Brevet FR2785834A1 — publié le 20000519

Procédé de traitement de surface d'un matériau destiné à recevoir un revtement Le domaine de l'invention est celui des traitements de surfaces de substrats organiques. Elle concerne un procédé et un dispositif de préparation de la surface d'un substrat organique destiné à recevoir un revtement, notamment métallique ou céramique. Elle concerne plus particulièrement les revtements déposés par projection thermique. L'invention trouve des applications dans l'industrie automobile et aéronautique. Dans l'industrie automobile, le procédé selon l'invention permet de développer de nouvelles méthodes de fabrication d'outils de production, comme les moules d'injection, fondées sur l'utilisation de techniques de prototypage rapide et de projection thermique. En aéronautique, le procédé selon l'invention contribue au développement de revtements anti-érosion déposés par projection thermique sur des pièces composites à matrice organique. La réalisation de dépôts métalliques ou céramiques sur des substrats organiques présente un intért industriel (barrières de protection, amélioration des propriétés de surface). L'une des difficultés rencontrées au cours de l'élaboration conceme l'accrochage des premières couches de revtement sur le substrat. Les propriétés d'adhérence des matériaux organiques vis-à-vis de revtements métalliques ou céramiques sont généralement faibles pour différentes raisons : nature des liaisons chimiques substratlrevtement (interaction de type Van Der Waals ou liaison Hydrogène), faible énergie de surface, faible réactivité physico-chimique, existence d'une couche superficielle de pollution, faibles propriétés mécaniques. Différentes solutions ont été proposées pour favoriser l'adhérence d'un dépôt. Certaines consistent à augmenter la rugosité superficielle du substrat (D. FAYEULLE, J. P. HENON, R. MORIBIOLI, brevet français FR 87 073272 ; R. W. SMITH, D. BITTER, E. LUGSCHEIDER, R. MATHESIUS,"Thermal Spray Coatings for Protection of Polymeric Composite Aircraft Components", Proceedings of the 7th National Thermal Spray Conférence, Boston, Massachussetts, USA, 20-24 juin, 1994, C. C. Bemdt et al. eds., ASM International, Materials Park, OH, USA, (1994) 67. ; P. LUCCHESE, M. JEANDIN, A. DE LAVERNHE, G. SURDON, "Experimental Approach to Adhesion Between a Plasma-Sprayed Alumina Coating and a Polymeric Substrate", Proceedings of the 9th National Thermal Spray Conference, Cincinnnati, Ohio, USA, 7-11 October, 1996, C. C. Berndt et al. eds., ASM International, Materials Park, OH, USA, (1996) 239.). La présente invention apporte une nouvelle solution au problème posé. Le procédé selon l'invention comprend l'étape de fissurer de manière maîtrisée la surface dudit substrat. Ainsi, l'ancrage mécanique du revtement est favorisé. De préférence, pour fissurer de manière maîtrisée la surface dudit substrat, on procède à un apport thermique. Avantageusement, I'apport thermique est réalisé par l'un au moins des équipements suivants : un four de traitement thermique, une étuve programmable, une torche de projection à plasma, une flamme, un laser. La présente invention concerne également un dispositif pour préparer la surface d'un substrat organique destiné à recevoir un revtement, notamment métallique ou céramique. Le dispositif selon l'invention comprend des moyens de fissuration maîtrisée de la surface dudit substrat Ainsi, l'ancrage mécanique du revtement est favorisé. De préférence, les moyens de fissuration maîtrisée comprennent des moyens d'apport thermique sur la surface dudit substrat. Avantageusement, ledit apport thermique est réalisé par l'un au moins des moyens de chauffage suivants : un four de traitement thermique, une étuve programmable, une torche de projection à plasma, une flamme, un laser. L'invention concerne également un substrat organique destiné à recevoir un revtement, notamment métallique ou céramique. Ledit substrat se caractérise par la présence de fissures provoquées par le procédé ou le dispositif qui viennent d'tre décrits. L'invention concerne également, un substrat organique revtu d'un dépôt, notamment métallique ou céramique. Ledit substrat, ainsi revtu d'un dépôt, se caractérise par le fait que le dépôt est ancré dans des fissures de la surface du substrat provoquées par le procédé ou le dispositif qui viennent d'tre décrits. