Brevet FR2817491A1 — publié le 20020607

La présente invention concerne une machine de métallisation de pièces sous vide, ainsi qu'une utilisation de cette machine. L'invention vise plus particulièrement la métallisation de pièces, réalisée par l'intermédiaire d'une pulvérisation de plasma. Ce traitement est tout particulièrement indiqué dans des domaines de la construction mécanique, où s'exercent des contraintes importantes, tels que la construction navale ou aéronautique, ou bien encore les applications chimique et nucléaire. De façon classique, une machine de métallisation sous vide comprend une enceinte de métallisation, à laquelle sont associés des moyens de mise sous vide, ainsi que des moyens de génération d'un plasma, tels qu'une torche. Cette enceinte de métallisation est mise en communication avec une chambre de chargement, une vanne permettant d'isoler sélectivement cette chambre par rapport à cette enceinte. La chambre de chargement débouche par ailleurs, à l'opposé de l'enceinte, dans un conduit, dans lequel est reçu un arbre, constituant un support pour une pièce à traiter. En service, on isole tout d'abord la chambre par rapport à l'enceinte. Puis, on dispose la pièce à traiter sur son arbre support, et on met à nouveau en communication la chambre avec l'enceinte. On achemine alors l'arbre support vers l'enceinte de métallisation, de sorte que la pièce à traiter se trouve revêtue, par pulvérisation de plasma. Cet arbre support est mobile en translation, ainsi qu'en rotation. L'enceinte de métallisation, ainsi que la chambre de chargement qui lui est associée, doivent mises sous vide, de façon à éliminer l'oxygène avant d'introduire du gaz neutre permettant la formation du plasma. Il est donc nécessaire de prévoir des moyens d'étanchéité, permettant d'éviter l'arrivée d'air extérieur, en direction de la chambre de chargement, ainsi que de l'enceinte de métallisation. A cet effet, il est connu de disposer des joints à la périphérie extérieure de l'arbre support, au voisinage du débouché du couloir dans la chambre de charge- ment. Cette machine de métallisation connue présente cependant certains inconvénients. En effet, elle s'avère d'une fiabilité insuffisante, dans la mesure où elle nécessite des opérations d'entretien fréquentes et, de ce fait, particulièrement coûteuses. Par ailleurs, une telle machine n'autorise pas une qualité optimale de métallisation, notamment après un temps de mise en service important. Afin de pallier ces différents inconvénients, l'invention se propose de réaliser une machine de pulvérisation robuste et fiable, qui ne nécessite que peu d'interventions de maintenance et qui garantit une qualité de métallisation satisfaisante. A cet effet, l'invention a pour objet une machine de métallisation de pièces, par pulvérisation de plasma sous vide, comprenant une enceinte de métallisation, des moyens de mise sous vide de cette enceinte, des moyens de génération d'un plasma à l'intérieur de cette enceinte, au moins une chambre de chargement d'au moins une pièce, mise en communication avec l'enceinte, des moyens de transfert de ladite pièce qui sont reçus au moins partiellement dans un couloir en communication avec la chambre, ainsi que des moyens d'étanchéité, destinés à empêcher l'arrivée d'air ambiant en direction de la chambre, caractérisée en ce que les moyens de transfert comprennent un organe intermédiaire creux, reçu partiellement dans ledit couloir et mobile entre la chambre et l'enceinte, ainsi qu'un arbre support, qui est reçu dans cet organe creux et est apte à supporter la pièce, et en ce que les moyens d'étanchéité comprennent des premiers moyens d'étanchéité aptes à empêcher l'arrivée d'air ambiant en direction de la chambre, par un espace périphérique s'étendant entre le couloir et l'organe creux, ainsi que des seconds moyens d'étanchéité, aptes à empêcher l'arrivée d'air ambiant en direction de la chambre, par un espace intercalaire s'étendant entre l'organe creux et l'arbre support. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - les premiers moyens d'étanchéité comprennent un joint, placé au voisinage du débouché du couloir dans la chambre, ainsi qu'un autre joint, placé à distance de ce débouché, à l'opposé de cette chambre ; - le joint placé au voisinage du débouché du couloir est un joint racleur ; - les seconds moyens d'étanchéité comprennent un joint prévu au voisinage de l'extrémité du fourreau adjacente à la chambre, ainsi qu'un autre joint prévu à distance de cette extrémité, à l'opposé de cette chambre ; - le joint prévu au voisinage de ladite extrémité est un joint racleur ; - il est prévu des moyens permettant le déplacement de l'organe creux par rapport à la chambre ; - les moyens de déplacement comprennent deux tiges, ainsi que deux paliers, dont chacun est apte à coulisser par rapport à une tige correspondante, ces deux paliers étant solidarisés à deux extrémités opposées de l'organe creux ; il est prévu deux chambres de chargement, disposées de part et d'autre de l'enceinte de métallisation. L'invention a également pour objet une utilisation de la machine de métallisation telle que définie ci-dessus, dans laquelle on porte la teneur en oxygène de l'enceinte de métallisation au-dessous de 50 parties par million et la pression de cette enceinte à une valeur inférieure à 5 x 10-2 mbar. L'invention va être décrite ci-dessous, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels : les figures 1 et 2 sont des vues en coupe longitudinale partielle, illustrant une machine de métallisation conforme à l'invention, dans deux phases successives de son utilisation. La machine de métallisation, représentée sur les figures 1 et 2, comprend de façon connue une enceinte de métallisation 2. Cette dernière est équipée, de manière classique, d'une pompe à vide 4, ainsi que d'une torche 6 permettant la génération d'un plasma 8, visible sur la figure 2. Cette machine comprend également une chambre de chargement 10, qui est mise en communication de façon sélective avec l'enceinte 2, par l'intermédiaire d'une vanne 12. Cette chambre 10 débouche par ailleurs, à l'opposé de l'enceinte 2, dans un conduit 14, formant couloir. Ce dernier est coaxial à la chambre 10, en possédant une section transversale sensiblement inférieure à celle de cette dernière. Le couloir 14 reçoit un fourreau tubulaire 16, qui y est monté coaxial et présente une section transversale légèrement inférieure à celle de ce couloir. Les parois en regard du couloir 14 et du fourreau 16 délimitent un espace périphérique, sensiblement annulaire, qui est désigné dans son ensemble par la référence 17. Ce fourreau 16, qui est creux, reçoit lui-même un arbre 18, qui permet le support d'une pièce à traiter 20. On note 22 l'espace intercalaire s'étendant entre les parois en regard du fourreau 16 et de l'arbre 18. Le fourreau 16 est monté coulissant par rapport à la chambre 10, ainsi qu'au couloir 14. A cet effet, une première tige 24, supportant un palier 26 solidaire d'une première extrémité du fourreau, s'étend à l'intérieur de la chambre 10. Par ailleurs, une seconde tige 24', supportant un palier 26' solidaire d'une seconde extrémité du fourreau, est prévue à l'extérieur de la chambre, à l'opposé de l'enceinte 2. Les tiges 24, 24'sont sensiblement parallèles à l'axe principal de l'arbre 18 et du fourreau 16. En outre, l'arbre est monté de façon coulissante par rapport au fourreau 16, selon son axe principal. A cet effet, il est prévu des paliers 28,28', aux deux extrémités de cet arbre 18. La machine de métallisation est munie de moyens d'étanchéité, permettant d'isoler l'enceinte 2, la vanne 12 et la chambre 10, par rapport à l'extérieur. Il est tout d'abord prévu des moyens empêchant l'arrivée d'air ambiant par l'espace périphérique 17. Un joint racleur 30 est ainsi interposé entre les parois en regard du couloir 14 et de ce fourreau 16, à l'extrémité du couloir adjacente