Brevet FR3163079A1 — publié le 20251212

- Procédé et système de traitement de surface d’un élément de fixation, utilisant un dispositif de pulvérisation magnétron impulsionnelle à haute puissance. - Le procédé de traitement d’un élément de fixation, en particulier d’un rivet (3), comprend une étape de traitement de surface pour réaliser un traitement de la surface (23) d’au moins une partie (22) de l’élément de fixation (3) à l’aide d’un dispositif (2) de pulvérisation magnétron impulsionnelle à haute puissance de manière à obtenir une surface (23) à la fois nettoyée et pourvue de gravures dont la forme et l’épaisseur peuvent être maîtrisées, permettant ainsi d’obtenir une surface (23) présentant des propriétés favorisant une bonne adhérence d’une peinture et ne nécessitent pas de nettoyage préalable. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Procédé et système de traitement de surface d’un élément de fixation, utilisant un dispositif de pulvérisation magnétron impulsionnelle à haute puissance. La présente invention concerne un procédé et un système de traitement de surface d’un élément de fixation, en particulier d’un rivet. Etat de la technique On sait que la surface externe du fuselage d’un aéronef, par exemple d’un avion de transport, est recouverte d’une couche de peinture. De façon usuelle, la surface externe du fuselage comprend des têtes d’éléments de fixation, en particulier de rivets, qui sont utilisés pour fixer entre eux différents tronçons du fuselage ou pour fixer des éléments au fuselage. Cette surface ainsi que les têtes des éléments de fixation sont recouvertes d’une peinture. Pour améliorer l'adhérence de la peinture sur les têtes des éléments de fixation, les rivets sont généralement soumis, après une opération de nettoyage, à un traitement sous forme d’une anodisation par acide sulfurique. Toutefois, malgré ce traitement, l’adhésion de la peinture sur les têtes des éléments de fixation n’est pas parfaite. En particulier, les têtes peuvent être soumises à un phénomène nommé « rivet rash » qui génère une délamination de la peinture de ces têtes. Une telle situation se présente, plus particulièrement bien que non exclusivement, sur des têtes de rivets, notamment à base métallique, qui sont utilisés dans des structures du fuselage d’un aéronef. Il existe donc un besoin de pouvoir disposer d’une solution efficace permettant d’obtenir des surfaces d’éléments de fixation présentant des propriétés d’adhérence améliorées pour l’application d’une peinture . La présente invention a pour objet de proposer une solution pour répondre au besoin précité. Elle concerne un procédé de traitement d’un élément de fixation. Selon l’invention, ledit procédé comprend une étape de traitement de surface pour réaliser un traitement de la surface d’au moins une partie de l’élément de fixation à l’aide d’un dispositif de pulvérisation magnétron impulsionnelle à haute puissance. Avantageusement, le traitement de la surface est mis en œuvre pour obtenir une surface de ladite partie de l’élément de fixation, qui est à la fois nettoyée et pourvue de gravures. Ainsi, grâce à l’invention, le procédé utilise un dispositif de pulvérisation magnétron impulsionnelle à haute puissance, de type HiPIMS (pour « High-Power Impulse Magnetron Sputtering » en anglais), qui permet d’obtenir une surface pourvue de gravures dont la forme et l’épaisseur peuvent être adaptées, comme précisé ci-dessous, de manière à pouvoir obtenir notamment des gravures profondes et homogènes, ce qui permet de générer une surface présentant des propriétés favorisant une bonne adhérence d’une peinture. En plus d’obtenir une surface pourvue de gravures, le traitement de surface permet également d’obtenir une surface nettoyée, en particulier par l’élimination de la couche d’oxyde naturelle. Par conséquent, il n’est pas nécessaire de réaliser une opération de nettoyage préalable de la surface avant son traitement. Dans un mode de réalisation préféré, l’étape de traitement de surface comprend une opération de réglage pour régler au moins un paramètre d’impulsions à haute puissance devant être générées par le dispositif de pulvérisation magnétron impulsionnelle à haute puissance. Avantageusement, le ou les paramètres à régler des impulsions à haute puissance représentent au moins l’un des paramètres suivants : - la puissance des impulsions ; - la durée des impulsions ; - la fréquence des impulsions. En outre, de façon avantageuse, l’étape de traitement de surface réalise un traitement de la surface d’une tête de l’élément de fixation. La présente invention concerne également un système de traitement d’un élément de fixation. Selon l’invention, ledit système comporte un dispositif de pulvérisation magnétron