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description de variantes de réalisation de l'invention, données à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et de : -la figure 1 qui représente le schéma des phases principales du procédé, -les figures 2a et 2b qui représentent des vues en coupe d'un substrat avant et après traitement thermique, -la figure 3 qui représente une vue de dessus de la surface d'un substrat, après traitement thermique, -la figure 4 qui représente une vue en coupe de l'interface substrat/dépôt, -la figure 5 qui représente une vue en coupe d'une variante de réalisation d'un dispositif mettant en oeuvre un apport thermique par torche à plasma, -les figures 6a à 6c qui représentent les étapes de réalisation d'un moule d'injection réalisé en appliquant le procédé selon l'invention. On va maintenant décrire la figure 1 qui représente le schéma des phases principales du procédé. Etape A : On procède à un apport thermique (2) à la surface (la) d'un substrat organique (1) destiné à recevoir un revtement (4), notamment métallique. Etape B : Cet apport thermique a pour effet de fissurer (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) de manière maîtrisée la surface (la) dudit substrat (1). Etape C : On projette sur la surface la ainsi fissurée des particules 4a, 4b, 4c, notamment des particules métalliques à l'état fondu. Le métal en fusion pénètre dans les fissures (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 6,9,10). Après solidification les particules ancrent le revtement à la surface 1 a du revtement 1. On va maintenant décrire les figures 2a et 2b qui représentent des vues en coupe d'un substrat (1) avant et après traitement thermique, Un dépôt électrolytique de nickel 5,7 a été réalisé à la surface du substrat organique 1 afin de faciliter l'observation des fissures 6. Sur la figure 2b, après traitement thermique, on constate l'apparition de fissures 6. On va maintenant décrire la figure 3 qui représente une vue de dessus de la surface d'un substrat, après traitement thermique. La surface la du substrat 1 présente un réseau régulier de fissures 10 dont la profondeur est comprise entre 20 et 100 im et dont l'espacement moyen est d'environ 250 llm. Ce réseau de fissures a permis l'ancrage du dépôt 8 d'acier inoxydable AISI 316 (norme américaine) représenté sur la figure 4. Ce dépôt a pénétré les fissures 9. Il est ancré dans le substrat 1. Le choix de la granulométrie des poudres projetées dépend des caractéristiques des fissures. Dans le cas du dépôt d'acier AISI 316, la granulométrie des poudres était de-106 + 45 eLm (selon la notation conventionnelle). Dans le cas des variantes de réalisation représentées sur les figures 2a, 2b, 3 et 4, le substrat 1 est un composite constitué d'une matrice en résine thermodurcissable chargée en billes de verre. (ce produit est commercialisé par la société Laser 3D sous le nom). Le substrat a été réalisé, de manière connue en soi, par stéréolithographie de résine MVA 200 et commercialisé par la société Laser 3I. L'apport thermique a été réalisé par flammage au moyen d'une torche de projection à plasma. II a été constaté que les paramètres suivants ont une influence sur la formation des fissures : température du substrat, nature du gaz du plasma, distance de traitement, durée du traitement, atmosphère. Lors de la réalisation des fissures représentées sur les figures 2b, 3 et 4 les conditions opératoires étaient les suivantes -température du substrat : 215 C -nature du gaz du plasma : argon + hyfrogène + hélium -distance de traitement : 150 mm -durée du traitement : 15 min -atmosphère : air Le traitement thermique par torche à plasma (quelques minutes) est adapté au cas des pièces massives et de forme simple. Des fissures, permettant un ancrage d'un dépôt d'acier AISI 316, ont également été obtenues en utilisant une étuve programmable. Les conditions opératoires étaient les suivantes : -vitesse de montée en température : 3 C/min -température : 175 C -temps de maintien : lh Le traitement thermique en étuve est lent (plusieurs heures), il est adapté au cas des pièces de formes complexes. Dispositif (29) pour préparer la surface (la) d'un substrat organique (1) destiné à recevoir un revtement (4,6,21a, 21b), notamment métallique ou céramique ; ledit dispositif comprenant -des moyens de fissuration (2) maîtrisée de la surface dudit substrat, de sorte que l'ancrage mécanique du revtement est favorisée. On va maintenant décrire la figure 5 qui