FR2598157A1 - Procede pour produire des depots de plasma etendus et de qualite elevee - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES TECHNIQUES DE DEPOT DE MATIERE PAR PULVERISATION PAR PLASMA A BASSE PRESSION. LE PROCEDE DE L'INVENTION CONSISTE A FORMER DES COUCHES DENSES DE METAUX ET DE COMPOSES SUR UNE SURFACE RECEPTRICE34 DE FORME GEOMETRIQUE SIMPLE, PAR L'UTILISATION D'UNE TECHNIQUE DE PULVERISATION PAR PLASMA DANS UNE CHAMBRE A VIDE, DANS LAQUELLE ON UTILISE SIMULTANEMENT PLUSIEURS CANONS A PLASMA10 POUR DEPOSER DE LA MATIERE DANS DES ZONES EN CHEVAUCHEMENT. DES COUCHES A FAIBLE DENSITE QUI SONT PRODUITES PAR DES CANONS DIFFERENTS ET QUI SE CHEVAUCHENT, SE COMBINENT POUR FORMER UNE COUCHE DE DENSITE ELEVEE, CE QUI PERMET D'OBTENIR UN DEPOT ETENDU DE HAUTE QUALITE SANS MOUVEMENT RELATIF ENTRE LA SURFACE RECEPTRICE ET LES CANONS A PLASMA. APPLICATION AU DEPOT DE SUPERALLIAGES.

Description

La présente invention concerne un procédé et des moyens pour former des

articles denses et des articles de configuration irrégulière, par dépôt par plasma. Elle porte plus particulièrement sur un procédé et un appareil de dépôt par plasma à basse pression au moyen desquels on forme sur des surfaces réceptrices des dépôts plus denses, ayant une

bonne cohésion, qui peuvent avoir des formes compliquées.

L'état actuel de la technique de dépôt par plasma à basse pression permet de déposer une couche dense dans la 10 partie centrale de la zone cible qui est balayée par une flamme de plasma. Pour un appareil et un jeu de paramètres de fonctionnement particuliers, le diamètre de cette région centrale correspond à une aire d'environ 20 à 40 cm, et les densités de dépôt approchent de 100%, en particulier si on soumet la couche déposée à un traitement thermique de densification. Egalement de façon caractéristique, le dépôt pulvérisé qui entoure la région centrale, en particulier dans une région marginale, est moins dense et devient en fait extrêmement poreux à l'extérieur d'une zone d'environ 100 cm2. La zone extérieure poreuse n'est même pas densifiée à 97% de la densité théorique, et la matière ayant une densité inférieure à 97% présente de mauvaises combinaisons de

propriétés physiques, et en particulier de mauvaises propriétés de résistance à la traction.

Pour replacer ceci dans son contexte, on note que lorsqu'on utilise des zones circulaires, une zone centrale désignée de dépôt dense ayant une aire de 20 cm2 s'étend sur une région ayant un diamètre d'environ 5 cm. Si seule la zone centrale est dense après dépôt, seule une faible fraction du dépôt global est dense. Une zone ayant une aire de 40 cm est contenue à l'intérieur d'un cercle ayant environ 7,1 cm de

diamètre, et la zone d'une aire de 100 cm est contenue à 5 l'intérieur d'un cercle ayant environ 11,3 cm de diamètre.

Avec la technologie actuelle, si la taille du dépôt à former avec un canon à plasma est supérieure, selon au moins une dimension, à la région dense d'un motif de pulvérisation, il est nécessaire d'utiliser un mouvement du canon ou un mouvement du substrat, ou les deux, pour couvrir la zone plus étendue. Ce mouvement conduit à un dépôt qui consiste en une certaine combinaison de dépôt dense et de dépôt poreux. L'effet de l'augmentation de la taille du dépôt, sur les propriétés de ductilité et de résistance à 15 la traction du dépôt, conduit à la conclusion que des dépôts d'aire plus élevés sont moins denses et ont une plus faible résistance mécanique lorsqu'ils viennent d'être déposés.

