FR2593114A1

FR2593114A1 - Materiau composite stratifie muni d'une couche d'arret de diffusion, en particulier pour elements de glissement et de frottement, et procede pour sa fabrication.

Info

Publication number: FR2593114A1
Application number: FR8700617A
Authority: FR
Inventors: Erich Hodes; Hodes Et Klaus Goerke Erich; Klaus Goerke
Original assignee: GLYCO METALL WERKE
Current assignee: GLYCO METALL WERKE
Priority date: 1986-01-20
Filing date: 1987-01-19
Publication date: 1987-07-24
Also published as: US4830933A; FR2593114B1; IT8719114A0; IT1201170B; GB2185495B; GB2185495A; GB8630976D0; JPS6378740A; ATA8787A; DE3601438C1; AT391106B; CH672095A5; BR8700176A

Abstract

La présente invention concerne un matériau composite stratifié, en particulier pour éléments de glissement et de frottement, dans lequel sont appliqués sur un substrat 1 par exemple sur une couche d'acier, une couche intermédiaire 2 contenant du cuivre et/ou de l'étain, et par dessus celle-ci - séparée par une couche d'arrêt de diffusion 3, épaisse d'environ 0,5 à 5 mu m - une couche fonctionnelle 4, par exemple une couche de frottement ou de glissement, contenant de l'étain et/ou du cuivre, matériau caractérisé en ce que la couche d'arrêt de diffusion 3 est formée d'un matériau qui forme un réseau cristallin hexagonal et que la couche d'arrêt de diffusion 3 est formée par pulvérisation cathodique avec constitution d'une structure de ce matériau au moins avec empilement dense de sphères, l'espace étant rempli à plus de 70% par les ions métalliques, sous vide. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

L'invention concerne des matériaux composites stratifiés, en particulier

pour éléments de glissement et de frottement, dans lesquelssont appliqués, sur un substrat,

par exemple sur une couche d'acier, une couche intermédiai-

re contenant du cuivre et/ou de l'étain et par dessus

celle-ci -séparée par une couche d'arrêt de diffusion épais-

se d'environ 0,5 à 5 pm- une couche fonctionnelle, par exem-

ple une couche de frottement ou de glissement, contenant de l'étain et/ou du cuivre.Dans des matériaux composites stratifiés connus, par exemple ceux selon DE-A-2 853 724,

sont prévues une couche intermédiaire qui est formée de ma-

tériau présentant des propriétés de fonctionnement avec

graissage insuffisant, par exemple une couche intermé-

diaire de bronze au plomb et par dessus celle-ci, une cou-

che fonctionnelle, par exemple une couche de glissement ou

de frottement et entre la couche intermédiaire et la cou-

che fonctionnelle ou couche de glissement ou de frottement est disposée, de préférence, une mince couche d'arrêt de

diffusion exempte d'oxydes pour empêcher l'étain de dif-

fuser, à températures-élevées, de la couche de glisse-

ment ou de frottement dans la couche intermédiaire. Il

s'agit par là de contrarier la formation de phases inter-

métalliques fragiles formées d'étain et de cuivre dans les régions de la couche intermédiaire qui sont voisines de la couche de glissement ou de frottement. De telles phases fragiles, en cas d'effort dynamique appliqué à un élément

de glissement ou de frottement, occasionneraient un déta-

chement de la couche de glissement ou de frottement. Pour

la formation de la couche d'arrêt de diffusion, il est pro-

posé dans DE - A-2 853 724 de prévoir, entre la couche intermédiaire et la couche de glissement ou de frottement, une couche d'arrêt de diffusion pulvérisée, formée de NiCr20 ou de chrome pur. Toutefois, comme le montre l'expérience pratique, la couche d'arrêt de diffusion nickel-chrome, et même une couche d'arrêt de diffusion formée de chrome pur, ne sont pas entièrement efficaces

dans le cas de couches de glissement ou de frottement con-

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tenant de l'étain (par exemple formées d'alliages AlSn).

Des examens à l'aide du microscope électronique à balayage

et de la microsonde montrent que visiblement, l'étain dif-

fuse, en passant par des lacunes réticulaires, à travers une telle couche d'arrêt de diffusion de NiCr20 ou de

chrome pur réalisée par pulvérisation cathodique et se ré-

unit au cuivre de la couche intermédiaire de bronze au plomb en formant une phase intermétallique fragile, entre

autres Cu6Sn5, qui, dans les conditions d'un fonctionne-

ment proche de la pratique, conduit au détachement de la

couche de glissement et donc à une détérioration du palier.

