Brevet FR2896807A1 — publié le 20070803

Structure multicouche mince, pièce la comprenant et son procédé de dépôt La présente invention concerne une structure multicouche mince, à faibles taux d'usure et coefficient de frottement, et résistante à la corrosion, une pièce comprenant ladite structure et son procédé de dépôt. Depuis une dizaine d'aimées, les films durs à faible usure, et plus généralement à faibles usure et coefficient de frottement, présentent un intérêt considérable dans de nombreux domaines d'application liés à la thermomécanique, tels qu'outils de coupe, pièces mécaniques, roulages et engrenages. Par exemple, il existe actuellement un intérêt grandissant pour l'élaboration de telles couches sur des alliages métalliques tels que les alliages de titane pour l'aéronautique ou l'aérospatiale. Les couches minces sont généralement élaborées par dépôt physique en phase vapeur (Physical Vapor Deposition ou PVD). En particulier, lorsque les couches minces sont destinées à être soumises à une usure par frottement, elles peuvent être à base de nitrure et/ou de carbure, par exemple, TiN, TiCN, TiCrN, CrC ou TiAlN, et sont élaborées par PVD sur un substrat à base de titane, ou elles peuvent être de type carbone adamantin (ou Diamond-like carbon (DLC)), c'est-à-dire de type carbone amorphe hydrogéné ou non, élaborées par dépôt chimique en phase vapeur, à assistance plasma (Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition ou PACVD). Le terme DLC recouvre une large variété de matériaux faiblement ou fortement hydrogénés. Ils sont couramment utilisés dans des applications nécessitant une forte dureté et un module d'élasticité élevé, par exemple, de 15-30 GPa et de 200-280 GPa respectivement, ce qui leur confère, en conditions d'usage, de faibles coefficients de frottement ( ) et des taux d'usures limités de l'ordre de 10-6-10"7 mm3.N.m 1. Le coefficient de frottement est inférieur à 0,2 notamment face aux aciers, aux alliages d'aluminium et aux alliages de titane. Pour ces deux derniers alliages, un niveau de frottement aussi bas est exceptionnel. La demande de ce type de revêtement de la part de l'industrie mécanique est donc de plus en plus élevée car une des propriétés principales des revêtements type DLC est la résistance à l'usure par abrasion qui est beaucoup plus forte que pour les matériaux de type nitrure de dureté équivalente, du fait de leur forte élasticité. Cependant, ils présentent l'inconvénient d'avoir une tenue en corrosion limitée (i) en voie sèche, les DLC s'oxydent à partir de 400 C, entraînant une dégradation au-delà de 400 C environ (graphitisation), et (ii) en voie humide, les défauts de croissance induisent une corrosion par piqûre. De plus, les DLC sont très contraints ce qui nécessite des sous-couches complexes d'adaptation des profils de contraintes ou de module d'élasticité entre la pièce revêtue et la couche supérieure. La présence de ces sous-couches ou couches d'accommodation présentant différentes épaisseurs allant jusqu'à quelques micromètres, rend difficile la prévision des propriétés mécaniques liées à l'adhérence des films sur les substrats, de la tenue mécanique sous charges, de l'interaction physico-chimique des différents matériaux superposés et de la tenue thermique de l'ensemble. Ces systèmes multicouches induisent un degré de difficulté supplémentaire quant à l'optimisation du comportement du revêtement vis-à-vis de la fonction recherchée. La demande de brevet FR 2 736 361 décrit une couche mince contenant à la fois du carbone, du silicium et de l'hydrogène, ce dernier étant présent en une proportion inférieure à 30 % en atomes, et le rapport C/Si étant compris entre environ 1,4 et environ 3,3. Cette couche est élaborée par PACVD et présente un faible coefficient de frottement. Toutefois, les revêtements de l'art antérieur ne répondent pas de manière satisfaisante aux exigences industrielles des revêtements à vocation tribologique (limitant l'usure et le frottement exposés dans l'état de l'art) sur substrats métalliques. Il existe donc un besoin pour un revêtement présentant à la fois : des propriétés tribologiques telles que faibles taux d'usure et coefficient de frottement à sec (c'est-à-dire sans apport de lubrifiant par ailleurs), vis-à-vis de surfaces métalliques sous une atmosphère corrosive et/ou à haute température, des propriétés d'adhérence telles qu'une forte tenue mécanique du dépôt sur des substrats métalliques, et une forte tenue des dépôts à haute température, par exemple supérieure à 400 C, sans modifier les propriétés tribologiques et l'adhérence des revêtements sur leur substrat. Le demandeur a trouvé de manière surprenante