impulsionnelle à haute puissance, pour réaliser un traitement de surface d’au moins une partie de l’élément de fixation. Avantageusement, le dispositif de pulvérisation magnétron impulsionnelle à haute puissance comporte une unité de commande configurée pour permettre à un opérateur de régler au moins un paramètre d’impulsions à haute puissance devant être générées par le dispositif de pulvérisation magnétron impulsionnelle à haute puissance. Brève description des figures Les figures annexées feront bien comprendre comment l’invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La FIG. 1 est une vue schématique d’un mode de réalisation particulier d’un système de traitement de surface comprenant un dispositif de pulvérisation magnétron impulsionnelle à haute puissance. La FIG. 2 est une vue en perspective d’un élément de fixation correspondant à un rivet, qui a été traité par le système de traitement de surface. La FIG. 3 est le schéma synoptique d’un procédé de traitement d’un élément de fixation à l’aide du système de traitement de surface. Description détaillée Le système 1 permettant d’illustrer l’invention et représenté, de façon schématique, dans un mode de réalisation particulier sur la FIG. 1 , est destiné à traiter un élément de fixation. Plus particulièrement, bien que non exclusivement, l’élément de fixation est un élément de fixation utilisé sur un aéronef, en particulier sur un avion de transport. Le système 1 est particulièrement bien approprié à un élément de fixation correspondant à un rivet 3 tel que représenté sur la FIG. 2 . Il peut également s’appliquer à d’autres éléments de fixation tels que des boulons, des vis, … Ces éléments de fixation peuvent être réalisés dans différents matériaux métalliques, tels que, de manière non limitative et à titre d’exemple uniquement, des métaux à base de titane ou à base d’aluminium. Pour ce faire, le système 1 comporte un dispositif de pulvérisation magnétron impulsionnelle à haute puissance (ci-après « dispositif 2 ») de type HiPIMS (pour « High-Power Impulse Magnetron Sputtering » en anglais). Ce dispositif 2 est utilisé pour réaliser un traitement de la surface d’au moins une partie de l’élément de fixation. Dans l’application à un rivet 3 tel que représenté sur la FIG. 2 , qui comprend une tête 20 et un corps 21 cylindrique, le traitement est réalisé sur la surface 22 externe de la tête 20, c’est-à-dire sur la surface de la tête 20 opposée à celle liée au corps 21. Comme représenté sur la FIG. 1 , le dispositif 2 comporte une chambre 4 formant une enceinte fermée et étanche au gaz. Cette chambre 4 est pourvue d’une cathode 5 comprenant un magnétron 6. Le magnétron 6 est pourvu, de façon usuelle, d’un ensemble 7 d’aimants 8. Un matériau cible (ou matériau donneur) 9 précisé ci-dessous, est associé au magnétron 6. La chambre 4 est également pourvue d’une anode 10 faisant face à la cathode 5. L’anode 10 reçoit l’élément de fixation qui doit être traité. A titre d’illustration non limitative, on a représenté une pluralité d’éléments de fixation (en l’occurrence des rivets 3) sur la FIG. 2 . L’anode 10 est reliée à la masse ou à un potentiel de référence. Le dispositif 2 comporte également une pompe à vide 11 reliée par l’intermédiaire d’une valve 12 à la chambre 4. La pompe à vide 11 est configurée pour générer un vide dans la chambre 4. La pompe à vide 11 permet de créer un environnement contrôlé pour le traitement de surface. Le dispositif 2 comporte, en outre, un système 13 d’alimentation en gaz, qui est relié par l’intermédiaire d’une valve 14 à la chambre 4. Le système 13 est configuré pour alimenter la chambre 4 en gaz, à savoir en un gaz inerte 15 comme précisé ci-dessous, qui est illustré par des points noirs sur la FIG. 1 . Par ailleurs, le dispositif 2 comporte un système 16 d’alimentation électrique. Le système 16 d’alimentation électrique est relié à la cathode et est apte à générer des impulsions de haute puissance. Les paramètres de ces impulsions (durée, fréquence, puissance) sont ajustés, comme précisé ci-dessous, notamment en fonction des caractéristiques du traitement de surface à réaliser. Le dispositif 2 comporte également une unité de commande 17. L’unité de commande 17 est, notamment, pourvue d’une interface homme-machine 17A permettant à un opérateur de réaliser des commandes et des réglages, et en particulier le réglage de paramètres des impulsions générées par le système 16. L’unité de commande 17 est configurée pour commander le dispositif 2. Plus particulièrement, l’unité de commande 17 est apte à commander le système 16 d’alimentation électrique, comme illustré par une flèche 18 sur la FIG. 1 , ainsi que d’autres éléments du dispositif 2, comme illustré par une flèche 19. Le système 1, tel