CH719680A2 - Procédé de modification de l'état de surface d'une pièce par bombardement ionique. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement d'une surface cible (11) d'une pièce (10) par plasma, comportant les étapes suivantes : – obtention de la surface cible (11) sur la pièce (10), – mise en place de la pièce (10) dans une enceinte d'un générateur à plasma, – mise sous vide de l'enceinte, à une pression comprise entre 10 -6 et 10 mbar, – injection d'un gaz adapté dans l'enceinte jusqu'à atteindre une pression dans l'enceinte comprise entre 10 -4 et 10 2 mbar, – génération d'une décharge de courant électrique au sein de l'enceinte, par l'intermédiaire d'un générateur électrique, afin de générer un plasma, – exposition de la surface cible (11) de la pièce (10) au plasma durant une durée prédéfinie notamment selon la puissance de la décharge de courant électrique, le gaz injecté dans l'enceinte et le matériau de la surface cible (11), de sorte à détériorer l'état de surface de la surface cible (11) afin d'augmenter sa rugosité pour rendre ladite surface cible (11) mat ou davantage mat.

Description

Domaine technique de l'invention

[0001] L'invention relève du domaine des traitements de surface, et concerne en particulier un procédé de modification de l'état de surface d'une surface d'une pièce par bombardement ionique.

Arrière-plan technologique

[0002] Dans certaines applications, notamment pour des raisons d'ordre esthétique en ce qui concerne des pièces d'habillage, il est recherché d'obtenir une surface visible présentant un aspect mat, c'est-à-dire non brilliant.

[0003] En d'autres termes, il est recherché de matifier, c'est à dire d'augmenter la matité, de la surface de certaines pièces d'habillage.

[0004] Généralement, un aspect mat d'une surface d'une pièce est obtenu en augmentant sa rugosité. En effet, la brillance d'une surface dépend de son niveau de réflexion du rayonnement lumineux. En particulier, une surface dont l'aspect est brillant réfléchit la lumière de façon spéculaire, et une surface dont l'aspect est mat réfléchit la lumière de façon diffuse.

[0005] Pour matifier une surface d'une pièce, des solutions connues consistent à projeter sur la surface des particules de matériau abrasif, dont la granulométrie varie en fonction du rendu souhaité, avec une pression définie et pendant une durée donnée. Les particules de matériau abrasif peuvent être des billes de verre, de céramique, d'oxyde d'aluminium, etc.

[0006] Ces solutions présentent toutefois comme inconvénient l'usure des matériaux abrasifs et la nécessité d'un traitement de déchet particulier suite à leur utilisation. En effet, les particules de matériau abrasif sont polluées avec des particules de matériau de la pièce dont la surface est à matifier suite à leur utilisation. En outre, il existe un risque important que des disparités existent sur les granulométries des particules de matériau abrasif. Enfin, suivant l'épaisseur de la pièce, la projection de particules peut la déformer ou la détériorer de façon irréversible.

[0007] Dans d'autres cas, la nature du matériau de toute ou partie de la pièce peut être modifiée de sorte à matifier sa surface. Notamment, dans le cas dans lequel la surface à matifier est la surface d'une couche de vernis déposée sur la pièce, des additifs ou des résines appropriées peuvent être ajoutées à la composition du vernis.

[0008] Toutefois, cette solution est limitée car elle ne s'applique que dans le cas d'une surface d'une couche de vernis. Par ailleurs, suite à la modification de sa composition, la couche de vernis est susceptible de ne plus respecter certaines exigences, telle que des exigences de résistance à des contraintes mécaniques ou chimiques, des limites de résistance à certaines températures, des exigences de résistance à l'exposition au rayonnement ultraviolet, etc. Un autre inconvénient de cette solution est d'ajouter une étape supplémentaire dans la réalisation d'une pièce d'habillage consistant à modifier la composition du vernis, ce qui est particulièrement contraignant lorsqu'une telle pièce doit être produite de façon industrielle.

Résumé de l'invention

[0009] L'invention résout les inconvénients précités en proposant une solution permettant de matifier une surface cible, c'est-à-dire d'augmenter sa matité, sans créer d'oxyde sur ladite surface, ni de revêtement.

[0010] Autrement dit, la présente invention permet de modifier uniquement l'état de surface de la surface cible afin de la matifier.