Egalement les couches d'arrêt de diffusion ap-

pliquées galvaniquement, usuelles dans la pratique, de toutes les compositions connues dans ce domaine, se sont montrées inefficaces à une température de fonctionnement

élevée car visiblement, elles présentent un nombre relati-

vement grand de lacunes réticulaires et par suite, à tem-

pérature élevée, laissent l'étain diffuser en quantité

appréciable, de la couche fonctionnelle ou couche de glis-

sement ou de frottement à la coucheintermédiaire.

Naturellement, de façon analogue à l'exemple cité plus haut,une couche d'arrêt de diffusion doit aussi

empêcher la diffusion de l'étain, d'une couche intermé-

diaire contenant de l'étain à une couche fonctionnelle con-

tenant du cuivre. Il est important d'empêcher la diffu-

sion de l'étain dans l'un ou l'autre sens, en ce sens qu'à mesure que l'on augmente la puissance des machines, en

particulier des moteurs à combustion interne, les compo-

sants de machine doivent être conçus pour de plus hautes températures de fonctionnement et que sur les couches d'arrêt de diffusion connues jusqu'ici, il faut s'attendre

à une perméabilité à l'étain notablement accrue.

Par suite, l'invention vise à perfectionner no-

tablement les matériaux composites stratifiés de l'espèce indiquée au début de façon telle que la diffusion de l'étain soit pratiquement empêchée ou du moins notablement

diminuée par la couche d'arrêt de diffusion et ce, en par-

ticulier aussi à température élevée.

Ce problème est résolu selon l'invention par le fait que la couche d'arrêt de diffusion est formée d'un matériau qui forme un réseau cristallin hexagonal et que la couche d'arrêt de diffusion est formée par pulvérisation cathodique avec constitution d'une structure de ce matériau au moins avec empilement dense de sphères,

l'espace étant rempli à plus de 70 % par les ions métal-

liques, sous vide.

Par l'application selon l'invention d'une couche

d'arrêt de diffusion formée de matériau métallique consti-

tuant un réseau cristallin essentiellement hexagonal, à l'aide du procédé de pulvérisation cathodique, on évite

sûrement -comme des expériences l'ont montré de façon sur-

prenante- que la couche fonctionnelle ne se détache de la

couche intermédiaire, même à une température de fonction-

nement élevée, par exemple de 200 C et au-dessus.

Dans un mode d'exécution préférentiel de l'invention, la couche d'arrêt de diffusion est constituée avec une structure recristallisée du réseau hexagonal, pratiquement exempte de lacunes. Dans ce cas, on obtient

un remplissage optimal de l'espace par les ions métalli-

ques, d'environ 74 % et le passage d'étain à travers la

couche d'arrêt de diffusion est rendu pratiquement impos-

sible, même à une température élevée.

Pour la formation de la couche d'arrêt de dif-

fusion, on peut envisager particulièrement les corps du groupe comprenant le titane, le zirconium, le hafnium,

le thorium, le béryllium, le magnésium ou un alliage con-

tenant au moins un de ces corps. Il est particulièrement avantageux que la couche d'arrêt de diffusion soit formée de titane pur qui, d'une part, est apparu approprié à la

constitution d'une couche d'arrêt de diffusion très ef-

ficace et présente, d'autre part, des propriétés avanta-

geuses pour le prétraitement et la formation d'une cible

à utiliser pour la pulvérisation cathodique.

La couche fonctionnelle est, de préférence, appliquée directement sur la couche d'arrêt de diffusion, et plus précisément par pulvérisation cathodique sous vide qui vient à la suite. Par suite, dans la surface limite ou dans la région limite entre la couche d'arrêt de dif- fusion et la couche fonctionnelle, il n'existe aucune espèce de cavité, ni d'inclusion de corps étrangers qui

peuvent perturber la structure de réseau cristallin parti-

culièrement dense de la couche d'arrêt de diffusion.

