UNE SOLUTION DE REVETEMENT BASE CARBONE ENCORE PLUS FLEXIBLE

INTRODUCTION

Les revêtements Diamond Like Carbon (DLC) restent encore aujourd’hui un sujet d’actualité aussi bien dans le monde de la recherche académique que dans celui de l’industrie.

Les industriels ont en effet adopté quelques-unes des nuances de DLC depuis maintenant plusieurs années et les performances de certaines d’entre elles, en particulier sur des applications séries dans le secteur de l’automobile, ne sont plus à démontrer.

Toutefois, des difficultés d’industrialisation subsistent lorsque l’on tend à s’écarter des applications premières visées par ce type de couches.

Le traitement simultané de différentes pièces à géométries complexes ainsi que l’adhérence et la performance de ces couches sur des substrats présentant différents états de surface restent en particulier des challenges industriels actuels.

Les récents travaux réalisés par DMX Research ont donc été menés dans le but d’atteindre une solution de DLC avec un niveau de flexibilité industrielle et donc de fiabilité plus élevé.

DEVELOPPEMENTS REALISES

1. Un compromis maitrisé entre niveaux de rugosité et d’adhérence

La faiblesse de la plupart des revêtements DLC réside dans la difficulté d’obtenir un excellent niveau d’adhérence sur tous types de substrats et de géométries.

Le procédé de dépôt spécifique développé et optimisé par DMX a permis d’atteindre des résultats particulièrement intéressants en termes de rugosité et d’adhérence comme le montrent respectivement les images des figures 1, 2 et 3.

Figure 1 : Cliché de surface (MEB FEG x500) de la solution de revêtement développée (substrat silicium, épaisseur 1,5µm).

Figure 1 : Cliché de surface (MEB FEG x500) de la solution de revêtement développée (substrat silicium, épaisseur 1,5µm).

Figure 2 : Photographie (microscopie optique) d’un essai Mercedes (indentation Rockwell C à 150kg) réalisé sur le revêtement développé (épaisseur 1,5µm) déposé sur un substrat en acier rapide (65HRC).

Figure 2 : Photographie (microscopie optique) d’un essai Mercedes (indentation Rockwell C à 150kg) réalisé sur le revêtement développé (épaisseur 1,5µm) déposé sur un substrat en acier rapide (65HRC).

Figure 3 : Photographie (microscopie optique) d’un scratch test réalisé sur un substrat en acier rapide  (65HRC) revêtu d’une couche d’environ  2µm d’épaisseur (longueur de scratch 3mm ; rampe de force 158N.min)

Figure 3 : Photographie (microscopie optique) d’un scratch test réalisé sur un substrat en acier rapide (65HRC) revêtu d’une couche d’environ 2µm d’épaisseur (longueur de scratch 3mm ; rampe de force 158N.min)

2. Une diminution significative des défauts de croissance

Ce travail d’optimisation a également permis de diminuer significativement les défauts de croissance (type « pinholes » par exemple) et d’augmenter ainsi la capacité de ce revêtement à pouvoir réaliser une barrière de protection efficace vis-à-vis de certains phénomènes de corrosion.

La visualisation en coupe de la solution de revêtement, présentée sur la figure 4, permet de mettre en évidence cet aspect.

Figure 4 : Cliché MEB FEG (50kX) du revêtement en coupe (substrat Silicium).

Figure 4 : Cliché MEB FEG (50kX) du revêtement en coupe (substrat Silicium).

3. Une variabilité du procédé contrôlée

Enfin, la particularité du procédé de dépôt mis en œuvre est qu’il permet de garantir une variabilité limitée des propriétés des couches déposées en fonction du nombre et de la géométrie des pièces à traiter.

Deux revêtements élaborés avec des conditions et des taux de chargement très différents ont ainsi été déposés puis caractérisés. Les résultats des principales caractérisations réalisées sur les échantillons sont regroupés dans le tableau 1.

Tableau 1 : Caractéristiques des revêtements déposés en fonction des configurations de carrousel étudiées (*Contact continu / Sollicitation glissement pur bille/plan / Bille Al2O3 / PHertz initiale = 1,15 GPa / Vitesse de déplacement = 20 cm.s-1 ).

Tableau 1 : Caractéristiques des revêtements déposés en fonction des configurations de carrousel étudiées (*Contact continu / Sollicitation glissement pur bille/plan / Bille Al2O3 / PHertz initiale = 1,15 GPa / Vitesse de déplacement = 20 cm.s-1 ).

Ces résultats montrent une très légère diminution de dureté et de module d’Young dans le cas de la configuration 2 mais qui reste dans un domaine tout à fait acceptable (compte tenu en particulier des limites de précision des mesures).

Ces deux revêtements ont également été analysés en spectrométrie RAMAN. Les spectres obtenus ainsi que les principales données issues de leur déconvolution sont présentés respectivement sur le graphique de la figure 5 et le tableau 2.

Figure 5 : Spectres RAMAN obtenus pour les revêtements élaborés avec les deux configurations carrousel (Laser Ar 514nm / Puissance 7,5mW filtrée à 25% / Résultat moyenné sur 10 spectres).

Figure 5 : Spectres RAMAN obtenus pour les revêtements élaborés avec les deux configurations carrousel (Laser Ar 514nm / Puissance 7,5mW filtrée à 25% / Résultat moyenné sur 10 spectres).

Tableau 2 : Valeurs des deux paramètres RAMAN (position de la bande G et ratio des intensités des pics D et G) pour les deux revêtements.

Tableau 2 : Valeurs des deux paramètres RAMAN (position de la bande G et ratio des intensités des pics D et G) pour les deux revêtements.

Ces données confirment la similitude de microstructure des deux revêtements. La très légère différence obtenue au niveau de la position de la bande G (cf. tableau 2), à savoir une position très légèrement décalée vers les plus grands nombre d’onde dans le cas du carrousel très chargé, est cohérente avec la diminution de dureté constatée précédemment puisqu’elle pourrait s’expliquer par une composante globale plus importante de l’hybridation sp2 du carbone.

CONCLUSIONS

Le procédé de dépôt conçu et développé par la société DMX a permis d’obtenir une version de revêtement DLC performante pour répondre à un grand nombre de problématiques liées à des phénomènes de frottement et/ou de résistance à la corrosion.

Les optimisations de ce procédé de dépôt basse température ont également permis d’accroitre le niveau de flexibilité et de fiabilité du revêtement, ouvrant ainsi des perspectives très encourageantes pour un grand nombre d’applications.