[0011] À cet effet, la présence invention concerne un procédé de traitement d'une surface cible d'une pièce par plasma, comportant les étapes suivantes : – obtention de la surface cible sur la pièce, – mise en place de la pièce dans une enceinte d'un générateur à plasma, – mise sous vide de l'enceinte, à une pression comprise entre 10<-6>et 10 mbar, – injection d'un gaz adapté dans l'enceinte jusqu'à atteindre une pression dans l'enceinte comprise entre 10<-4>et 10<2>mbar, – génération d'une décharge de courant électrique au sein de l'enceinte, par l'intermédiaire d'un générateur électrique, afin de générer un plasma, – exposition de la surface cible de la pièce au plasma durant une durée prédéfinie notamment selon la puissance de la décharge de courant électrique, le gaz injecté dans l'enceinte et le matériau de la surface cible, de sorte à modifier l'état de surface de la surface cible afin d'augmenter sa rugosité pour rendre ladite surface cible mat ou davantage mat, c'est à dire pour la matifier.

[0012] Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, l'invention peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.

[0013] Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, lors de l'étape d'obtention de la surface cible, les opérations suivantes sont réalisées : – dépôt d'une couche de vernis sur une zone dédiée de la surface cible, – pré-réticulation d'au moins une partie de la couche de vernis par exposition d'au moins une partie de la surface cible à un rayonnement ultraviolet ;l'étape d'exposition de la surface cible de la pièce au plasma étant réalisée de sorte à finir la réticulation de la partie de la couche de vernis pré-réticulée.

[0014] Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, lors de l'opération de pré-réticulation, la surface cible est exposée au rayonnement ultraviolet durant 5 à 10 secondes.

[0015] Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, l'enceinte est mise sous vide à une pression comprise entre 0,1 et 1 mbar.

[0016] Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, lors de l'étape d'injection d'un gaz, de l'argon est injecté. Ce gaz est injecté dans l'enceinte avec un débit massique compris entre 15 et 25 sccm, jusqu'à obtenir une pression dans l'enceinte comprise entre 0,6 et 0,8 mbar.

[0017] Avantageusement, le choix de l'argon comme gaz à partir duquel le plasma est généré permet d'affecter la surface cible uniquement mécaniquement. Autrement dit, le plasma ne dégrade pas chimiquement l'état de surface de la surface cible.

[0018] Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, le générateur électrique développe une puissance comprise entre 2000 et 2600 W lors de l'étape de génération d'une décharge de courant électrique et l'étape d'exposition de la surface cible est réalisée durant 1 à 2 minutes.

[0019] Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, la couche de vernis présente une unité de brillant mesurée à 60° inférieure à 5 GU.

[0020] Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, à l'issue de l'étape d'obtention de la surface cible sur la pièce, une étape de dépôt d'une couche de masquage est réalisée sur une partie de la surface cible dite „zone masquée“, le reste de ladite surface cible étant dite „zone exposée“, ladite couche de masquage étant destinée à protéger la zone masquée du plasma.

[0021] Dans des modes particuliers de mise en oeuvre, lors de l'opération de pré-réticulation de la couche de vernis, seule une partie de ladite couche est pré-réticulée, l'autre partie étant entièrement réticulée.

Brève description des figures

[0022] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante donnée à titre d'exemple nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : – les figures 1 à 4 représentent schématiquement différentes étapes successives d'un procédé de traitement d'une surface cible d'une pièce par plasma selon un exemple préféré de mise en oeuvre de l'invention ; – la figure 5 représente schématiquement une vue en coupe transversale d'une étape d'exposition de la surface cible de la pièce au plasma selon une variante de l'exemple préféré de mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; – la figure 6 représente schématiquement une vue en coupe transversale d'une étape d'exposition de la surface cible de la pièce au plasma selon un autre exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention .

[0023] On note que les figures ne sont pas dessinées à l'échelle pour des raisons de clarté.

Description détaillée de l'invention

[0024] Les figures 1 à 4 représentent schématiquement différentes étapes successives d'un procédé de traitement d'une surface cible 11 d'une pièce 10 par plasma, selon un exemple préféré de mise en oeuvre de la présente invention.

[0025] Le procédé selon l'invention a pour objectif de matifier la surface cible 11.

[0026] Le procédé comprend une étape préliminaire d'obtention de la surface cible 11 sur la pièce 10.

[0027] Cette étape préliminaire peut comporter des opérations de dépôt d'un revêtement, par exemple un revêtement galvanique, de pose d'une applique, d'impression d'un décor, de lavage, etc.

[0028] La figure 1 illustre schématiquement une pièce 10 comprenant une applique 12 destinée à recevoir une couche de vernis 13.