qu'une structure multicouche particulière permettait d'obtenir une telle association de propriétés en associant plusieurs couches à base de silicium, de carbone et d'hydrogène, d'épaisseur allant de 5 nm à 5 m, et de propriétés tribologiques différentes, au moins deux couches formant une période, chaque période se répétant n fois avec n allant de 1 à 1000. L'invention a donc pour objet une structure multicouche mince, à faibles taux d'usure et coefficient de frottement, et résistante à la corrosion, qui comprend : • de 1 à 1000 périodes, de préférence de 1 à 500 périodes, une période comprenant de 2 à 100 couches à base de carbone, de silicium et d'hydrogène, de préférence de 2 à 10 couches, et • éventuellement une couche fonctionnelle de surface. Par faible coefficient de frottement , on entend au sens de la présente invention un coefficient de frottement inférieur à 0,2, par exemple, - dans les conditions d'essais tribologiques effectués à l'aide d'un tribomètre rotatif, sous une charge normale appliquée de 3 N, pour une distance parcourue de 100 m, une vitesse de déplacement de 0,02 m.s-I, à sec c'est-à-dire sans apport de lubrifiant par ailleurs, sous atmosphère ambiante de laboratoire à 25 C, et avec un antagoniste métallique qui est une bille en acier 10006 de 6 mm de diamètre, et dans des conditions de test de frottement alternatif, selon un mouvement d'aller-retour, sous une charge normale appliquée de 3 N, pour une distance parcourue de 20m, une vitesse de déplacement de 0,00017 m.s-1, à sec c'est-à-dire sans apport de lubrifiant par ailleurs, sous atmosphère ambiante de laboratoire à 25 C, et avec un antagoniste métallique qui est une bille en acier 10006 de 6 mm de diamètre. Un faible coefficient de frottement permet d'envisager une utilisation de ladite structure dans de nombreux domaines industriels, dès lors que des pièces en contact sont appelées à se déplacer l'une par rapport à l'autre soit en continu, soit par intermittence. Par faible taux d'usure , on entend au sens de la présente invention un taux d'usure inférieur à 10-5 mm3.N.m 1 mesuré dans les conditions d'essais tribologiques précédemment décrits, par profilométrie des traces d'usure après frottement des couches. Par résistance à la corrosion , on entend au sens de la présente invention un potentiel de dissolution qui atteint le potentiel de dissolution du substrat au bout de 100 heures, mesuré par voie électrochimique dans une solution aqueuse de NaCl à 5%, pH=5,5, à une température de 25 C, avec une électrode de référence au calomel saturé. La structure multicouche présente de préférence une épaisseur totale inférieure ou égale à 10 m, de préférence de 1 à 6 m. Chaque couche dans la période est constituée de carbone, de silicium, et d'hydrogène, le rapport atomique Si/C allant notamment de 0,3 à 1,5. La proportion d'hydrogène varie de préférence de 10 à 30 % en atomes. L'épaisseur de chaque couche dans la période est de préférence comprise dans l'intervalle allant de 5 nm à 5 m, mieux encore de 10 nm à 1 m et encore plus préférentiellement de 10 nm à 500 nm. Chaque couche présente, indépendamment les unes des autres dans une période, des propriétés mécaniques spécifiques, identiques ou différentes, telles qu'une dureté de 1 à 100 GPa, de préférence de 5 à 80 GPa, et un module d'élasticité d'Young de 10 à 600 GPa, de préférence de 80 à 400 GPa. Ces propriétés physiques sont mesurées à l'aide de la technique de la nano-indentation, avec un indenteur de type "Berkovich" et sous des charges comprises entre 0,5 mN et 200 mN, permettant d'atteindre des profondeurs de pénétration de 10 nm à 1,5 m. Les propriétés d'adhérence sont mesurées par le test de tenue à la rayure. Les conditions d'essais sont les suivantes : une pointe en diamant de type Rockwell de géométrie sphérique et de rayon 200 m, est appliquée sur la surface de la couche mince avec une charge normale progressive variant de 0 à 30 N, à vitesse constante de 5mm/min sur une distance de 5 mm. Une bonne adhérence correspond à une charge critique (LC2) supérieure à 15 N, de préférence supérieure à 20 N. Par couche fonctionnelle , on entend au sens de la présente invention une couche présentant des propriétés remarquables de tenue à la corrosion, de résistance aux rayures ou de propriétés tribologiques comme, par exemple, un faible coefficient de frottement ou un faible taux d'usure. L'éventuelle couche fonctionnelle de surface permet de conférer des propriétés différentes de celles des couches des périodes situées enûdessous d'elle. Elle comprend essentiellement du carbone, c'est-à-dire de 30 % à 100 % en atomes, de préférence de 40 à 90 % en atomes de carbone. Elle