Un matériau composite stratifié selon l'inven-

tion peut être fabriqué de façon particulièrement avanta-

geuse par le procédé selon l'invention qui est caractéri-

sé par le fait que l'on soumet le substrat, préalablement revêtu de la couche intermédiaire, à un nettoyage ou à un décapage de la surface libre de la couche intermédiaire,

par pulvérisation cathodique inverse sous vide et immé-

diatement à la suite, à l'application de la couche d'arrêt de diffusion par pulvérisation cathodique avec maintien de conditions de température du substrat et de pression de plasma dans le récipient qui sont harmonisées entre elles conformément à la structure de couche d'arrêt de diffusion à obtenir. Il est apparu que si la température est aussi élevée que possible à la surface à revêtir et si la pression de plasma est aussi basse que possible dans

le récipient, les particules de matériau amenées à la sur-

face à revêtir dans le procédé de pulvérisation cathodique

présentent pratiquement une grosseur atomique et sont ame-

nées avec une grande énergie cinétique à la surface à re-

vêtir. Après avoir atteint la surface à revêtir, les par-

ticules ou atomes amenés conservent encore en moyenne une

mobilité appréciable de sorte qu'elles se détachent à nou-

veau plus ou moins, au moins en partie, du point d'impact sur la surface et s'incorporent, à la façon d'un processus de recristallisation, à la structure caractéristique du matériau, c'est-à-dire au réseau cristallin hexagonal à

empilement dense de sphères. Lorsqu'on maintient une hau-

te température, par exemple au-dessus de 600 C et une gran-

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de mobilité relative des particules ou atomes, on peut, en même temps que l'on constitue la couche d'arrêt de

diffusion, entretenir un processus constant de recristal-

lisation dans les parties déjà constituées de la couche, de sorte que l'on obtient une structure approchant de l'empilement le plus dense de sphères, 74 % de l'espace

étant rempli par les ions métalliques.

Naturellement, la température à la surface à re-

vêtir est assujettie à une limite supérieure par la compo-

sition de la couche intermédiaire, c'est-à-dire par le fait que des constituants de la couche intermédiaire, par

exemple le plomb, s'évaporent au-dessus d'un seuil de tem-

pérature. Dans le procédé selon l'invention, on peut ob-

vier à cette limite en élevant la température du substrat à la surface à revêtir pendant la formation de la couche

d'arrêt de diffusion, lorsque la couche d'arrêt de diffu-

sion a atteint l'épaisseur d'une ou plusieurs couches ato-

miques et par suite, peut s'opposer à l'évaporation de constituants de la couche intermédiaire. En outre, on

maintient aussi à une grande valeur la mobilité des parti-

cules appliquées par la pulvérisation cathodique sur la surface à revêtir de la couche intermédiaire par le fait que l'on opère avec une pression de plasma aussi basse que possible dans le récipient, de sorte que le nombre des

collisions de particules ou atomes pulvérisés cathodique-

ment avec des particules de plasma est maintenu réduit.

D'autre part, naturellement, si l'on abaisse trop forte-

ment la pression de plasma, la décharge luminescente anor-

male, qui constitue le véhicule physique de la pulvérisa-

tion cathodique, devient si faible que le passage de cou-

rant électrique, et donc le débit de la pulvérisation ca-

thodique diminuent excessivement. Toutefois, il est apparu

que les conditions physiques de travail pour la pulvérisa-

tion cathodique peuvent, avant que cette limite ne soit atteinte, être réglées et harmonisées entre elles de telle

sorte que la constitution de la couche d'arrêt de diffu-

sion se déroule encore à la façon d'un processus de recris-

tallisation. On peut obtenir une amélioration supplémentaire

en ce qui concerne la densité de la couche d'arrêt de dif-

fusion à former si, pendant la formation de la couche de diffusion, on applique au substrat une tension électrique négative qui est inférieure d'un ordre de grandeur à la

tension électrique négative appliquée à la cible. Toute-

fois, il faut alors tenir compte tout d'abord du fait que des particules de gaz et d'autres particules de corps

étrangers pourraient s'incorporer à la structure de la cou-

che d'arrêt de diffusion et y former des lacunes indési-

rables. Cependant, en fait, on peut empêcher cela effica-

cement par coopération avec latempérature élevée maintenue

à la surface à revêtir et la pression de plasma relative-

ment basse dans le récipient.