[0029] Dans l'exemple préféré de mise en oeuvre de l'invention, lors de cette première étape, une opération de dépôt d'une couche de vernis 13 sur une zone dédiée d'une surface d'habillage de la pièce 10 est réalisée, comme le représente la figure 2. Plus précisément, la zone dédiée peut être formée sur l'applique 12 préalablement posée sur la surface d'habillage de la pièce et/ou directement sur la surface d'habillage de la pièce 10, tel qu'illustré sur les figures 2 à 5.

[0030] Toujours lors de cette étape préliminaire, cette opération de dépôt d'une couche de vernis 13 est suivie d'une opération de pré-réticulation de la couche de vernis 13 par exposition à un rayonnement ultraviolet, tel que représenté sur la figure 3. La surface cible 11 est, dans cet exemple de réalisation de l'invention, la surface visible de la couche de vernis 13.

[0031] La couche de vernis 13 peut être déposée manuellement par un opérateur ou de façon automatisée par un robot adapté. Par ailleurs, la couche de vernis 13 peut comporter une résine synthétique, acrylique, polyuréthane, polyépoxyde, un matériau luminescent, etc.

[0032] Durant l'opération de pré-réticulation de la couche de vernis 13, la surface cible 11 peut être exposée au rayonnement ultraviolet durant quelques secondes ou dizaines de secondes, préférentiellement entre 5 et 10 secondes.

[0033] Le rayonnement ultraviolet peut être émis par tout moyen connu de l'homme du métier, tel qu'une diode électroluminescente, une lampe à décharge au mercure, etc., de sorte à présenter une longueur d'onde comprise entre 100 et 400 nm.

[0034] Une fois la surface cible 11 obtenue, la pièce 10 est mise en place dans une enceinte d'un générateur à plasma 20, comme le montre la figure 4. En particulier, la pièce 10 est disposée sur une électrode d'un générateur électrique du générateur à plasma 20, directement ou par l'intermédiaire d'un support. Préférentiellement, la pièce 10 est disposée sur l'électrode négative du générateur à plasma 20, en vis-à-vis de l'électrode positive.

[0035] Le procédé selon l'invention comporte ensuite une étape de mise sous vide de l'enceinte par une pompe à vide connue en tant que telle de l'homme du métier. Les termes „mise sous vide“ signifient ici, par abus de langage, que l'enceinte est mise à basse pression, typiquement à une pression comprise entre 10<-6>et 10 mbar, et préférentiellement entre 0,1 et 1 mbar.

[0036] Une étape d'injection d'un gaz est alors mise en oeuvre, jusqu'à atteindre une pression de travail dans l'enceinte comprise entre 10<-4>et 10<2>mbar, et préférentiellement entre 0,6 et 0,8 mbar.

[0037] Le gaz est par exemple injecté à un débit massique compris entre 15 et 25 sccm jusqu'à ce que l'enceinte présente la pression de travail.

[0038] Une étape de génération d'une décharge d'un courant électrique au sein de l'enceinte est réalisée, par l'intermédiaire du générateur électrique, afin de générer un plasma dans ladite enceinte. Le flux de plasma est avantageusement dirigé vers la pièce 10, de sorte à provoquer un bombardement d'ions sur la surface cible 11, tel qu'illustré schématiquement sur la figure 4. En particulier, la différence de potentiel entre les électrodes du générateur électrique provoque l'ionisation des atomes du gaz et le bombardement de la surface cible 11 de la pièce 10 par lesdits ions.

[0039] Le gaz utilisé, adapté à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, peut être choisi parmi Ar, He, O2, CO, CO2, H2, Cl2, CF4, Ne, N2et NO2. L'Ar est le gaz préféré dans la mesure où il est facilement ionisable, ce qui permet la génération d'un plasma avec un apport réduit en électricité. Par ailleurs, l'effet du plasma sur la surface cible 11 est plus important lorsqu'il est réalisé avec de l'Ar, dans le sens où ledit plasma est particulièrement adapté à modifier l'état de surface de la surface cible 11 et à réticuler une éventuelle couche de vernis 13 déposée sur la pièce 10. Enfin, l'Ar présente l'avantage d'être peu onéreux et facile à obtenir.

[0040] La surface cible 11 est exposée au plasma durant une durée prédéfinie notamment selon la puissance de la décharge de courant électrique, selon le gaz injecté dans l'enceinte et selon le matériau de la surface cible 11, de sorte à altérer l'état de surface de ladite surface cible 11 pour augmenter sa rugosité et ainsi sa matité. Dans la présente invention, l'exposition de la surface cible 11 au plasma, et en particulier au bombardement d'ions, a pour effet de modifier l'état de surface de ladite surface cible 11 par action mécanique ou par action physico-chimique, suivant le gaz injecté dans l'enceinte.