peut comprendre en outre des éléments additionnels tels que du silicium, de l'hydrogène, du soufre, du fluor, du titane ou du tungstène, ces éléments additionnels étant présents de préférence en une proportion de 0 à 70 % en atomes, mieux encore de 10 à 60 % en atomes. L'épaisseur de cette dernière couche n'excède pas de préférence 311m, et est comprise plus particulièrement dans l'intervalle allant de 1 nm à 2 m. Cette couche fonctionnelle de surface présente également des propriétés mécaniques telles qu'une dureté de 1 à 100 GPa, de préférence de 5 à 80 GPa, et un module d'Young de 10 à 600 GPa, de préférence de 80 à 400 GPa. L'invention a encore pour objet une pièce à faibles taux d'usure et coefficient de frottement, et résistante à la corrosion, comprenant : un substrat métallique en un matériau qui n'est pas altéré lorsqu'il est chauffé à une température inférieure à 600 C, de préférence comprise dans l'intervalle allant de 200 à 600 C, une couche d'accroche et un revêtement de surface recouvrant ladite couche d'accroche, le revêtement de surface étant une structure multicouche mince selon l'invention telle que définie ci-dessus. Le substrat métallique est de préférence en titane ou en un de ses alliages tels que TA6V ou Ti l 0.2.3, en acier rapide tels que les aciers HS18-0-1 et HS6-5-2-5, en acier inox ou en carbure tel que WC + Co K10 et WC + TiC + Ta (Nb) C + Co P 10 K10. La couche d'accroche interposée entre le substrat et le revêtement de surface, est nitrurée, carburée, carbonitrurée ou siliciurée, de préférence nitrurée. A titre d'exemple de nitrure, on peut notamment citer le nitrure de titane lorsque le substrat est à base de titane. Ladite couche d'accroche peut être élaborée à partir d'un mélange argon/hydrogène/azote qui permet également de fonctionnaliser la surface du substrat métallique pour favoriser notamment l'adhérence de la structure multicouche sur le substrat, tout en limitant la déformation lorsqu'il est soumis à une charge. La concentration d'azote de surface est de préférence comprise dans l'intervalle allant de 20 % en atomes à 80% en atomes. L'épaisseur de la couche d'accroche est de préférence comprise dans l'intervalle allant de 0,1 m à 100 m, mieux encore de 0,2 m à 10 m. Cette pièce présente l'avantage d'associer les propriétés suivantes : les revêtements possèdent de bonnes propriétés tribologiques avec de faibles taux d'usure et coefficient de frottement à sec, c'est-à-dire sans lubrifiant, vis-à-vis de surfaces métalliques sous une atmosphère ambiante et/ou corrosive et/ou à haute température, les revêtements possèdent une bonne tenue à la température sans modification de leurs propriétés d'adhérence et tribologiques, par exemple faibles taux d'usure et coefficient de frottement, en particulier jusqu'à 550 C, et sont résistants à la corrosion, l'architecture complexe constituée de multicouches permet d'augmenter le comportement mécanique de résistance à la fissuration du système, et l'éventuelle couche d'accroche essentiellement constituée d'azote et d'hydrogène permet en outre de fonctionnaliser la surface du substrat métallique en limitant sa déformation lorsqu'il est soumis à une charge. L'invention concerne également un procédé de dépôt d'un revêtement de surface sous la forme d'une structure multicouche à faibles taux d'usure et coefficient de frottement, et résistante à la corrosion, sur un substrat métallique en un matériau qui n'est pas altéré lorsqu'il est chauffé à une température inférieure à 600 C, par dépôt chimique en phase vapeur, activé par un plasma micro-ondes et/ou par un plasma basse fréquence, comprenant les étapes successives suivantes : i) mise en place du substrat sur un support, dans une enceinte comportant une zone d'introduction et d'extraction (appelé sas) et une zone active apte à contenir un plasma de densité maximale, cette étape de mise en place étant suivie des étapes de traitement de surface suivantes : ii) établissement d'un vide primaire à l'intérieur de l'enceinte, puis d'un vide secondaire ; iii) décapage du substrat dans la zone active par injection d'un gaz de décapage sous vide primaire, établissement d'un plasma de ce gaz dans une zone de décharge (comprise dans la zone active), et par chauffage séparé du substrat à une température régulée comprise entre 200 C et 600 C ; iv) réalisation d'une couche d'accroche telle que décrite ci-dessus, par injection d'un gaz de prétraitement dans la zone active de l'enceinte, de façon à substituer au plasma du gaz de décapage, un plasma de gaz de prétraitement, tout en maintenant le chauffage du substrat à la température dite régulée, v) réalisation de la structure