci vont tendre à augmenter le pouvoir émissif thermique. On décrira maintenant quelques exemples, en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un graphique montrant le pouvoir réflecteur hémisphérique total jusqu'à 2 Dm et le pouvoir réflecteur spéculaire de 2 à 50.m pour trois échantillons d'acier inoxydable coloré, après abrasion; la figure 2 est un graphique montrant les variations de brillance, en fonction de la rugosité, d'échantillons d'acier inoxydable coloré, après abra- sion; et la figure 3 est un graphique montrant le pou- voir réflecteur total des paillettes d'acier inoxydable coloré. EXEMPLE 1 Une feuille d'acier inoxydable de type 304 a été divisée en 22 échantillons. Les échantillons ont été soumis deux par deux à une abrasion mécanique en utilisant une machine "Aquablast" couramment disponible dans le commerce. Ceci permettait de diriger sur la surface des échantillons un jet de poudre d'alumine de 65-90 gm dans l'eau. Chacune des onze paires d'échantillons a été traitée à une pression d'air différente ou un réglage de pompe différent. Les échan- tillons ont été mesurés en utilisant un appareil de mesure "Talysurf". Un échantillon de chaque paire a été coloré en vert par immersion dans un bain conte- nant 500 g/l d'acide sulfurique et 275 g/l de Cr203 et maintenu à 80 C. Le pouvoir émissif hémisphérique total des échantillons colorés et non colorés a ensuite été mesuré. Ces résultats apparaissent dans le ta- bleau 1. TABLEAU 1 Echan- Pression Rugosité de Pouvoir émissif Pouvoir émissif tillon d'air surface Ra, hémisphérique hémisphérique n (kN/m2) acier non total, acier no total, après co- coloré coloré loration en vert (ram) 1 206,8 0,42 0,25 0,31 2 275,8 0,45 0,27 3 344,8 0,54 0,27 0,34 4 413,7 0,60 0,30 0,39 482,7 0,72 0,36 6 551,7 0,84 0,39 0,50 7 275,8 0,13 0,17 0,18 8 344,8 0,25 0,28 0,30 9 413,7 0,38 0,28 0,30 482,7 0,46 0,31 0,32 11 551,7 0,66 0,33 0,41 Les échantillons 1 à 6 ont été soumis à une abrasion avec une vitesse d'eau faible et constante, et les échantillons 7 à 11 à une vitesse d'eau élevée et constante. On constatera que le pouvoir émissif ther- mique augmente en même temps que la rugosité de surface, qui peut être modifiée selon la pression de l'air. Pour toute valeur fixe de pression d'air, une augmentation du volume d'eau fait décroître la rugosité de surface. La coloration augmente le pouvoir émissif thermique, bien qu'il ait été trouvé qu'elle avait peu d'effet sur la rugosité de surface. Des résultats similaires ont été trouvés avec des aciers érodés colorés par la suite en bleu. La figure 1 illustre le pouvoir réflec- teur spectral des échantillons 7, 9 et 11 respective- ment, en montrant le pouvoir réflecteur hémisphérique jusqu'à 2 gm et le pouvoir réflecteur spéculaire de 2 à 50 gm. On remarquera que le pouvoir réflecteur total dans la partie visible du spectre entre 0,4 et 0,7.m est faible, et reste inférieur à 10 % pour l'échantillon le plus rugueux. La figure 1 montre :15 également le pouvoir réflecteur spéculaire de 2 à Nm et démontre l'effet d'une rugosité croissante sur ce paramètre. La figure 2 montre les variations de la brillance (c'est-à-dire le pouvoir réflecteur spécu- laire) en fonction de la rugosité de surface. Ces résultats sont obtenus en évaluant la composante spé- culaire dans le spectre visible entre 0,4 et 0,7 gm en utilisant le procédé de mesure avec une tête à de géométrie, selon le procédé de la norme ASTM D523-67. Des valeurs de brillance inférieures à 10 sont considérées comme satisfaisantes pour des appli- cations de camouflage. EXEMPLE 2 Des paillettes d'acier inoxydable produites par NOVAMET INC. de Wyckoff, New Jersey ont été chauf- fées dans l'air à une température supérieure à 700 C. En fonction de la température ou de la durée, il en est résulté une gamme de couleurs allant du rouge bronze au cuivre profond. Le pouvoir émissif thermique mesuré sur les paillettes non colorées et colorées a montré une augmentation allant de 0,47 pour le maté- riau de départ jusqu'à 0,52 pour le revêtement d'oxyde le plus épais. Cette gamme de couleurs n'a cependant pas été considérée comme la plus appropriée pour le camouflage. EXEMPLE 3 Des paillettes d'acier inoxydable ont été colorées en les chauffant à 750 dans un mélange de 90 % d'argon et de 10 % d'oxygène pendant 25 minutes. La poudre était remuée pendant le chauffage. Il a été obtenu une couleur bleue acceptable. Le pouvoir émissif thermique mesuré était de 0,50. Des échantillons bleu- vert ont été également obtenus par chauffage dans un mélange air- argon. La figure 3 est un graphique montrant les courbes de pouvoir réflecteur B dans le proche infrarouge pour les paillettes colorées des exemples 2 et 3. On notera que les paillettes bleues ont un plus faible pouvoir réflecteur