On a formé des dépôts par pulvérisation par plasma 20 à partir de nombreuses matières de départ en poudre, comprenant des poudres de superalliages à base de nickel.

On a trouvé que les valeurs de ductilité sont faibles pour des dépôts qui ont une densité inférieure à 97% après traitement thermique, comme par exemple à environ 12500C pendant une durée appropriée pour des superalliages

à base de nickel.

Un but de l'invention est donc de procurer un procédé par lequel on puisse réaliser des revêtements de surface denses sur de plus grandes étendues, par dépôt par plasma 30 à basse pression, avec de bonnes propriétés pour la couche

qui vient d'être déposée.

Un autre but est de procurer un appareil qui permette d'effectuer des dépôts denses sur de plus grandes étendues, par des techniques de dépôt par plasma à basse pres35 sion.

Un autre but est de procurer un procédé par lequel on puisse effectuer des dépôts denses sur une surface non

plane de dimensions relativement supérieures.

Un autre but encore est de permettre l'obtention 5 de dépôts ayant une densité plus uniforme, par des techniques de dépôt par plasma à basse pression, sur une étendue

relativement grande.

Selon l'un des aspects les plus larges de l'invention, on peut atteindre ces buts en montant au moins deux canons dans une chambre de pulvérisation par plasma à basse pression, et en déposant simultanément de la matière issue des canons selon des configurations qui se chevauchent pendant la formation du dépôt. Les deux canons sont montés dans la chambre de façon à définir pour la flamme de plasma 15 une trajectoire qui rencontre une surface réceptrice selon

une configuration en chevauchement.

On a trouvé que lorsqu'on emploie un premier canon à plasma pour former un dépôt par pulvérisation par plasma dans une zone, ce dépôt étant normalement poreux, et on emploie un second canon pour former un dépôt dans la même zone, ce second dépôt devant normalement être poreux, on peut obtenir de façon surprenante un dépôt totalement dense si on utilise simultanément les deux canons pour produire

des dépôts qui seraient individuellement des dépôts poreux 25 formés par un seul canon.

L'utilisation simultanée de plus de deux canons entre dans le cadre du procédé de l'invention, lorsqu'on

désire une configuration encore plus grande.

La suite de la description se réfère aux dessins 30 annexés qui représentent respectivement:

- Figure 1: un schéma d'un appareil de dépôt par plasma à basse pression montrant plus particulièrement le

canon à plasma et sa relation avec la cible.

Figure 2: un diagramme en courbes de niveau d'un 35 dépôt par pulvérisation par plasma, indiquant l'épaisseur et

la densité du dépôt à divers emplacements.

Figure 3: un diagramme en courbes de niveau similaire à celui de la figure 2.

Figure 4: un diagramme en courbes de niveau simi5 laire à celui de la figure 2, mais pour un dépôt formé en employant deux canons.

Figure 5: un diagramme en courbes de niveau similaire à celui de la figure 4.

Figure 6: un diagramme en courbes de niveau simi10 laire à celui de la figure 4.

Figure 7: un diagramme similaire à celui de la

figure 4.

Figure 8: un jeu de deux graphiques dont la partie supérieure consiste en une représentation graphique de 15 la contrainte en fonction de la densité, et dont la partie inférieure est une représentation graphique de la réduction de la section d'une éprouvette d'essai de traction, en fonction de la densité, et qui est liée àla ductilité ou à

l'extensibilité des échantillons.

La figure I montre schématiquement un canon de pulvérisation par plasma 10 enfermé dans une enceinte à basse pression 1. Le canon comporte une cathode centrale 12 qui est espacée par rapport à une anode annulaire 14. Une alimentation 16 connectée à la cathode et à l'anode par des 25 conducteurs respectifs 18 et 20 établit une tension de fonctionnement entre l'anode et la cathode. L'anode comporte une ouverture centrale 22 à travers laquelle passe un flux de

particules indiquées schématiquement en 24. Les particules sont amenées à l'ouverture 22 à travers les orifices d'ali30 mentation 26 et 28 qui sont répartis autour de l'anode 14.