à la chambre 10. Par ailleurs, un joint 32, de type"LOFILM" est monté dans cet espace 17, à l'extrémité du couloir 14 opposée à la chambre 10. Il est également prévu des moyens d'étanchéité empêchant l'arrivée d'air ambiant dans la chambre 10, par l'espace intercalaire 22. A cet effet, un joint racleur 34, s'étendant entre la paroi intérieure du fourreau 16 et la surface extérieure de l'arbre 18, est prévu à l'extrémité de ce fourreau 16 adjacente à la chambre 10. Par ailleurs, un joint 36, de type"LOFILM"est placé dans cet espace intercalaire 22, à l'extrémité du fourreau 16 opposée à la chambre 10. L'utilisation de la machine de métallisation, décrite cidessus en référence aux figures 1 et 2, va maintenant être explicitée dans ce qui suit. Il s'agit tout d'abord de fermer la vanne 12, dans la position du fourreau 16 représentée à la figure 1, afin d'isoler la chambre 10 par rapport à l'enceinte 2. On dispose alors la pièce à traiter 20 sur l'extrémité de l'arbre support 18. Puis, on ouvre la vanne 12 et on déplace le fourreau 16, de manière à conférer à la machine l'agencement représenté à la figure 2. On établit alors le vide dans la vanne 12 et la chambre 10. Puis, on génère le plasma 8 au moyen de la torche 6, afin d'induire la métallisation de la pièce 20. Il est à noter que l'approche globale de la pièce 20, en direction de l'enceinte 2, est assurée uniquement par le fourreau 16. Un positionnement plus précis de la pièce 20 par rapport à la torche à plasma 6, à la fois en translation et en rotation, est ensuite permis par un déplacement de l'arbre 18 par rapport à son fourreau 16. En service, la teneur en oxygène, à l'intérieur de l'enceinte 2, est portée à une valeur inférieure à 50 parties par million (ppm), soit 50 millionièmes. Par ailleurs, la pression régnant dans cette enceinte 2 est inférieure à 5. 10-2 mbar. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté. En effet, il est envisageable de prévoir une chambre supplémentaire, analogue à celle 10, s'étendant à l'opposé de cette dernière par rapport à l'enceinte de métallisation 2. De la sorte, pendant qu'une première pièce est soumise à un revêtement par métallisation, une seconde pièce est susceptible d'être préparée et préchauffée dans la seconde chambre de chargement. Ceci permet de masquer les temps de préparation, ainsi que de refroidissement de ces pièces. L'invention permet de réaliser les objectifs précédemment mentionnés. En effet, la Demanderesse a constaté que les fréquentes opérations d'entretien, inhérentes à l'emploi des machines de l'art antérieur, étaient principalement dues au fait que l'arbre permettant le support de la pièce à traiter se trouve en porte-à-faux, par rapport au couloir qui la reçoit. Par ailleurs, dans l'art antérieur, le joint d'étanchéité s'étendant entre le couloir et l'arbre support est exposé, de façon significative, aux poussières issues de la métallisation, qui sont particulièrement abondantes et génèrent une abrasion importante. Cette usure prématurée de ces joints induit ainsi rapidement des fuites, ce qui provoque alors une admission d'oxygène dans la chambre de chargement et, de ce fait, dans l'enceinte de métallisation. Un tel phénomène de fuite est donc à l'origine d'une qualité médiocre de métallisation, et implique de procéder à des opérations de maintenance fréquentes. Conformément à l'invention, prévoir un organe tubulaire d'approche, recevant l'arbre support, est avantageux. En effet, ceci permet de réduire notablement le porte-à-faux auquel est soumis cet arbre support. Ainsi, l'approche globale, consistant à transférer la pièce de la chambre vers l'enceinte, est assurée par cet organe tubulaire. Par ailleurs, l'arbre support est mis en mouvement selon des débattements très réduits, uniquement aux fins de positionner de manière précise la pièce par rapport à la torche à plasma. De ce fait, les contraintes mécaniques auxquelles est soumis cet arbre support sont sensiblement