Le chauffage du substrat à la température dési-

rée lors de la formation de la couche d'arrêt de diffusion

peut s'effectuer pendant la pulvérisation cathodique in-

verse utilisée pour le nettoyage ou le décapage de la sur-

face libre de la couche intermédiaire. En particulier, on

peut utiliser cette pulvérisation cathodique inverse elle-

même pour engendrer la température désirée sur le substrat et plus précisément, uniquement ou avec soutien par un

autre apport d'énergie, par exemple un rayonnement infra-

rouge ou un chauffage par induction, ce dernier devant être moins envisagé lorsque la pulvérisation cathodique doit s'effectuer dans un champ magnétique. On peut aussi, au cours de la pulvérisation cathodique pour la formation

de la couche d'arrêt de diffusion, post-chauffer le sub-

strat et la couche d'arrêt de diffusion qui se forme, par

exemple par rayonnement infrarouge surle côté à revêtir.

Pour obtenir un rendement élevé de la pulvérisation catho-

dique et obtenir une grande vitesse d'impact des particu-

les ou atomes sur la surface à revêtir, il est recommandé, dans le cadre de l'invention, d'effectuer la formation de

la couche d'arrêt de diffusion par pulvérisation cathodi-

que dans un champ magnétique.

L'application de la couche fonctionnelle sur la couche d'arrêt de diffusion peut également s'effectuer par

pulvérisation cathodique et plus précisément, immédiate-

ment à la suite de l'application de la couche d'arrêt de diffusion. Il est alors possible non seulement de passer à la pulvérisation cathodique d'autre matière, à savoir du matériau prévu pour la couche fonctionnelle, mais aussi de

passer à d'autres conditions de fonctionnement et plus pré-

cisément en ce qui concerne la cible et éventuellement le potentiel à appliquer au substrat, en ce qui concerne la

pression de plasma à maintenir et la composition du plas-

ma. Pour pouvoir appliquer simultanément dans un récipient, d'une part, la couche d'arrêt de diffusion sur une pièce ou partie de pièce, d'autre part, la couche fonctionnelle

sur une autre pièce ou une autre partie de pièce, on pré-

voira alors avantageusement, à l'intérieur du récipient, des séparations et des sas par lesquels les pièces ou une

bande de matériau peuvent être transférées d'une région sé-

parée du récipient à une autre région séparée du récipient.

Si la formation de la couche fonctionnelle doit s'effectuer avec une autre composition de plasma que la formation de la couche de diffusion et s'il peut exister un risque qu'un plasma de composition différente puisse

avoir une action désavantageuse sur la surface libre frai-

chement engendrée de la couche d'arrêt de diffusion, il

s'offre dans le cadre du procédé selon l'invention la pos-

sibilité d'appliquer tout d'abord, par pulvérisation ca-

thodique ou placage ionique, sur la surface libre de la couche d'arrêt de diffusion, une mince couche protectrice

recouvrant celle-ci, en utilisant un plasma ayant pratique-

ment la même composition que pour la formation de la cou-

che d'arrêt de diffusion, cette couche protectrice pouvant

déjà être formée du matériau prévu pour la couche fonc-

tionnelle. Pour la formation d'une structure de couche d'arrêt de diffusion exempte de lacunes, il est apparu particulièrement avantageux et efficace que la cible à

utiliser pour la formation de la couche d'arrêt de dif-

fusion par pulvérisation cathodique, ou le matériau qu'elle

contient, soit soumis à un prétraitement assurant un déga-

zage poussé, de sorte que les matériaux de cible utilisés pour la formation de la couche d'arrêt de diffusion se

distinguent par une pauvreté particulière en gaz. Ce pré-

traitement du ou des matériaux contenus dans la cible à

utiliser pour la formation de la couche d'arrêt de dif-

fusion, assurant un dégazage particulièrement poussé, peut consister en une fusion sous vide poussé et/ou un recuit

sous vide poussé et/ou une distillation sous vide poussé.

Un exemple d'exécution de l'invention est dé-

crit plus précisément ci-après à propos des dessins, dans lesquels: la figure 1 montre en perspective une coquille

de palier lisse formée de matériau composite stratifié se-

lon l'invention;

la figure 2 est une vue en coupe partielle agran-

die suivant A-B de la figure 1, et la figure 3 montre un détail C de la figure 2,

en représentation encore notablement agrandie, avec inser-

tion d'unereprésentation schématique du réseau cristallin.

Dans l'exemple représenté, sur une couche por-

teuse 1 d'acier ou sur une coquille de soutien en acier est appliquée une couche intermédiaire 2 de matériau pour paliers contenant du cuivre, par exemple de bronze au

plomb, en une épaisseur de couche d'environ 0,2 à 0,7 mm.