Un écoulement de gaz est introduit par les orifices 30 et 32 et le gaz traverse l'espace annulaire entre la cathode 12 et l'anode 14. Le gaz est introduit par les orifices 30 et 32 à

partir d'une source non représentée, et sa circulation dans 35 l'espace annulaire entre la cathode et l'anode permet l'éta-

blissement d'un plasma d'arc sous l'effet de l'application d'une puissance d'excitation appropriée et de la formation d'un arc approprié entre l'anode et la cathode. La circulation du gaz à travers l'espace annulaire et à travers l'ori5 fice 24 entraîne les particules introduites dans l'orifice, de façon à les éloigner de ce dernier et à les diriger vers une cible 34 située à distance du canon de pulvérisation par

plasma d'arc 10. Un dépôt de matière 36 se forme sur la cible 34 qui fait fonction de substrat pour la couche de 10 matière 36 déposée.

Le canon et la cible sont enfermés dans une enceinte à basse pression 8, représentée par une ligne en

pointillés sur la figure 1. Des moyens appropriés d'alimentation en gaz et en poudre alimentent le canon à partir de 15 réservoirs situés à l'extérieur de l'enceinte 8.

Une alimentation appropriée 38 est prévue pour maintenir une tension désirée entre le canon 10 et la cible 34, et pour imposer à la cible un changement de tension désiré, de la manière qui convient pour le fonctionnement du 20 canon et le dépôt d'une couche 36 désirée. Des conducteurs et 42 connectent respectivement la source d'alimentation 38 au canon 10 et à la cible 34. Lorsque le plasma d'arc est établi entre l'anode et la cathode, une température très élevée, de l'ordre de 10 000 à 20 000 C est produite, et 25 l'énergie de ce plasma est suffisante pour provoquer la fusion des particules introduites dans l'orifice 24. Les

particules en fusion sont entraînées dans le jet de plasma du canon 10 vers la cible 34, dans le flux 44, comme représenté.

Lorsqu'on utilise la technique de plasma à basse pression employant un canon à plasma tel que le canon 10, pour effectuer un dépôt sur une surface relativement grande, telle que la surface 34, il est préférable de chauffer la surface elle-même. Le chauffage peut être effectué par la 35 chaleur provenant du canon à plasma lui-même, ou par une source indépendante. Lorsqu'on utilise un seul canon ayant une énergie de pulvérisation par plasma d'environ 80 kW, l'aire maximale d'un échantillon qu'on peut maintenir à

2 2

environ 900 C est d'environ 1000 cm. Une aire de 1000 cm est contenue dans une zone de forme générale circulaire

d'environ 36 cm de diamètre.

On a monté côte à côte deux canons de pulvérisation par plasma de la marque EPI modèle 03-CA, avec des anodes 03-CA-80, dans une chambre à basse pression refroidie 10 par eau ayant des dimensions de 114 cm de diamètre et de 137 cm de longueur. A l'intérieur de cette structure, on a placé un support de montage de canons de façon à pouvoir monter sur le support deux canons séparés seulement par une distance de 9 cm, et ces deux canons pouvaient être orientés 15 de façon à pouvoir faire varier largement le point de visée de chaque canon, par un mécanisme de commande actionné à

partir de l'extérieur de la chambre.

On a également équipé l'appareil de façon à supporter des substrats mesurant environ 15,2 cm sur 25,4 cm, 20 avec une épaisseur de 0,32 cm. Les substrats utilisés étaient en tôle de cuivre. Après le dépôt d'une couche sur la surface du substrat par le procédé de plasma à basse

pression, on a fait disparaître les substrats par dissolution chimique sélective.

La poudre qu'on a utilisée dans la formation par plasma de ces couches consistait en une poudre métallique formée par des grains correspondant à un tamis de 0,037 mm d'ouverture de maille, d'un alliage IN-100, fourni par

Homogeneous Metals, Clayville, New York.