que décrit ci-dessus, est apte à mettre en œuvre un procédé P de traitement d’un élément de fixation, en particulier d’un rivet 3. Pour ce faire, le procédé P comporte notamment les étapes décrites ci-dessous. Le procédé P comprend, comme représenté sur la FIG. 3 , une étape de préparation E1 au cours de laquelle le matériau cible 9, généralement un matériau métallique, est installé dans la chambre 4. De plus, les éléments de fixation à traiter sont également introduits dans la chambre 4 et sont positionnés de sorte que leur surface à traiter est située en face du matériau cible 9, comme représenté sur l’exemple de la FIG. 1 où les surfaces 22 des rivets 3 sont situés en face du matériau cible 9. Puis, un vide est créé dans la chambre 4 à l’aide de la pompe à vide 11, afin de retirer toutes les particules d’air non souhaitées de la chambre 4. De plus, la chambre 4 est alimentée en gaz à l’aide du système 13 d’alimentation en gaz. Le gaz introduit dans la chambre 4 est un gaz inerte 15 qui doit se comporter d’une manière chimiquement neutre et qui est utilisé pour générer un plasma. A titre d’illustration, on peut utiliser de l’argon ou de l’azote comme gaz inerte. Le gaz inerte 15 est introduit dans la chambre 4 jusqu’à atteindre une pression appropriée dans cette dernière. Le procédé P comporte ensuite une étape de traitement de surface E2. Cette étape de traitement de surface E2 comprend une génération de plasma. Pour ce faire, des impulsions de haute puissance (par exemple de l'ordre de plusieurs kilowatts à mégawatts) sont appliquées par le système 16 d’alimentation électrique, à la cathode 5, pendant une durée très courte (par exemple de quelques microsecondes à quelques millisecondes). Les fréquences des impulsions vont, par exemple, de quelques Hz à quelques kHz. Ces impulsions créent un champ électrique intense autour de la cathode 5 qui ionise les atomes du gaz inerte 15 introduit dans la chambre 4, ce qui génère un plasma qui est particulièrement dense. Ces impulsions permettent de former un plasma hautement énergétique. Les ions gazeux (ainsi formés) sont dirigés vers la cathode 5, comme illustré par des flèches F1 sur la FIG. 1 . Ces ions gazeux bombardent la surface 9A du matériau cible 9 agencé au niveau de la cathode 5. Ces bombardements arrachent des atomes du matériau cible 9. Des champs magnétiques sont générés dans le dispositif 2 grâce aux aimants 8. Ces champs magnétiques courbent les trajets des électrons de sorte qu’ils frappent autant d’atomes de gaz à proximité de la cible que possible pour les ioniser. Ceci crée une concentration élevée d’ions gazeux près du matériau cible 9 qui heurtent ledit matériau cible 9 grâce à la tension appliquée. Plus la tension appliquée est élevée, plus l’énergie par laquelle les ions gazeux heurtent ou bombardent le matériau cible 9 est élevée. Les atomes qui sont arrachés du matériau cible 9 sont ionisés dans une grande proportion en raison de la densité élevée du plasma. Les atomes arrachés et ionisés se déplacent vers les éléments de fixation à traiter, à savoir les rivets 3, comme illustré par des flèches F sur la FIG. 1 et agissent sur les surfaces 22 à traiter des rivets 3, afin de les traiter. Le traitement de surface, ainsi mis en œuvre, permet d’obtenir des surfaces 22, qui sont à la fois nettoyées et pourvues de gravures. Les gravures 23 obtenues sur la surface 22 d’un rivet 3 sont représentées très schématiquement sur la FIG. 3 par des traits fins. Grâce notamment à l’adaptation des paramètres des impulsions à haute puissance et éventuellement au réglage d’autres paramètres du dispositif 2, la forme et l’épaisseur des gravures 23 peuvent être contrôlées précisément de sorte qu’elles présentent les caractéristiques souhaitées. En particulier, l’ionisation élevée du plasma métallique permet de générer des gravures profondes. On peut ainsi obtenir des surfaces 22 pourvues de gravures 23 profondes et homogènes, ce qui permet de disposer de surfaces 22 présentant des propriétés favorisant une bonne adhérence d’une peinture. En plus d’obtenir une surface pourvue de gravures 23, le traitement de surface permet également d’obtenir une surface 22 nettoyée, notamment par l’élimination (par le traitement de surface mis en œuvre) de la couche d’oxyde naturelle, initialement présente sur la surface 22. Par conséquent, avec le procédé P, il n’est pas nécessaire de réaliser une opération de nettoyage préalable de la surface avant son traitement. Les propriétés du traitement de surface ainsi réalisé (sur les surfaces 22 des rivets 3 dans l’exemple de la FIG. 1 ) peuvent être adaptées. Plus particulièrement, pour obtenir le traitement approprié à l’application considérée, différents paramètres peuvent être réglés et