Le matériau pour paliers contenant du cuivre de la couche intermédiaire 2 présente une composition comprise dans les limites usuelles pour les matériaux contenant du cuivre

dans des couches intermédiaires de paliers lisses à plu-

sieurs couches. Sur la surface de la couche intermédiaire 2 qui est opposée à la couche porteuse 1 est appliquée une

couche d'arrêt de diffusion 3 qui peut avoir,dans l'exem-

ple représenté, une épaisseur d'environ 3 m. Cette couche d'arrêt de diffusion est formée, dans l'exemple représenté, d'un alliage nickelétain ayant une teneur en étain de

% en masse. La couche d'arrêt de diffusion est appli-

quée par pulvérisation cathodique sur la surface libre de

la couche intermédiaire 2. Sur la surface libre de la cou-

che d'arrêt de diffusion 3, la couche de glissement 4 est

appliquée par pulvérisation cathodique sous vide. La cou-

che de glissement 4 est formée d'alliage contenant de l'étain ou d'alliage de dispersion. Comme alliage pour la couche de glissement 4, on peut envisager, par exemple, des alliages à base d'étain, par exemple SnSbl2Cu6Pb2 ou des alliages à base de plomb à teneurs notables en étain, par exemple PbSnlOCu2 ou PbSnlO. Toutefois, la couche de

glissement 4 peut aussi être formée d'alliage de disper-

sion, en particulier d'alliage à base AlSn, en particulier

AlSn6, AlSnlO, AlSn20 ou AlSn40.

En tout cas, l'étain contenu dans la couche de

glissement a normalement tendance à diffuser dans la cou-

che intermédiaire et à se réunir au cuivre qui s'y trouve en formant des phases intermétalliques, en particulier des phases intermétalliques fragiles, notamment Cu6Sn5 et cela, dans une mesure croissante à mesure que la température de fonctionnement du palier lisse s'élève. Les couches d'arrêt de diffusion connues, en particulier les couches d'arrêt de diffusion appliquées galvaniquement, peuvent arrêter notablement la diffusion de l'étain à de basses températures. A des températures de fonctionnement élevées,

par exemple de l'ordre de 200 C et au-dessus, l'étain dif-

fuse de la couche de glissement, pratiquement sans entrave, à travers les couches classiques d'arrêt de diffusion, dans

la couche intermédiaire contenant du cuivre. Cela s'expli-

que par le fait que dans la structure cristalline des cou-

ches d'arrêt de diffusion connues, il existe des lacunes dans une mesure telle que les atomes d'étain,plus mobiles en vertu de la température élevée, peuvent traverser sans

difficulté la couche d'arrêt de diffusion.

Par contre, dans le cas de la couche d'arrêt de diffusion pulvérisée 3, formée d'un matériau constituant un réseau cristallin hexagonal, un empilement dense de sphères pratiquement exempt de lacunes est formé, l'espace étant rempli par les ions métalliques à raison de plus de

%. Cette structure de réseau cristallin peut être ame-

née, par la recristallisation pouvant être exécutée en

même temps que la pulvérisation cathodique, jusqu'au rem-

plissage d'espace de 74 %, optimal pour l'empilement de sphère le plus dense hexagonalement, comme il est indiqué schématiquement sur la figure 3 par la structure de réseau

cristallin 5. Par la constitution du réseau cristallin he-

xagonal en un empilement dense de sphères, éventuellement en une structure recristallisée avec l'empilement le plus dense de sphères, la couche d'arrêt de diffusion 3, formée de titane pur dans l'exemple représenté, est pratiquement imperméable aux atomes d'étain, même à des températures

élevées, par exemple à 200 C et davantage.

Au lieu du titane pur utilisé dans le présent

exemple pour la formation de la couche d'arrêt de diffu-

sion 3, on peut aussi utiliser d'autres matériaux métalli-

ques qui présentent un réseau cristallin hexagonal avec la

possibilité d'un empilement de sphères denseou très dense.

A cet effet, on peut envisager le zirconium, le hafnium,

le thorium, le béryllium, le magnésium ou encore des al-

liages d'un ou plusieurs de ces métaux. Toutefois, le titane offre, pour la mise en oeuvre du procédé, des avantages particuliers dont il est question dans l'exemple

d'exécution ci-après.