Après enlèvement du substrat, on a découpé la couche déposée en formes en haltères classiques, du type utilisé habituellement pour effectuer des essais de traction, ces formes comportant des éléments d'extrémité et un élément

central d'environ 0,203 cm de largeur. Les épaisseurs 35 étaient d'environ 0,157 0,0025 cm.

La figure 2 montre les résultats de la formation d'un dépôt sur une surface réceptrice, à partir d'un seul canon de pulvérisation par plasma. Les lignes de niveau sont des lignes d'égale épaisseur qui illustrent la configuration 5 du dépôt. La légende de la figure 2 fait apparaître de façon évidente les valeurs de densité pour chaque échantillon du dépôt se trouvant à l'intérieur du rectangle indiqué. Au centre, la densité du dépôt est de 95,6, et cette densité

est élevée à 99,6 par un traitement thermique de 2 heures à 10 1250 C.

Cependant, la densité des deux rectangles extérieurs est faible, aussi bien en ce qui concerne l'état après dépôt (valeurs respectives de 87,2 et 89,6), qu'après recuit (valeurs respectives de 92,1 et 95,2). On trouve éga15 lement que des échantillons ayant une aussi faible densité

ont de faibles résistances à la traction.

L'examen des données présentées sur la figure 8 permettra de mieux comprendre l'importance des différentes densités de la matière qui est déposée par le dépôt par 20 plasma avec solidification rapide qui est mis en oeuvre conformément à l'invention. Sur la figure 8, la densité est portée en abscisse, avec une densité décroissante à partir de l'axe des ordonnées. Les valeurs indiquées en ordonnée forment deux parties séparées par les deux lignes parallè25 les ondulées, qui indiquent une discontinuité dans l'échelle d'ordonnée. L'échelle inférieure désigne le rapport entre l'aire de section droite d'origine d'une éprouvette en forme de barre pour essai de traction, et l'aire de section droite finale de l'éprouvette d'essai de traction, juste avant

qu'elle se sépare en deux moitiés, lorsque la charge de rupture est atteinte, et ce rapport est exprimé en pourcentage entre le diamètre d'éprouvette d'origine, et le diamètre d'éprouvette final (A). Par exemple, dans le coin inférieur gauche de la figure, un point de données apparaît à 35 une densité d'environ 99% et une réduction d'aire de 9%.

Ceci signifie que l'échantillon correspondant à ce point de données avait une aire de section droite au point de striction de l'éprouvette d'essai de traction qui était réduite de 9% par rapport à ses dimensions d'origine, au moment o l'éprouvette a été rompue en deux segments. La courbe supérieure de la figure 8 montre la résistance à la traction d'une éprouvette en N/mm2, en ordonnée, en fonction de la densité, en pourcentage, des échantillons respectifs. La densité en pourcentage est por10 tée sur la même échelle que pour la partie inférieure de la figure 8. Par exemple, un point de données rond à 1290 et 97% indique une charge de rupture d'environ 1290 N/mm2 pour une

matière ayant une densité d'environ 97%.

Un point de données triangulaire placé à la même 15 position indiquerait qu'une éprouvette ayant une densité d'environ 97% a présenté une limite élastique d'environ 290 N/mm2, en utilisant les indicateurs et les tests de

limite élastique habituels.

Le rectangle représenté en trait continu dans la 20 partie supérieure de la figure 8 désigne une région de nombreux points de données et l'encadrement par le rectangle est destiné à indiquer que de nombreux points de données ont été relevés dans la région indiquée. Les valeurs indiquées concernent la charge de rupture de la matière testée. 25 Un rectangle correspondant en pointillés dans la région de 1220-1290N/mm2 représente de nombreux points de données correspondants qui indiquent la limite élastique des matières testées. En d'autres termes, pour les matières qui ont été testées et qui ont des valeurs de charge de rupture dans la plage de 1650 N/mm2, on a obtenu pour ces mêmes échantillons des limites élastiques dans la plage de1220 à N/rmm2 De façon similaire, le rectangle de dimensions inférieures à environ 1520 N/mm2 définit une zone représen35 tant des points de test multiples pour la charge de rupture de divers échantillons. Le rectangle en pointillés à environ 1040 N/mm représente les limites élastiques correspondantes des échantillons indiqués dans le rectangle en trait conti2

nu précité, à 1520N/mm2.