[0041] Dans l'exemple préféré de mise en oeuvre de la présente invention, l'étape d'exposition au plasma de la surface cible 11 de la pièce 10 est réalisée de sorte à achever la réticulation de la couche de vernis 13.

[0042] A titre d'exemple, lors de l'étape de génération d'une décharge de courant électrique, le générateur électrique peut développer une puissance comprise entre 2000 et 2600 W et la surface cible 11 peut être exposée durant 1 à 2 minutes.

[0043] Encore à titre d'exemple, à l'issu de la mise en oeuvre du procédé, la couche de vernis 13 présente une unité de brillant, mesurée à 60°, inférieure à 5 GU. Autrement dit, les paramètres mentionnés ci-avant ont spécifiquement été déterminés par les inventeurs de sorte que la surface cible 11 de la couche de vernis 13 présente une telle unité de brillant.

[0044] Un des avantages de la présente invention est de permettre, dans un même temps, la réticulation de la couche de vernis 13 et la matification de la surface cible 11, lors de l'exposition de la pièce 10 au plasma. Ainsi, en plus de générer un gain de temps de production important en évitant la réalisation d'une étape ultérieure de réticulation, la présente invention permet de réduire le temps d'exposition au rayonnement ultraviolet, et permet ainsi de limiter les risques liés à l'utilisation de rayonnements ultraviolets.

[0045] La présente invention permet, en outre, quel que soit l'exemple de réalisation de l'invention considéré, d'augmenter la matité de toute surface, quel que soit son état de surface, par exemple même si elle présente des cavités de dimension submicrométrique ou micrométrique.

[0046] Avantageusement, à l'issue de l'étape d'obtention de la surface cible 11 sur la pièce 10, une étape de dépôt d'une couche de masquage peut être réalisée sur une partie de la surface cible 11 dite „zone masquée“, le reste de ladite surface cible 11 étant dite „zone exposée“. Ladite couche de masquage est destinée à protéger la zone masquée des effets du plasma, de sorte à obtenir une pièce 10 dont la surface cible 11 présente deux niveaux de brillance différents.

[0047] Cette étape de dépôt d'une couche de masquage permet donc d'obtenir une pièce 10 dont la surface cible 11 est à la fois brillante et mate.

[0048] La couche de masquage peut être réalisée par un revêtement polymère, un revêtement galvanique ou un revêtement réalisé par une méthode de dépôt physique en phase vapeur.

[0049] Suite à l'étape d'exposition de la surface cible 11 au plasma, la couche de masquage peut être retirée par une solution adaptée à la nature du revêtement déposé. Par exemple, si la couche de masquage est réalisée en matériau polymère, elle peut être retirée avec un solvant adapté, si elle est réalisée en matériau métallique, elle peut être retirée avec une solution acide, etc.

[0050] Le cas échéant, la partie de la couche de vernis 13 protégée par la couche de masquage peut être réticulée dans une étape ultérieure de réticulation.

[0051] Dans l'exemple préféré de mise en oeuvre de l'invention, lors de l'opération de pré-réticulation de la couche de vernis 13, seule une partie de ladite couche de vernis 13 peut être pré-réticulée, l'autre partie étant alors entièrement réticulée. La partie de la couche de vernis 13 entièrement réticulée n'étant pas réticulée par le plasma, son état de surface n'est pas modifié ou est modifié de façon non perceptible à l'oeil nu, tel que le représente schématiquement la figure 5.

[0052] Une telle caractéristique permet d'obtenir une pièce 10 dont la surface cible 11 présente différents niveaux de brillance, et ce alternativement au dépôt d'une couche de masquage.

[0053] Dans un exemple de réalisation représenté de façon schématique sur la figure 6, à la différence de l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 à 4, la surface cible 11 est formée par la surface de la pièce 10 ou par la surface d'un revêtement de ladite pièce 10. Autrement dit, dans cet exemple de mise en oeuvre de la présente invention, la surface à matifier est celle de la pièce 10 ou d'un revêtement de la pièce 10, et non celle d'un vernis 13 déposé sur la pièce 10.