réduites par rapport à l'art antérieur. En outre, les moyens d'étanchéité au vide sont séparés des fonctions paliers, et se trouvent disposés à distance de l'enceinte de métallisation. De la sorte, les moyens d'étan- chéri té correspondants sont soumis à l'action abrasive des poussières de métallisation, dans une mesure notablement réduite par rapport à l'art antérieur. Ceci confère à ces moyens d'étanchéité une longévité sensiblement augmentée, ce qui permet de réduire les opérations de maintenance et de garantir une qualité satisfaisante de métallisation, pendant une durée de service très importante. REVENDICATIONS 1. Machine de métallisation de pièces (20), par pulvéri- sation de plasma sous vide, comprenant une enceinte de métallisation (2), des moyens de mise sous vide (4) de cette enceinte, des moyens (6) de génération d'un plasma à l'intérieur de cette enceinte, au moins une chambre (10) de chargement d'au moins une pièce (20), mise en communication avec l'enceinte (2), des moyens (16, 18) de transfert de ladite pièce (20), qui sont reçus au moins partiellement dans un couloir (14) en communication avec la chambre (10), ainsi que des moyens d'étanchéité (30,32, 34,36), destinés à empêcher l'arrivée d'air ambiant en direction de la chambre (10), caractérisée en ce que les moyens de transfert comprennent un organe intermédiaire (16) creux, reçu partiellement dans ledit couloir (14) et mobile entre la chambre (10) et l'enceinte (2), ainsi qu'un arbre support (18), qui est reçu dans cet organe creux (16) et est apte à supporter la pièce (20), et en ce que les moyens d'étanchéité comprennent des premiers moyens d'étanchéité (30,32) aptes à empêcher l'arrivée d'air ambiant en direction de la chambre (10), par un espace périphérique (17) s'étendant entre le couloir (14) et l'organe creux (16), ainsi que des seconds moyens d'étanchéité (34,36), aptes à empêcher l'arrivée d'air ambiant en direction de la chambre (10), par un espace intercalaire (22) s'étendant entre l'organe creux (16) et l'arbre support (18). 2. Machine de métallisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premiers moyens d'étanchéité comprennent un joint (30), placé au voisinage du débouché du couloir (14) dans la chambre (10), ainsi qu'un autre joint (32), placé à distance de ce débouché, à l'opposé de cette chambre (10). 3. Machine de métallisation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le joint placé au voisinage du débouché du couloir (14) est un joint racleur (30). 4. Machine de métallisation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les seconds moyens d'étanchéité comprennent un joint (34) prévu au voisinage de l'extrémité du fourreau (16) adjacente à la chambre (10), ainsi qu'un autre joint (36) prévu à distance de cette extrémité, à l'opposé de cette chambre (10). 5. Machine de métallisation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le joint prévu au voisinage de ladite extrémité est un joint racleur (34). 6. Machine de métallisation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'il est prévu des moyens (24, 24', 26, 26') permettant le déplacement de l'organe creux (16) par rapport à la chambre (10). 7. Machine de métallisation selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de déplacement comprennent deux tiges (24,24'), ainsi que deux paliers (26, 26'), dont chacun est apte à coulisser par rapport à une tige correspondante, ces deux paliers étant solidarisés à deux extrémités opposées de l'organe creux (16). 8. Machine de métallisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il est prévu deux chambres de chargement (10), disposées de part et d'autre de l'enceinte de métallisation (2). 9. Utilisation de la machine de métallisation conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle on porte la teneur en oxygène de l'enceinte de métallisation au-dessous de 50 parties par million et la pression de cette enceinte à une valeur inférieure à 5 x 10-2 mbar.