multicouche telle que décrite ci-dessus, dans la zone active, par injection d'un gaz réactif, ce gaz réactif comprenant un composé unique à environnement tétraédrique du silicium ou un mélange contenant du silicium, de façon à substituer au plasma du gaz de prétraitement, un gaz réactif, tout en maintenant le chauffage du substrat à ladite température régulée ; les différentes couches étant obtenues par modification de la puissance du générateur micro-ondes et/ou de la fréquence et/ou de la tension du générateur basse fréquence ; vi) dépôt éventuel de la couche fonctionnelle de surface dans la zone active, par injection d'un autre gaz réactif, de façon à substituer au plasma du gaz de la réalisation de la structure multicouche, un plasma du gaz réactif, tout en maintenant le chauffage à la température dite régulée ; et vii) interruption de l'injection du gaz réactif de l'étape v) ou vi) et refroidissement du substrat, après une durée d'injection prédéterminée correspondant à une épaisseur désirée de la couche fonctionnelle de surface, le vide primaire établi à l'intérieur de l'enceinte correspondant à une pression de 0,13 à 133,3 Pa (10-3 à 1 torr), de préférence de 0,13 à 66,7 Pa (10-3 à 0,5 torr), et mieux encore de 0,13 à 13,3 Pa (10"3 à 10-1 torr). Le vide secondaire peut être de l'ordre de 6,5.10-2 mPa (6,5.10-7 mbar) et permet de purifier l'atmosphère régnant dans la zone. Le gaz injecté dans la zone active peut notamment être excité à partir d'une décharge provenant d'une source micro-ondes reliée à un générateur micro-ondes qui travaille à une fréquence de 2,45 GHz ou de 915 MHz, et dont la puissance est réglée entre 0 W et 1500 W, et/ou provenant d'un générateur basse fréquence dont la fréquence va de 50 à 460 kHz et la tension va de 0 à 300 V, et dont la densité de puissance surfacique est de l'ordre de 10 W/cm2, pour obtenir un plasma de gaz. La modification de la puissance du générateur micro-ondes et/ou notamment de la tension du générateur basse fréquence permettent d'obtenir des couches à base de C, Si et H à partir d'un même gaz réactif, présentant des propriétés tribologiques différentes. Le gaz de décapage utilisé dans l'étape iii) est avantageusement de l'argon, auquel peut être adjoint de l'hydrogène, et son débit d'injection lors du décapage du substrat est compris de préférence entre 0,1 Nl/h (Normolitre/h) et 10 Nl/h. 8 Le gaz de prétraitement utilisé dans l'étape iv) contient l'élément azote et/ou l'élément carbone et/ou l'élément hydrogène et/ou l'élément silicium. A titre d'exemple de tels éléments, on peut notamment citer l'azote, le méthane, l'éthane, l'acétylène, l'éthylène, l'hydrogène, le silane et le disilane et leurs mélanges. Dans une mise en oeuvre préférentielle du procédé, le gaz de prétraitement comprend au plus environ 20 % d'azote et/ou de méthane et/ou silane et/ou hydrogène, mélangé à de l'argon. Il est important d'observer que le décapage et la couche d'accroche peuvent être réalisés dans l'enceinte servant au dépôt du revêtement, pratiquement sans interruption. Le gaz réactif utilisé dans l'étape v) comprend avantageusement du tétraméthylsilane (TMS) ou du tétraéthylsilane (TES) seul ou en mélange, ou encore un mélange de précurseurs d'hydrocarbures tels que méthane, éthane, acétylène, éthylène, et/ou de composés siliciés tels que silane et disilane. Le gaz réactif de cette étape v) peut contenir en outre de l'argon et/ou de l'hydrogène. Son débit d'injection est inférieur, de préférence, à 2 Nl/h. On décrira à présent, à titre d'exemple non limitatif, des formes de mise en oeuvre préférentielles de l'invention, en se référant à l'exemple et aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation de pièce comprenant une structure multicouche selon l'invention. la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif, de type réacteur de dépôt PACVD, permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Sur la Figure 1, est représenté un premier mode de réalisation de pièce selon l'invention comprenant : un substrat métallique S, une couche d'accroche DL présentant une épaisseur eDL, un nombre n de période, chaque période comprenant deux couches individuelles A et B d'épaisseur respective eA et eB, l'épaisseur d'une période A étant ainsi égale à la somme des épaisseurs individuelles eA et eB : A=eA+eB, et l'épaisseur de la multicouche eML étant égale à n*A, et une couche fonctionnelle de surface FL d'épaisseur eFL, constituée d'un carbure hydrogéné, ledit carbure répondant par exemple à la formule XC, X désignant un élément d'addition tel que S, Si, W, Ti ou F. Le substrat peut être constitué d'un alliage de titane tel que l'alliage de titane