Exemple d'exécution

On applique un support d'acier 1, revêtu de fa-

çon classique de la couche intermédiaire 2 en matériau

pour paliers contenant du cuivre, sur un substrat métalli-

que qui est éventuellement conçu sous la forme d'un cha-

riot et peut se déplacer à l'intérieur d'un récipient sub-

divisé en chambres, utilisé pour la pulvérisation cathodi-

que. Le substrat est muni d'une chambre pouvant être rin-

cée avec du liquide, qui est raccordée à un circuit d'agent de chauffage liquide ou de milieu caloporteur, par exemple d'huile. Après introductiondans le récipient, on chauffe tout d'abord, par réglage de la température de l'agent de chauffage liquide, le demi-produit formé de la couche porteuse 1 et de la couche intermédiaire 2 S et qui est appliqué sur le substrat par la surface libre de la couche intermédiaire 2, à l'état dégagé, de façon conductrice de la chaleureton le dégaze en faisant Ie vide dans le récipient jusqu'à ce qu'une pression d'environ

-5 mbar soit atteinte dans le récipient.

A la suite du dégazage du produit fini, on in-

troduit dans le récipient du gaz de plasma, de préférence de l'argon, jusqu'à ce qu'une pression de 5.10 3 à 5.10-2 mbar soit atteinte. Il s'effectue alors un nettoyage

et un dépolissage de la surface libre de la couche inter-

* médiaire 2, sous la forme d'un décapage par pulvérisation cathodique inverse. A cet effet, on branche comme cathode le substrat sur lequel est disposé le demi-produit et on engendre une décharge luminescente anormale en appliquant une tension de décapage de 400 à 1000 V, de préférence de 500 V et en maintenant un courant de décapage de 5 à 15 A ou une densité de courant de décapage de 5 à 15 mA/cm2

de la surface à décaper. Pendant cette pulvérisation ca-

thodique inverse, on établit et on maintient sur le demi-

produit une température de substrat de 120 C à 200 C, de préférence de 140 C, par l'action conjointe de l'agent de chauffage liquide et de la pulvérisation cathodique

inverse. La durée de ce traitement de décapage par pulvé-

risation cathodique inverse doit être choisie conformé-

ment aux exigences de chacun des cas.

A la suite du décapage par pulvérisation ca-

thodique inverse s'effectue l'application de la couche d'arrêt de diffusion par pulvérisation cathodique. A cet effet, on branche comme anode le substrat encore relié par sa chambre de chauffage et de refroidissement au circuit

d'agent de chauffage, ou on le relie à un potentiel né-

gatif d'environ 30V à 70 V. Alors s'effectue la constitu-

tion de la couche d'arrêt de diffusion par pulvérisation cathodique d'une cible formée de la matière désirée de la couche d'arrêt de diffusion, par exemple d'une cible en plaque de titane pur. Une telle plaque de titane est

facilement accessible et peut aussi être travaillée méca-

niquement de façon simple. Une cible en plaque de titane sera aussi soumise de façon simple aux prétraitements nécessaires, à savoir le dégazage et le nettoyage de la

surface par prépulvérisation, donc une pulvérisation catho-

dique sur un écran opposé à la cible.

Pendant la constitution de la couche d'arrêt de diffusion, on applique une différence de potentiel de 300V à 700V, en tant que tension de pulvérisation, entre la cible et le substrat c'est-à-dire le demi-produit formé

de la couche porteuse 1 et de la couche intermédiaire 2.

Le courant de pulvérisation maintenu lors de la constitu-

tion de la couche d'arrêt de diffusion est, dans cet exem-

ple, de 50 A à 150 A, ou de 100 W/cm2 à 30 W/cm2 de la surface à revêtir. Pendant la constitution de la couche

d'arrêt de diffusion, on maintient le substrat, c'est-à-

dire le demi-produit à revêtir, au moyen de fluide calo-

porteur liquide amené au substrat, à une température de

C à 200 C, de préférence 140 C. C'est là une tem-

pérature que le matériau de la couche intermédiaire 2, contenant du cuivre, peut supporter sans évaporation ni

migration de constituants d'alliage. Dans le présent exem-

ple, pendant toute la pulvérisation de la couche d'arrêt de diffusion, il faut maintenir la température autant que possible constante, c'est-à-dire entre des limites de 5 C. Pendant la constitution de la couche d'arrêt de diffusion 3 par pulvérisation cathodique, on maintient la pression de plasma dans le récipient dans la gamme de 1.10-3 à 5.10- 2 mbar. Dans ces conditions de température et de pression, il se produit, au sein de la couche d'arrêt de diffusion 3 qui se constitue, un processus de recristallisation par lequel l'empilement de sphères du réseau métallique hexagonal peut être densifié jusqu'à l'empilement de sphères le plus dense hexagonalement et

à un remplissage de l'espace atteignant 74 %.

