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Un revêtement fonctionnel et innovant par arc plasma

Posté le par La rédaction dans Matériaux, Biotech & chimie

La mise au point par deux scientifiques allemands d'un tout nouveau procédé de revêtement par nano-couches, utilisant les dernières techniques de pulvérisation plasma et fonctionnant dans des conditions de pression atmosphérique pourrait bien révolutionner un secteur en plein essor.

Dans le processus de conception d’un produit, le revêtement possède désormais une place clé, tout autant que la technologie utilisée, et se trouve être un moteur d’innovation permanent. Ces différents revêtements peuvent offrir une protection durable contre la rouille, les rayures, et contre l’humidité. Ils peuvent aussi améliorer les qualités d’adhérence du produit ou protéger une surface contre les bactéries. Les nano-revêtements, qui ont le vent en poupe, proposent un très large panel d’applications nouvelles et variées qui ne manquent pas d’intéresser les industriels.

Les méthodes d’application des nano-revêtements se sont peu à peu améliorées, glissant doucement vers des techniques de dépôt toujours plus puissantes, faciles et polyvalentes. La technique initiale impliquait la succession de très nombreux trempages dans différentes solutions, impliquant également des temps de dépôt relativement importants.

L’évolution de ces méthodes vers une vaporisation du revêtement « couche par couche » a été vécue comme un tournant décisif, permettant un gain de temps important et de fantastiques avantages logistiques, réduisant les coûts de production et la pollution engendrée. Le dépôt de nano-matériaux, sous forme de couches minces dont l’empilement se fait avec une précision nanométrique et dont le séquençage et la nature des matériaux pulvérisés influent sur les propriétés du produit, a à son tour évolué vers la pulvérisation plasma.

Conditions de pression atmosphérique

Le professeur Jörg Ihde et son confrère Uwe Lommatzsch, de l’institut allemand IFAM de Brême (Technologie de production et recherche appliquée sur les matériaux ), affilié au prestigieux Fraunhofer-Gesellschaft, se sont concentrés sur cette dernière technique de pulvérisation et ont développé un nouveau procédé fonctionnel à des conditions de pression atmosphérique, compatible avec une production à l’échelle industrielle. Les techniques sous vide étaient limitées par le prix exorbitant des unités, la taille réduite des composants à traiter et par le temps d’application relativement long.

Persuadés qu’il devait y avoir une alternative, ils se sont associés avec la société allemande Plasmatreat GmbH, spécialistes en traitement de surface par plasma, pour faire face aux problèmes survenant dans des conditions de pression atmosphérique, notamment empêcher les particules indésirables de s’incruster dans le revêtement.

Diffuseur pour torche plasma

L’élément central de leurs travaux est un diffuseur plasma, pas plus grand qu’une bombe aérosol, mais bourré de technologies et autorisant un travail d’une grande précision, rapide et peu onéreux. « Nous maitrisons suffisamment cette méthode, ce qui nous permet d’utiliser le même diffuseur pour appliquer des revêtements aux propriétés diverses », explique Jörg Ihde. La petite quantité de matériau nécessaire, ainsi que la possibilité d’utiliser cette technique pour une très grande variété de surface font partie des avantages évidents, tout comme la facilité d’intégration du procédé à une chaîne de production.

Pulvérisation plasma

Le mode opératoire de la pulvérisation plasma est assez simple : le matériau servant au revêtement, ici sous forme de poudre, est soufflé dans la flamme plasma (le terme « plasma » désigne un gaz conducteur, dissocié et partiellement ionisé) par le biais d’un gaz vecteur. Le matériau est alors fondu et projeté à très grande vitesse et avec une très grande énergie sur la pièce à traiter, qui ne reçoit alors que la phase gazeuse du matériau, d’une épaisseur variant généralement de quelques nanomètres à quelques micromètres.

La destruction de la molécule de départ dans le plasma en de nombreux fragments hautement énergétiques, réagissant les uns avec les autres sur la surface de la pièce, finit par former une couche plus ou moins réticulée alors que le matériau de base ne fond pas. L’adhérence du revêtement résulte des liaisons physiques telles que l’adhésion et les interactions électriques (forces de van der Waals). Le gaz utilisé contient des éléments capables de former des chaines, tels que le carbone, le silicium ou encore le soufre.

Les travaux des deux chercheurs allemands ont été sanctionnés par l’un des prix Joseph-von-Fraunhofer.

Par Moonzur Rahman

 

 

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