TA6V. La couche intermédiaire DL est par exemple obtenue par nitruration de la surface du substrat S. Les couches individuelles A et B sont constituées de préférence de carbure de silicium amorphe hydrogéné, le carbure de silicium amorphe hydrogéné de la couche A présentant une dureté inférieure à celle du carbure de silicium amorphe hydrogéné de la couche B. A titre d'exemple, la couche fonctionnelle de surface est constituée d'un carbure de silicium hydrogéné amorphe. La Figure 2 représente un dispositif permettant d'obtenir une pièce selon l'invention, telle que celle représentée notamment sur la Fig. 1. Le dispositif comprend un réacteur 1 tubulaire, d'axe sensiblement vertical. Un tel réacteur est particulièrement adapté à la fabrication de pièces de petites tailles. Pour des pièces plus volumineuses, le réacteur 1 peut prendre une géométrie différente. Le réacteur 1 se compose de deux parties essentielles, le sas de chargement des échantillons 2 et l'enceinte de traitement 3. Ils sont séparés l'un de l'autre par une vanne pneumatique tiroir 4, permettant l'isolation de l'enceinte 3 lors de la mise à l'atmosphère du sas de chargement 2 pour un nouveau chargement d'échantillons. Le sas de chargement 2 permet l'introduction et l'extraction des échantillons. Un guide d'onde horizontal 5, par exemple sous la forme d'un tube de silice, traverse l'enceinte de traitement 3, au niveau d'une zone 6 de création de la décharge micro-onde à 2,45GHz. Ce guide d'onde 5 est relié à l'une de ses extrémités, à un générateur de micro-ondes MW à puissance variable allant de 0 à 1500W. Le guide d'ondes 5 permet d'acheminer dans la zone de traitement 3, sous forme d'ondes de surface, l'énergie nécessaire à la création et à l'entretien d'une décharge stable dans l'enceinte de traitement 3. Cette décharge stable s'étend de part et d'autre de la zone 6 de création de la décharge micro-onde sur une hauteur qui dépend d'un certain nombre de paramètres tels que la puissance du générateur micro-ondes MW, la pression régnant dans l'enceinte de traitement, le débit de gaz injecté, etc.. Une décharge peut également provenir du générateur basse fréquence BF relié à une canne de transfert 7. Ce générateur BF permet d'appliquer une gamme de fréquence de 50 à 460 KHz et une tension de 0 à 300 V, ce qui conduit à l'obtention d'un plasma présentant d'autres propriétés. Cette décharge parvient également dans la zone 6 de création de la décharge micro-onde. Cette ou ces décharges stables permettent l'entretien des plasma gazeux dont l'étendue est représentée sur la Fig. 2 par une zone grisée. Le réacteur 1 est équipé d'un système de pompage double (non représenté sur la Figure 2) afin de régler la pression dedans. Ce dernier est constitué par un groupe de pompage à deux étages dont le débit est de l'ordre de 240 m3/h, permettant de travailler sous flux en vide primaire lors du dépôt ou de pré-vider le réacteur avant le passage en vide secondaire, et un groupe turbo-moléculaire hybride (250 1/s) (non représenté sur la Figure 2) qui assure un vide secondaire limite d'environ 6,5.10-2 mPa (6,5.10-7 mbar) afin de limiter la contamination du réacteur. Il permet aussi de travailler sous faible flux de gaz pour des pressions inférieures à 10 Pa (0,1 mbar). Ces deux groupes sont raccordés à la fois au sas de chargement 2 et à l'enceinte de traitement 3 par l'intermédiaire de vannes électropneumatiques (non représentées sur la Figure 2). Ces raccordements sont identifiés par les flèches P. La pression totale dans le réacteur, est régulée lors du dépôt par une vanne de laminage couplée à une jauge à capacitance. L'ensemble du dispositif est traversé par la canne de transfert 7 motorisée permettant ainsi de faire varier la distance d entre le tube d'injection de précurseur 8 et le porte-substrat 9. Le choix de la distance d permet de définir le temps de séjour des espèces incidentes au substrat. Ce dernier peut être chauffé indépendamment jusqu'à 600 C et est connecté, via une boîte d'accord, au générateur basse fréquence BF par un couplage capacitif. En plus des différents composants qui viennent d'être décrits, le dispositif illustré sur la figure 2 comprend des moyens permettant d'injecter dans le réacteur 1 différents gaz nécessaires à la mise en oeuvre du procédé et notamment à la formation de la structure multicouche mince désirée sur le substrat S. 11 Dans la forme de réalisation représentée, ces moyens d'injection de gaz comprennent principalement un tube d'injection 8 qui traverse le fond du réacteur 1 et chemine selon l'axe vertical de ce dernier pour déboucher dans une deuxième région de l'enceinte de traitement 3 située entre