En outre, les données qui se trouvent à l'intérieur du rectangle en trait continu à environ 1650 N/mm2 correspondent à des éprouvettes prélevées dans la "zone dense" de chaque échantillon testé. On appelle ici "zone dense" une région dense d'un dépôt de matière pulvérisée par plasma, qui résulte d'un dépôt effectué à partir d'un canon fixe sur un substrat fixe, sans mouvement relatif entre eux. Par exemple, les données recueillies pour le rectangle supérieur de la figure 8, en particulier le rectangle en trait continu à environ 1650 N/mm2, correspondent à une mesure effectuée 15 sur une éprouvette de "zone dense", qui a été préparée en

utilisant un mélange d'argon et d'hydrogène dans le canon à partir duquel le dépôt a été émis. L'hydrogène utilisé dans ce mélange correspondait à un pourcentage relativement faible en volume, et à un pourcentage encore plus faible en 20 poids.

On a préparé certains des échantillons avec un mouvement relatif unidirectionnel entre le canon et la plaque collectrice. A titre d'exemple, les données recueillies en relation avec les points de données qui sont contenus dans le rectangle en trait continu à environ 1520 N/mm, correspondent à des échantillons préparés à partir d'un plasma établi entre un canon et une plaque collectrice, avec un mouvement dans la direction x, ou en d'autres termes dans une première et seule direction, accompagnant le dépôt du 30 plasma sur la plaque. Pour ces échantillons le dépôt formé consistait en un dépôt ayant des dimensions extérieures d'environ 5 cm x 12 cm, à cause du mouvement relatif du

canon et de la plaque collectrice.

On a préparé d'autres échantillons avec un mouve35 ment relatif plus complexe entre un seul canon et la plaque collectrice. Pour un certain nombre d'échantillons identifiés sur la figure 8, le mouvement relatif du canon et de la

plaque était un mouvement bidirectionnel. Les deux directions étaient orientées mutuellement à 90 , et le dépôt for5 mé avait des dimensions extérieures globales d'environ 15 cm x 15 cm.

On a relevé encore d'autres points de données en employant à la fois un mouvement relatif bidirectionnel entre un seul canon et une plaque, et un angle de dépôt pour 10 le plasma dirigé vers la plaque. Par exemple, le point de données désigne par A est un point de donnees pour lequel l'angle de dépôt était de 70 . Le point de données B est un point de données pour lequel l'angle de dépôt était de 50 et le point de données C représente un point auquel l'angle 15 de dépôt était de 30 . Pour les autres points de données, pour lesquels l'angle de dépôt n'est pas spécifié, cet

angle est de 90 .

En ce qui concerne les données relatives à l'angle de dépôt, il apparaît de façon évidente qu'il y a une dimi20 nution rapide des propriétés mesurées de résistance mécanique et de densité des échantillons, pour des échantillons préparés avec des angles de dépôt diminuant progressivement au point de visée du canon, cet angle étant mesuré par

rapport au canon duquel provient le plasma.

En ce qui concerne les gaz employés dans le fonctionnement du canon, tous les échantillons ont été préparés en utilisant dans le canon un mélange d'argon et d'hélium, sauf lorsqu'il est indiqué sur le graphique de la figure 8

qu'on a utilisé dans le canon un mélange d'argon et d'hydro30 gène.

En considérant maintenant les données représentées graphiquement dans la partie inférieure de la figure 8, on note que les échantillons qui ont été préparés et à partir desquels les données ont été relevées sont les mêmes que

ceux préparés et testés dans la partie supérieure de la figu-

re. Par exemple, les données contenues dans le rectangle en trait continu à environ 350 N/cm2 sont.représentées par un ensemble de points de données qui sont contenus dans le rectangle en pointillés qui s'étend approximativement de 10 à 20% pour R/A. Les autres points de données dans la représentation graphique de la relation entre le pourcentage de ductilité (approximativement équivalent à R/A) et la densité portée en abscisse, correspondent à des mesures effectuées

sur les mêmes échantillons préparés et testés qu'on a utili10 sés pour la représentation graphique dans la partie supérieure de la figure 8.