A la suite de la constitution de la couche d'arrêt de diffusion 3 s'effectue la constitution de la couche fonctionnelle ou couche de glissement 4, dans des conditions pratiquement semblables, en ce qui concerne la tension de pulvérisation, le courant de pulvérisation, la température du substrat et la pression de pulvérisation, à celles que l'on règle déjà lors de la constitution de la couche d'arrêt de diffusion, avec cette différence que la pulvérisation cathodique s'effectue sur une ou plusieurs cibles ayant une composition de matériau comme celle que l'on désire pour la couche fonctionnelle ou couche de

glissement 4 dont il s'agit. En outre, lors de la constitu-

tion de la couche fonctionnelle, il peut se former des fractions d'oxydes qui s'enchassent sûrement, sous forme de très fines particules, pour consolider la dispersion, dans la couche fonctionnelle, par exemple la couche de glissement, comme cela est connu par les brevets

DE 28 53 724 et 29 14 618. L'oxygène nécessaire à cet ef-

fet peut être inclus dans la cible dont il s'agit ou bien on peut l'ajouter au plasma. Mais en tout cas, la couche

d'arrêt de diffusion doit être maintenue exempte de frac-

tions d!oxydes.

Les étapes de procédé expliquées dans l'exemple d'exécution ci-dessus peuvent s'effectuer dans un récipient simple ou successivement dans le temps.Toutefois,il est possible aussi de prévoir un récipient subdivisé en cham-

bres, muni de sas entre les chambres, dans lequel les dif-

férentes étapes de procédé peuvent être exécutées, par exemple une chambre pour le dégazage du demi-produit, à la suite de celle-ci une chambre pour le nettoyage et le

dépolissage de la surface à revêtir par pulvérisation ca-

thodique inverse, à la suite de celle-ci, une chambre pour engendrer la couche d'arrêt de diffusion et une chambre

pour engendrer la couche fonctionnelle ou couche de glis-

sement 4. S'il y a lieu de fabriquer le matériau composi-

te stratifié de façon continue sous la forme d'une bande, on peut introduire continuellement la bande de demi-produit

dans le récipient par un sas d'entrée et retirer conti-

nuellement du récipient la bande de matériau composite stratifié, par un sas de sortie. De façon analogue, on peut aussi introduire des morceaux de demi-produit formés d'un support d'acier 1 et d'une couche intermédiaire 2

dans le récipient, par un sas d'entrée, et retirer succes-

sivement du récipient, par un sas de sortie, les morceaux correspondants de matériau composite stratifié pendant que l'on entretient de façon continue, à l'intérieur du

récipient, le déroulement du procédé.

Claims

-R E V E N D I C A T I O N S-

1. Matériau composite stratifié, en particulier pour éléments dealissement et de frottement, dans lequel

sont appliqués, sur un substrat, par exemple sur une cou-

che d'acier, une couche intermédiaire contenant du cuivre et/ou de l'étain et par dessus celle-ci -séparée par une

couche d'arrêt de diffusion épaisse d'environ 0,5 à 5 Fm-

une couche fonctionnelle, par exemple une couche de frot-

tement ou de glissement,contenant de l'étain et/ou du cuivre, matériau caractérisé en ce que la couche d'arrêt

de diffusion (3) est formée d'un matériau qui forme un ré-

seau cristallin hexagonal et que la couche d'arrêt de dif-

fusion (3) est formée par pulvérisation cathodique avec constitution d'une structure de ce matériau au moins avec empilement dense de sphères, l'espace étant rempli à plus

de 70 % par les ions métalliques, sous vide.

2. Matériau selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que la couche d'arrêt de diffusion (3) est constituée avec une structure recristallisée du réseau

hexagonal, pratiquement exempte de lacune.

3. Matériau selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 et 2, caractérisé en ce que la couche d'arrêt

de diffusion est formée de l'un des corps du qroupe compre-

nant le titane, le zirconium, le hafnium, le thorium, le béryllium, le magnésium ou un alliage contenant au moins

un de ces corps.