le substrat S et la zone 6 de création de la décharge micro-onde, _ou dans une partie limitrophe de la zone 6 tournée vers le substrat S. A l'extérieur du réacteur 1, le tube 8 est raccordé sur un système de débitmétrie 10 permettant de régler à volonté le débit des gaz injectés. Ce système de débitmétrie 10 est lui-même relié à un tube d'alimentation en gaz de décapage 11, à un tube d'alimentation en gaz de prétraitement 12 et à un tube d'alimentation en gaz réactif ou précurseur 13. Le système de débitmétrie 10 peut être doté dans un mode de réalisation alternatif de 6 lignes de gaz indépendantes. Le gaz de décapage alimenté par le tube 1l est avantageusement de l'argon et le gaz de prétraitement alimenté par le tube 12 peut être notamment de l'hydrogène ou de l'azote. Le gaz réactif ou précurseur alimenté par le tube d'alimentation 13 est un composé unique organosilicié à environnement tétraédrique du silicium. Ce composé est de préférence du tétraméthylsilane Si(CH3)4 (habituellement désigné par l'abréviation "TMS") On peut également aussi utiliser du tétraétylsilane Si(C2H5)4 (habituellement désigné par l'abréviation "TES") ou tout dérivé du TMS ou du TES obtenu respectivement par substitution d'un ou deux groupements éthyle ou méthyle notamment par l'hydrogène ou par le chlore. Il est à noter que le tube d'injection 8 peut être remplacé par tout autre moyen d'injection tel qu'un système en forme d'anneau ou de grille comportant plusieurs buses d'injection, notamment dans le cas où le substrat à revêtir est de relativement grande taille. Cet autre moyen d'injection reste cependant placé dans la deuxième région de l'enceinte de traitement 3 définie précédemment et ne doit pas occulter la décharge dans laquelle est placé le substrat S. Par ailleurs, lorsque le substrat à revêtir est de relativement grande taille, il peut aussi être nécessaire de prévoir un déplacement relatif entre le système d'injection du gaz réactif tel que le tube d'injection 8 et le porte-substrat 9. A cet effet, le mécanisme supportant le porte-substrat 9 peut prendre une forme plus complexe que celle qui est illustrée schématiquement sur la figure 2 et incorporer, par exemple, au moins un moteur assurant un déplacement du porte-substrat 9 en translation et/ou en rotation. De tels agencements sont bien connus des spécialistes et ne seront donc pas décrits plus en détail. Dès que le(s) substrat(s) S sont positionnés sur le portesubstrat 9 dans le réacteur 1, le vide est réalisé à l'aide du groupe de pompage à deux étages pour le 5 vide primaire, puis grâce au second groupe pour le vide secondaire. Après mise en place des échantillons, une procédure de dépôt décrite dans le tableau 1 ci-dessous est appliquée. Tableau 1 ETAPES CONDITIONS OPERATOIRES Décapage - Régler la pression de travail - Injecter les gaz de décapage - Allumer les générateurs micro-ondes et basse fréquence - Chauffage du substrat activé Préparation couche - Régler gaz de réalisation de la couche intermédiaire : intermédiaire nitruration Nitruration - Couper les gaz de décapage -Injecter les gaz de nitruration - Appliquer la polarisation de nitruration Préparation dépôt - Régler gaz de réalisation des dépôts multicouche multicouche Dépôt de multicouches lère couche de la période n=1 périodiques : n=10 - Appliquer puissance et polarisation dépôt 1 périodes - Injecter gaz de dépôt 1 2'' couche de la période n=1 Appliquer puissance et polarisation dépôt 2 - Injecter gaz de dépôt 2 1"e couche de la période n=2 - Appliquer puissance et polarisation dépôt 1 Injecter gaz de dépôt 1 2'' couche de la période n=2 - Appliquer puissance et polarisation dépôt 2 - Injecter gaz de dépôt 2 lèse couche de la période n=10 - Appliquer puissance et polarisation dépôt 1 - Injecter gaz de dépôt 1 2'1' couche de la période n=10 - Appliquer puissance et polarisation dépôt 2 - Injecter gaz de dépôt 2 Préparation dépôt de la Régler gaz de réalisation du dépôt de surface couche de surface Dépôt dela couche de -Appliquer puissance et polarisation dépôt de surface surface fonctionnel -Injecter les gaz Phase de refroidissement - Arrêt générateur micro-ondes et basse fréquence - Arrêt de l'injection des gaz - Arrêt du chauffage du substrat Exemple On a mis en oeuvre le dispositif décrit ci-dessus au moyen de la Fig. 2, pour fabriquer une pièce comprenant une structure multicouche selon l'invention. Pour ce faire, on a appliqué la procédure de dépôt telle que définie dans le tableau 1 ci-dessus pour traiter la surface d'un substrat en alliage de titane TA6V. Les conditions particulières de température, de pression, de débit gazeux et tension utilisées sont regroupées dans le tableau 