On sait qu'on obtient les meilleurs résultats de dépôt par plasma à basse pression lorsque le substrat qui doit recevoir le dépôt est chauffé à environ 900 C. Cepen15 dant, sauf si des moyens sont prévus pour maintenir la température de la surface réceptrice ou de l'article récepteur à la température élevée préférée d'environ 900 C, la taille d'un article devant recevoir un revêtement est limitée lorsque la seule source de chaleur est la chaleur qui pro20 vient du canon à plasma lui- même. Le calcul montre qu'un canon à plasma de 80 kW peut maintenir une surface d'envi2

ron 1000 cm chauffée à une température d'environ 900 C.

Pour des articles plus grands, l'article n'atteint pas la température préférée et il existe donc un certain risque de 25 mauvaises propriétés d'un dépôt, qui résulte du fait que la température de la surface réceptrice est inférieure à la

valeur souhaitable.

Cependant, l'invention permet de former des dépôts denses sur une surface réceptrice de plus grandes 30 dimensions, du fait de l'utilisation de canons à plasma multiples pour déposer une couche de matière sur la surface, et également du fait que la surface qui doit recevoir la

matière est elle-même de préférence chauffée à des températures élevées qui, comme indiqué ci-dessus, doivent être 35 au moins de l'ordre de 900 C.

EXENPLE 1

On a employé un appareil à canon à plasma tel que celui décrit ci-dessus en relation avec la figure 1, dans une chambre maintenue à une pression réduite, et on a étudié la configuration de dépôt de la couche de matière à partir du canon. On n'a déplacé ni le canon ni la cible pendant le

dépôt dans cet exemple.

La cible utilisée consistait en une plaque et on a étudié la configuration de dépôt de matière sur la plaque. 10 La configuration est représentée sur la figure 2 pour un premier canon qu'on appelle le canon A. Les lignes de niveau de la figure 2 correspondent aux zones dans lesquelles on a trouvé différentes épaisseurs de dépôt pour l'échantillon déposé dans les conditions suivantes: La matière en poudre utilisée consistait en un alliage appelé IN-100. Cet alliage contient les constituants suivants, avec les concentrations approximatives indiquées: 60,5% de nickel, 15% de cobalt, 10,0% de chrome, 5,5% d'aluminium, 4,7% de titane, 3,0% de molybdène, 0,06% de zirco20 nium, 1,0% de vanadium, 0, 014% de bore, 0,18% de carbone. La

poudre était du type IN-100 avec des grains pouvant traverser un tamis de 0,037 mm d'ouverture de maille.

La tension à l'intérieur du canon était de volts et le courant était de 1300 ampères. On a dirigé le 25 canon dans une direction générale normale à la surface de la cible, et l'écartement entre l'orifice du canon et la cible

était d'environ 32 cm.

La pression dans la chambre à vide était d'environ

8 kPa.

On n'a appliqué aucune tension entre le canon et la cible, du fait qu'on n'a pas employé les phénomènes

d'arc transféré.

Le canon à plasma utilisé consistait en un canon disponible dans le commerce, vendu sous la désignation EPI, 35 modèle 03CA, par la firme Electro Plasma, Inc., Irvine, Californie. La cible utilisée consistait en une plaque de cuivre ayant des dimensions de 15,2 cm x 20,3 cm et 0,32 cm d'épaisseur. Après l'opération de dépôt par plasma, on a chauffé le dépôt pendant deux heures à 12500 C, pour densifier la couche déposée. On a effectué des mesures de la densité de la matière avant et après le chauffage de densification. La

figure 2 montre les résultats de cette étude.