4. Matériau selon la revendication 3, caracté-

rise en ce que la couche d'arrêt de diffusion (3) est for-

mé de titane pur.

5. Matériau selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 4, caractérisé en ce que la couche fonction-

nelle (4) est appliquée sur la couche d'arrêt de diffusion

(3) par pulvérisation cathodique sous vide, faisant immé-

diatement suite.

6. Procédé de fabrication d'un matériau compo-

site stratifié selon l'une quelconque des revendications

1 à 5, caractérisé en ce que l'on soumet le substrat, pré-

alablement revêtu de la couche intermédiaire, à un nettoyage

ou à un décapage de la surface libre de la couche intermé-

diaire, par pulvérisation cathodique inverse sous vide et immédiatement à la suite, à l'application de la couche d'arrêt de diffusion par pulvérisation cathodique avec maintien de conditions de température du substrat et de pression de plasma dans le récipient qui sont harmonisées entre elles conformément à la structure de couche d'arrêt

de diffusion à obtenir.

7. Procédé selon la revendication 6, caracté-

risé en ce que pendant la formation de la couche d'arrêt de diffusion, on règle la température du substrat, au moins au début de la formation de la couche d'arrêt de diffusion, à une valeur maximale permise conformément à la composition de la couche intermédiaire, et en ce que l'on règle la pression de plasma dans le récipient à une valeur qui, avec application à la cible d'un potentiel électrique choisi, correspond à la pression de plasma nécessaire au passage minimal de courant électrique à maintenir lors de

la pulvérisation cathodique, dans la décharge luminescen-

te anormale.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 6 et 7, caractérisé en ce que l'on élève la tempé-

rature à la surface à revêtir à mesure que la couche

d'arrêt de diffusion se constitue de façon croissante.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 6 à 8, caractérisé en ce que pendant la formation de la couche d'arrêt de diffusion, on applique au substrat une tension électrique négative qui est inférieure d'un

ordre de grandeur à la tension électrique négative appli-

quée à la cible.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 6 à 9, caractérisé en ce que l'on effectue le chauffage du substrat à la température désirée lors de la formation de la couche d'arrêt de diffusion pendant et/ou par la pulvérisation cathodique inverse servant à nettoyer

ou à décaper la surface libre de la couche intermédiaire.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 6 à 10, caractérisé en ce qu'au cours de la pulvé-

risation cathodique pour la formation de la couche d'arrêt de diffusion, on réchauffe le substrat et la couche d'arrêt de diffusion en formation, par exemple par irradiation

infrarouge sur le côté à revêtir.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 6 à 11, caractérisé en ce que l'on effectue la for-

mation de la couche d'arrêt de diffusion par pulvérisation

cathodique dans un champ magnétique.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 6 à 12, caractérisé en ce qu'immédiatement à la suite de l'application de la couche d'arrêt de diffusion, on applique la couche fonctionnelle sur lasurface libre de

celle-ci, par pulvérisation cathodique, le potentiel élec-

trique, la pression de plasma et la composition du plasma devant être orientés sur les conditions désirées pour la

formation de la couche fonctionnelle.

14. Procédé selon la revendication 13, caracté-

risé en ce que lorsqu'on forme la couche fonctionnelle

avec une autre composition de plasma que lors de la forma-

tion de la couche d'arrêt de diffusion, on applique tout

d'abord sur la surface libre de la couche d'arrêt de dif-

fusion, par pulvérisation cathodique ou placage ionique, une mince couche protectrice recouvrant la couche d'arrêt

de diffusion, avec utilisation d'un plasma ayant pratique-

ment la même composition que pour la formation de la cou-

che d'arrêt de diffusion, de préférence en partant du maté-

riau prévu pour la couche fonctionnelle.

15. Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 6 à 14,caractérisé en ce que l'on soumet la cible

à utiliser pour la formation de la couche d'arrêt de dif-

fusion par pulvérisation cathodique, ou le matériau qu'elle

contient, à un prétraitement assurant un dégazage pousse.

16. Procédé selon la revendication 15, caracté-

risé en ce que l'on soumet le matériau contenu dans la ci-

ble à utiliser pour la formation de la couche d'arrêt de diffusion à un prétraitrement de dégazage par fusion sous

vide poussé et/ou recuit sous vide poussé et/ou distilla-

tion sous vide poussé.