2 ci-dessous. Tableau 2 Etape Conditions opératoires But Décapage P=0,1 Torr o Régler pression de travail Débit(Ar)1 =7% Allumer plasma Ar Vdc=-100 V Polarisation Puissance=500W Chauffage 540 C Atteindre T=540 C Débit(Ar)2=7,3% Préparation des débits de Débit(N2)=11% nitruration vers ROOTS Couper Vdc Arrêt polarisation Nitruration Puissance =500W Injecter mélange Ar+N2 Purge des gaz Fermeture de l'arrivée Purger N2 de l'enceinte et préparer nitrurant et de N2 o débits de la phase de dépôt préparation Débit(TMS)ûo35 /o Préparation polarisation durant le ligne pour Débit(Ar)2=1 /o dépôt dépôt Puissance =700W Atteindre puissance de dépôt Dépôt Générateur BF éteint Injecter les gaz pour dépôt dans multicouche + P=700W l'enceinte couche Couche non polarisée fonctionnelle Générateur BF Couche polarisée allumé Vdc= -100V P=700W Générateur BF Couche non polarisée éteint P=700W Refroidisse- Débit(Ar)1 Eteindre plasma ment Couper gaz Couper chauffage Refroidissement sous argon On a obtenu une pièce comprenant : un substrat en alliage de titane TA6V décapé par plasma, une couche d'accroche de nitrure, une multicouche complexe selon l'invention comprenant 10 périodes, chaque période comprenant 2 couches de 140 nm chacune, et une couche fonctionnelle de surface. 16 La pièce obtenue peut être représentée par le schéma de la Fig. 1, dans lequel : l'épaisseur de la couche d'accroche est eDL=700 nm, les épaisseurs des couches individuelles de la multicouche sont eA=140 nm et eB=140 nm l'épaisseur de la période est A=eA+eB=140 + 140=280 nm, le nombre de périodes est n=10, ce qui conduit à une épaisseur totale de la multicouche emL=n* A=10* 280=2800 nm, et l'épaisseur de la couche fonctionnelle de surface à base carbone est eFL=200 nm. La composition et les propriétés des différentes couches de la pièce, sont décrites dans les tableaux 3 et 4 ci-dessous. Tableau 3 Composition en Composition Epaisseur Dureté Module atomes atomique (nm) (GPa) d'Young d'hydrogène (GPa) Couche Azote - N=54% 700 19,1 211 d'accroche atomique (DL) 1"e couche Carbone, 20 Si/C=0,59 140 20,4 141 de la période Silicium, a-SiC:H mou Hydrogène 2éme couche Carbone, 20 Si/C=0,59 140 24,1 153 (B) de la Silicium, période Hydrogène a-SiC:H dur Couche de Carbone, 20 Si/C=0,60 200 20,4 141 surface (FL) Silicium, Hydrogène On a mesuré ensuite les propriétés mécaniques de l'échantillon obtenu ci-20 dessus, telles que taux d'usure et coefficient de frottement, ainsi que la résistance à la corrosion et l'adhérence. Les résultats sont regroupés dans le tableau 4 ci-dessous. Tableau 4 : propriétés de la structure multicouche Caractérisations Tests Résultats Mécanique Frottement rotatif Frottement = REVENDICATIONS 1. Structure multicouche mince à faibles taux d'usure et coefficient de frottement, et résistante à la corrosion, caractérisée en ce qu'elle comprend : • de 1 à 1000 périodes, de préférence de 1 à 500 périodes, une période comprenant de 2 à 100 couches (A, B) à base de carbone, de silicium et d'hydrogène, de préférence de 2 à 10 couches, et • éventuellement une couche fonctionnelle de surface (FL). 2. Structure multicouche mince selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente une épaisseur totale inférieure ou égale à 10 m. 3. Structure multicouche mince selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle présente une épaisseur totale allant de 1 à 6 m. 4. Structure multicouche mince selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque couche (A, B) dans la période est constituée de carbone, de silicium, et d'hydrogène, le rapport atomique Si/C allant de 0,3 à 1,5 et comprend de 10 à 30 % en atomes d'hydrogène. 5. Structure multicouche mince selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'épaisseur de chaque couche (eA, eB) varie de 5 nm à 5 m. 25 6. Structure multicouche mince selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que chaque couche (A, B) dans la période présente indépendamment les unes des autres dans une période, une dureté de 1 à 100 GPa et un module d'Young de 10 à 600 GPa. 30 7. Structure multicouche mince selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche fonctionnelle de surface (FL) comprend essentiellement du carbone. 20 19 8. Structure multicouche mince selon la revendication 7, caractérisée en ce que la couche fonctionnelle de surface (FL) comprend de 30 à 100 % en atomes de carbone. 9. Structure multicouche mince selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que la couche fonctionnelle de surface (FL) comprend des éléments additionnels choisis parmi le silicium, l'hydrogène, le soufre, le fluor, le titane et le tungstène, en des proportions allant de 0 à 70 % en atomes. 