[0054] Un tel exemple de réalisation est particulièrement adapté lorsque la surface cible 11 est une surface d'une pièce réalisée en alliage de métaux, tel qu'en alliage de cuivre, de fer, d'aluminium, de titane, etc., en céramique, tel qu'en matériau métallique couplé à des oxydes, des nitrites ou des silicates, en matériau composite ou encore en matériau polymère. Cet exemple de réalisation de l'invention est également particulièrement adapté lorsque la surface cible 11 est une surface d'un revêtement de la pièce 10 réalisé en or, en argent, en nickel, cuivre, rhodium, ruthénium, argent, etc.

[0055] Suivant le matériau de la pièce 10 ou du revêtement de la pièce 10 présentant la surface cible 11, les valeurs des paramètres du procédé selon l'invention peuvent varier. Par exemple, le débit massique d'injection du gaz dans l'enceinte peut atteindre jusqu'à 1000 sccm, la puissance du générateur électrique peut atteindre jusqu'à 4 kW, la durée de l'exposition au plasma peut être comprise entre quelques secondes et quelques minutes, par exemple entre 5 secondes et 10 minutes.

[0056] La présente invention trouve une application avantageuse dans le domaine de l'horlogerie, en particulier lorsque la pièce 10 est une pièce 10 d'habillage d'une montre, par exemple un cadran.

[0057] De manière plus générale, il est à noter que les modes de mise en oeuvre et de réalisation considérés ci-dessus ont été décrits à titre d'exemples non limitatifs, et que d'autres variantes sont par conséquent envisageables.

Claims (9)

1. Procédé de traitement d'une surface cible (11) d'une pièce (10) par plasma comportant les étapes suivantes : – obtention de la surface cible (11) sur la pièce (10), – mise en place de la pièce (10) dans une enceinte d'un générateur à plasma (20), – mise sous vide de l'enceinte, à une pression comprise entre 10<-6>et 10 mbar, – injection d'un gaz adapté dans l'enceinte jusqu'à atteindre une pression dans l'enceinte comprise entre 10<-4>et 10<2>mbar, – génération d'une décharge de courant électrique au sein de l'enceinte, par l'intermédiaire d'un générateur électrique, afin de générer un plasma, – exposition de la surface cible (11) de la pièce (10) au plasma durant une durée prédéfinie au moins selon la puissance de la décharge de courant électrique, le gaz injecté dans l'enceinte et le matériau de la surface cible (11), de sorte à détériorer l'état de surface de la surface cible (11) afin d'augmenter sa rugosité pour matifier ladite surface cible (11).

2. Procédé de traitement selon la revendication 1, dans lequel, lors de l'étape d'obtention de la surface cible (11), les opérations suivantes sont réalisées : – dépôt d'une couche de vernis (13) sur une zone dédiée de la surface cible (11), – pré-réticulation d'au moins une partie de la couche de vernis (13) par exposition d'au moins une partie de la surface cible (11) à un rayonnement ultraviolet ; l'étape d'exposition de la surface cible (11) de la pièce (10) au plasma étant réalisée de sorte à finir la réticulation de la partie de la couche de vernis (13) pré-réticulée.

3. Procédé de traitement selon la revendication 2, dans lequel, lors de l'opération de pré-réticulation, la surface cible (11) est exposée au rayonnement ultraviolet durant 5 à 10 secondes.

4. Procédé de traitement selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel l'enceinte est mise sous vide à une pression comprise entre 0,1 et 1 mbar.

5. Procédé de traitement selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel, lors de l'étape d'injection d'un gaz, de l'argon est injecté dans l'enceinte avec un débit massique compris entre 15 et 25 sccm, jusqu'à obtenir une pression dans l'enceinte comprise entre 0,6 et 0,8 mbar.

6. Procédé de traitement selon la revendication 5, dans lequel le générateur électrique développe une puissance comprise entre 2000 et 2600 W lors de l'étape de génération d'une décharge de courant électrique et l'étape d'exposition de la surface cible (11) est réalisée durant 1 à 2 minutes.

7. Procédé de traitement selon l'une des revendications 2 à 6, dans lequel la couche de vernis (13) présente une unité de brillant mesurée à 60° inférieure à 5 GU.

8. Procédé de traitement selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel, à l'issue de l'étape d'obtention de la surface cible (11) sur la pièce (10), une étape de dépôt d'une couche de masquage est réalisée sur une partie de la surface cible (11) dite „zone masquée“, le reste de ladite surface cible (11) étant dite „zone exposée“, ladite couche de masquage étant destinée à protéger la zone masquée du plasma.

9. Procédé de traitement selon la revendication 2, dans lequel, lors de l'opération de pré-réticulation de la couche de vernis (13), seule une partie de ladite couche est pré-réticulée, l'autre partie étant entièrement réticulée.