dans la gamme visible. EXEMPLE 4 Des paillettes de nickel produites par NOVAMET INC. ont été noircies par traitement chimique similaire à celui utilisé pour la production de la feuille solaire MAXORB. On a obtenu des propriétés suivantes: Couleur Pouvoir Pouvoir émissif réflecteur à températures visible ambiantes total Gris foncé 0,18 0,39 Noir 0,5 0,49 Des paillettes colorées telles que celles obtenues par les exemples 2, 3 et 4 peuvent être mélangées de manière conventionnelle avec des liants appropriés pour former une peinture, qui sera par la suite utilisée comme peinture de camouflage. REVENDICATIONS 1) Un corps camouflé aux infrarouges, caractérisé en ce que sa surface comprend un métal recouvert d'un revêtement diélectrique assurant un camouflage visuel, cette surface ayant un faible pouvoir réflecteur total dans la gamme spectrale 0,4- 0,7 Nm, une faible composante spéculaire de pouvoir réflecteur dans la gamme spectrale 0,4- 20 gm, et un pouvoir émissif à températures ambiantes compris entre 0,5 et 0,75. 2) Un corps camouflé aux infrarouges selon la revendication 1, dans lequel la surface diélectrique est formée par un procédé de traitement de surface. 3) Un corps camouflé aux infrarouges selon la revendication 2, dans lequel un second re- vêtement diélectrique, transparent aux longueurs d'ondes les plus élevées et non conducteur, recouvre le premier revêtement diélectrique, de manière à augmenter le pouvoir émissif aux températures am- biantes. 4) Un corps camouflé aux infrarouges selon la revendication 1, dans lequel le corps est revêtu d'une peinture de camouflage contenant un pigment d'une couleur appropriée au camouflage comprenant des paillettes de nickel ou d'un alliage d'un métal in- susceptible de se ternir, recouvertes d'un revêtement diélectrique. ) Un procédé pour la réalisation d'un corps camouflé aux infrarouges, ayant une surface en acier résistant à la corrosion contenant du chrome, caractérisé en ce qu'il consiste à rendre rugueuse la surface de l'acier jusqu'à une rugosité supérieure à Ra = 0,1 gm (Ra étant la hauteur moyenne du profil de la surface au-dessus et au-dessous de la ligne centrale), et à traiter la surface rendue rugueuse par immersion dans une solution aqueuse d'acides chromique et sul- furique de manière à produire un film diélectrique poreux sur la surface qui ait la couleur désirée pour le camouflage, et obtenir une surface ayant un faible pouvoir réflecteur total dans la gamme spectrale 0,4- 0,7 Dm, une faible composante spéculaire de pouvoir réflecteur dans la gamme spectrale 0,4-20 gm et un pouvoir émissif à températures ambiantes compris entre 0,5 et 0,75. 6) Un procédé selon la revendication 5, dans lequel la surface de l'acier est rendue rugueuse jusqu'à une rugosité comprise entre 0,3 et 1,0 gm. 7) Un procédé selon la revendication 6, dans lequel un second revêtement diélectrique, transparent aux longueurs d'ondes les plus élevées et non conduc- teur, est appliqué sur.le film diélectrique poreux de manière à augmenter le pouvoir émissif aux températures ambiantes. 8) Un procédé selon la revendication 7, dans lequel le revêtement diélectrique comprend le TEFLON et le TEDLAR (marques déposées de DU PONT DE NEMOURS). 9) Un procédé pour la réalisation d'un corps camouflé aux infrarouges, caractérisé en ce qu'il con- siste à revêtir la surface à camoufler avec une pein- ture de camouflage contenant un pigment d'une cou- leur appropriée comprenant des paillettes d'un alliage de nickel ou de métal insusceptible de se ternir, recouvertes d'un revêtement diélectrique, ces paillettes ayant une proportion majoritaire de particules ayant une épaisseur moyenne inférieure à 1 Dm et une plus grande dimension faciale moyenne comprise entre 10 et 500 gm, et ces paillettes ayant un faible pouvoir réflecteur total dans la gamme spectrale 0,4-0,7.m, une faible composante spéculaire de pouvoir réflec- teur dans la gamme spectrale 0,4-20 gm et un pouvoir émissif aux températures ambiantes compris entre 0,25 et 0,75. ) Une peinture de camouflage destinée au camouflage infrarouge, caractérisée en ce qu'lle com- prend un liant et des paillettes de nickel ou d'acier inoxydable du type austénitique ou ferritique et d'autres alliages de fer résistant à la corrosion et contenant du chrome, ces paillettes étant recouvertes d'un revêtement diélectrique et ayant une proportion majoritaire de particules ayant une épaisseur moyenne inférieure à 1 gm et une plus grande dimension faciale moyenne comprise entre 10 et 500 gm, et ces paillettes ayant en outre un faible pouvoir réflecteur total dans la gamme spectrale 0,4-0,7 gm, une faible com- posante spéculaire de pouvoir réflecteur dans la gamme spectrale 0, 4-20 gm et un pouvoir émissif aux températures ambiantes compris entre 0,25 et 0,75.