10. Structure multicouche mince selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche fonctionnelle de surface (en) est inférieure ou égale à 3 m. 11. Structure multicouche mince selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche fonctionnelle de surface (eFL) est comprise dans l'intervalle allant de 1 nm à 2 m. 12. Pièce à faibles taux d'usure et coefficient de frottement, et résistante à la corrosion, caractérisée en ce qu'elle comprend : un substrat métallique en un matériau qui n'est pas altéré lorsqu'il est chauffé à une température allant jusqu'à 600 C, une couche d'accroche interposée entre le substrat et le revêtement de surface, et un revêtement de surface recouvrant la couche d'accroche, le revêtement de surface étant une structure multicouche mince selon l'une quelconque des revendications 1 à 11. 13. Pièce selon la revendication 12, caractérisée en ce que le substrat métallique est en titane ou en un de ses alliages, acier rapide, acier inox ou carbure. 14. Pièce selon la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce que la couche d'accroche est nitrurée, carburée, carbonitrurée ou siliciurée. 25 30 20 15. Pièce selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisée en ce que la couche d'accroche présente une épaisseur de 0,1 à 100 m. 16. Procédé de dépôt d'un revêtement de surface, sous la forme d'une structure multicouche mince, à faibles taux d'usure et coefficient de frottement, et résistante à la corrosion, sur un substrat métallique en un matériau qui n'est pas altéré lorsqu'il est chauffé à une température inférieure à 600 C, par dépôt chimique en phase vapeur, activé par un plasma micro-ondes et/ou par un plasma basse fréquence, comprenant les étapes successives suivantes : i) mise en place du substrat sur un support, dans une enceinte comportant une zone d'introduction et d'extraction et une zone active apte à contenir un plasma de densité maximale, cette étape de mise en place étant suivie des étapes de traitement de surface suivantes : ii) établissement d'un vide primaire à l'intérieur de l'enceinte, puis d'un vide secondaire ; iii) décapage du substrat dans la zone active, par injection d'un gaz de décapage sous vide primaire, établissement d'un plasma de ce gaz dans une zone de décharge, et par chauffage séparé du substrat à une température régulée comprise entre 200 C et 600 C; iv) réalisation d'une couche d'accroche par injection d'un gaz de prétraitement dans la zone active de l'enceinte, de façon à substituer au plasma du gaz de décapage, un plasma de gaz de prétraitement, tout en maintenant le chauffage du substrat à la température dite régulée, v) réalisation de la structure multicouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans la zone active, par injection d'un gaz réactif, ce gaz réactif comprenant un composé unique à environnement tétraédrique du silicium ou un mélange contenant du silicium, de façon à substituer au plasma du gaz de prétraitement, un gaz réactif, tout en maintenant le chauffage du substrat à ladite température régulée ; les différentes couches étant obtenues par modification de la puissance du générateur micro-ondes et/ou de la fréquence et/ou de la tension du générateur basse fréquence ; vi) dépôt éventuel de la couche fonctionnelle de surface dans la zone active, par injection d'un autre gaz réactif, de façon à substituer au plasma du gaz de la 21 réalisation de la structure multicouche, un plasma du gaz réactif, tout en maintenant le chauffage à la température dite régulée ; et vii) interruption de l'injection du gaz réactif de l'étape v) ou vi) et refroidissement du substrat, après une durée d'injection prédéterminée correspondant à une épaisseur désirée de la couche fonctionnelle de surface, le vide primaire établi à l'intérieur de l'enceinte correspondant à une pression de 0,13 à 133,3 Pa (10"3 à 1 torr), de préférence de 0,13 à 66,7 Pa (10-3 à 0,5 torr). 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que le gaz de prétraitement contient l'élément azote et/ou l'élément carbone et/ou l'élément hydrogène et/ou l'élément silicium. 18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé par le fait que le gaz de prétraitement comprend au plus environ 20% d'azote et/ou de méthane, mélangé à de l'argon. 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, caractérisé en ce que le gaz réactif de l'étape v) comprend du tétraméthylsilane ou du tétraéthylsilane (TES) seul ou en mélange, ou encore un mélange de précurseurs d'hydrocarbures et/ou de composés siliciés. 20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que le gaz réactif contient aussi de l'hydrogène et/ou de l'argon.25