adaptés. En particulier, plusieurs paramètres des impulsions à haute puissance (générées par le système 16) peuvent être réglés par un opérateur, à l’aide de l’interface homme-machine 17A, et notamment : - la puissance des impulsions qui a une influence, en particulier, sur la densité du plasma et sur le taux de pulvérisation. Une puissance plus élevée entraîne une ionisation plus élevée et un traitement plus efficace de la surface ; - la durée des impulsions qui a une influence sur l’efficacité du traitement et la chaleur générée ; et - la fréquence des impulsions qui a une influence sur la fréquence des traitements et ainsi sur la durée globale du traitement de surface. Une fréquence plus élevée permet un traitement de surface plus rapide. D’autres paramètres du dispositif 2 peuvent également être réglés, en particulier la pression de la chambre 4 qui a une influence sur la trajectoire des atomes pulvérisés. En particulier, une pression plus basse favorise des trajectoires plus directes, ce qui permet d’augmenter l'uniformité du traitement de surface. Le dispositif 2 présente ainsi, notamment, les caractéristiques avantageuses suivantes : - une ionisation élevée ; - un contrôle précis, notamment de l'épaisseur et de la forme des gravures ; - un traitement uniforme. Le dispositif 2 du système 1 utilise donc des impulsions de haute puissance qui permettent de générer un plasma dense et d’améliorer la qualité du traitement de surface réalisé, tout en permettant de contrôler avec précision les caractéristiques dudit traitement de surface. Le système 1 est particulièrement bien adapté à des rivets 3 métalliques, qui sont utilisés dans des structures, par exemple et de façon non limitative, des structures composites ou en aluminium, notamment du fuselage d’un aéronef, et qui sont particulièrement sensibles au phénomène de « rivet rash ». Le traitement de surface ainsi réalisé par le système 1 permet d’améliorer fortement l’adhérence d’une peinture appliquée après le traitement de surface, ce qui réduit fortement l’apparition d’une délamination de la peinture, tout en rendant inutile une opération de nettoyage préalable qui doit être réalisée dans les traitements usuels. Le système 1 et le procédé P, tels que décrits ci-dessus, permettent ainsi d’obtenir une surface (d’un élément de fixation) pourvue de gravures, dont notamment la forme et l’épaisseur peuvent être maîtrisées, qui présentent des propriétés favorisant une bonne adhérence d’une peinture à cette surface. De plus, le traitement de surface permet également d’obtenir une surface nettoyée de sorte qu’il n’est pas nécessaire de réaliser une opération de nettoyage préalable de la surface avant son traitement, ce qui permet de réduire le nombre d’opérations à réaliser ainsi que la durée totale des opérations réalisées sur les éléments de fixation. Procédé de traitement d’un élément de fixation, en particulier d’un rivet, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de traitement de surface (E2) pour réaliser un traitement de la surface d’au moins une partie (22) de l’élément de fixation (3) à l’aide d’un dispositif (2) de pulvérisation magnétron impulsionnelle à haute puissance. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement de la surface est mis en œuvre pour obtenir une surface (22) à la fois nettoyée et pourvue de gravures (23) de ladite partie (22) de l’élément de fixation (3). Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l’étape de traitement de surface (E2) comprend une opération de réglage pour régler au moins un paramètre d’impulsions à haute puissance devant être générées par le dispositif (2) de pulvérisation magnétron impulsionnelle à haute puissance. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ou les paramètres à régler des impulsions à haute puissance représentent au moins l’un des paramètres suivants : - la puissance des impulsions ; - la durée des impulsions ; - la fréquence des impulsions. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape de traitement de surface (E2) réalise un traitement de la surface (22) d’une tête (20) de l’élément de fixation (3). Système de traitement d’un élément de fixation, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif (2) de pulvérisation magnétron impulsionnelle à haute puissance, pour réaliser un traitement de surface d’au moins une partie (22) de l’élément de fixation (3). Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif (2) de pulvérisation magnétron impulsionnelle à haute puissance comporte une unité de commande (17) configurée pour permettre à un opérateur de régler au moins un paramètre d’impulsions à haute puissance devant être générées par le dispositif (2) de pulvérisation magnétron impulsionnelle à haute puissance.