représente une vue en coupe d'une variante de réalisation d'un dispositif 29 mettant en oeuvre un apport thermique par torche à plasma. La torche 32 est supportée par un bras articulé 31, à l'intérieur d'un enceinte 30 étanche munie d'un hublot 40. La torche, d'une puissance nominale de 55 kW est alimentée en énergie électrique par un câble d'alimentation 42 et en gaz (argon, hydrogène, hélium, azote) par une tubulure 41. Le débit de la torche 32 est d'environ 601/min. Le substrat organique est monté, en vis-à-vis de la torche, sur un support vertical 33 ou sur un support horizontal, notamment une table tournante 34. L'intérieur de l'enceinte étanche 30, à paroi refroidi par circulation d'eau 35, peut tre alimentée en gaz neutre tel que l'argon ou l'hélium. L'environnement immédiat 36 de la pièce à revtir peut tre refroidie par recirculation de l'atmosphère de l'enceinte ou pr apport de gaz (air, argon,...) éventuellement partiellement liquéfié. Un filtre 39 permet de filtrer les gaz contenus dans l'enceinte avant de les évacuer. Une pompe à vide 37 permet de faire le vide à l'intérieur de l'enceinte étanche 30. Des vannes permettent de contrôler l'entrée et la sortie des fluides ainsi que leur débit On va maintenant décrire les figures 6a à 6c qui représentent les étapes de réalisation d'un moule d'injection réalisé en appliquant le procédé selon l'invention. Pour réaliser le moule représenté sur la figure 6c, on réalise par stéréolithographie les contre-formes 20a et 20b en résine du moule (fig. 6a). On applique le traitement thermique selon l'invention aux contre-formes 20a et 20b de manière à fissurer leur surface. Puis, par projection par torche à plasma de poudre métallique, on recouvre les surfaces fissurées. On obtient ainsi deux coques matrices 21a et 21b (fig. 6b). Les coques 21a et 21b sont ensuite montées dans un caisson 25,24 rempli de résine 22. Une tuyère d'alimentation permet d'introduire la matière à mouler entre les deux coques 21a et 21b. Deux tubulures 26a et 26b ménagées à la partie inférieure assure un bon remplissage du moule. On obtient ainsi une pièce moulée 27. Revendications 1. Procédé de préparation de la surface d'un substrat organique (1,20a, 20b) destiné à recevoir un revtement (4), notamment métallique (8) ou céramique ; ledit procédé comprenant l'étape -de fissurer (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 6,9,10) de manière maîtrisée la surface (la) dudit substrat (1,20a, 20b), de sorte que l'ancrage mécanique du revtement (4,7,8,21a, 21b) est favorisé. 2. Procédé selon la revendication 1 tel que pour fissurer (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 6, 9,10) de manière maîtrisée la surface (la) dudit substrat (1) -on procède à un apport thermique (2,32) à la surface (la) dudit substrat (1,20a, 20b). 3. Procédé selon la revendication 2 tel que ledit apport thermique (2) est réalisé par l'un au moins des équipements (29) : -un four de traitement thermique, -une étuve programmable, -une torche de projection à plasma (29,32), -une flamme, -un laser. 4. Dispositif (29) pour préparer la surface (la) d'un substrat organique (1) destiné à recevoir un revtement (4,6,21a, 21b), notamment métallique ou céramique ; ledit dispositif comprenant -des moyens de fissuration (2) maîtrisée de la surface dudit substrat, de sorte que l'ancrage mécanique du revtement est favorisé. 5. Dispositif selon la revendication 4 tel que les moyens de fissuration maîtrisée comprennent -des moyens d'apport thermique (2,32) sur la surface (la) dudit substrat (1). 6. Dispositif selon la revendication 5 tel que ledit apport thermique est réalisé par l'un au moins des moyens de chauffage suivants : -un four de traitement thermique, -une étuve programmable, -une torche de projection à plasma (32), -une flamme, -un laser. 7. Substrat organique (1,20a, 20b) destine à recevoir un revtement (4,7,8,21a, 21b) notamment métallique (8) ou céramique ; ledit substrat (1) présentant des fissures (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 6,9,10) provoquées par le procédé ou le dispositif selon l'une quelconque des revendications là 6. 8. Substrat organique revtu d'un dépôt, notamment métallique ou céramique ; ledit dépôt étant ancré dans des fissures (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 6,9,10) de la surface (la) dudit substrat (1) provoquées par le procédé ou le dispositif selon l'une quelconque des revendications là 6.