Sur la figure 2, les lignes de niveau montrent l'étendue du dépôt à chaque épaisseur. Les épaisseurs sont celles indiquées en millimètres entre les lignes de niveau pour chaque zone délimitée. Les zones rectangulaires marquées sont celles à partir desquelles on a prélevé des échantillons pour effectuer des mesures. Les valeurs fractionnaires portées pour chaque zone rectangulaire indiquent la densité après dépôt, au numérateur de la fraction, et la densité après traitement thermique de densification pendant

2 heures à 1250 C, au dénominateur de la fraction.

Les valeurs indiquées démontrent que des dépôts de densité décroissante sont formées à des distances croissantes du point de visée, désigné par la lettre A au point

approprié sur la figure.

Cet exemple montre ce qu'on obtient par pulvérisa25 tion par plasma à partir d'un seul canon dirigé dans une direction normale à une plaque réceptrice. Cet exemple montre clairement qu'il existe un problème important de densité de dépôt réduite à distance du point de visée du canon,

auquel on obtient les densités les plus élevées. Il apparaît 30 également clairement que le traitement thermique de densification n'améliore pas suffisamment les dépôts à faible densité.

EXEMPLE 2

On a employé un second canon, appelé canon B, et pratiquement identique à celui décrit dans l'Exemple 1, pour déposer la même matière IN-100 sur une seconde cible, dans des conditions pratiquement identiques à celles décrites

dans l'Exemple 1.

La figure 3 représente les lignes de niveau de la 5 matière déposée. Les valeurs de densité pour le dépôt, avant

et après le traitement thermique de densification, sont également indiquées sur la figure sous la forme de fractions.

L'expérience antérieurede l'inventeur dans l'utilisation de canons dans le cadre du dépôt de matière par plasma à basse pression, indique qu'on ne trouve jamais deux anodes EPI exactement identiques et que la configuration de pulvérisation de l'une quelconque d'entre elles tend à changer continuellement pendant l'utilisation. Ce changement est attribué en partie à l'usure et à l'érosion dans la chambre 15 d'arc et dans les colonnes du système d'alimentation en poudre, et en partie à des caractéristiques de fonctionnement individuelles d'un canon. Par conséquent, la forme extérieure ainsi que la forme des lignes de niveau diffère d'une

séquence de fonctionnement à une autre, même lorsqu'on uti20 lise le même canon et la même cible.

EXEMPLE 3

On a positionné dans une chambre de dépôt par plasma à basse pression, et on a dirigé vers une seule cible,deux canons, plus précisément les canons A et B décrits en rela25 tion avec l'Exemple 1 et l'Exemple 2. Les emplacements ou points de visée sur la cible vers lesquels les canons

étaient dirigés, étaient séparés d'environ 3,8 cm.

La figure 4 montre les lignes de niveau du dépôt formé par la pulvérisation simultanée avec les deux canons. 30 La matière déposée sur la cible dans cet Exemple a ensuite été soumise à un traitement thermique pendant 2 heures à 1250 C et a été densifiée par le chauffage. La densité du dépôt, avant et après le chauffage de densification, est

indiquée sur la figure, sous la forme de valeurs fraction35 naires, comme dans les exemples précédents.

Les données portées sur la figure 4 montrent de façon évidente qu'en comparaison avec les dépôts des figures 2 et 3, le procédé de cet exemple, employant les deux canons dirigés de façon à déposer des configurations en chevauche5 ment du produit pulvérisé, a permis de former un dépôt par pulvérisation par plasma ayant une densité élevée et une

étendue notable.

Ce résultat est tout à fait inattendu du fait que la zone dans laquelle un dépôt de densité élevée est formé 10 est très étendue et comprend des régions dans lesquelles deux couches de matière de faible densité sont déposées. La surprise vient du fait que les deux couches de dépôt de faible densité se combinent pour former une telle couche combinée étendue, et que les couches combinées ont une densité 15 élevée bien que les couches à partir desquelles elles ont

été formées aient une faible densité.

EXEMPLE 4 On a répété la procédure employée dans l'Exemple 3, mais on a augmenté

dans ce cas l'écartement entre les points de visée des deux canons à l'intérieur de la chambre,

pour le porter à 6,4 cm.

On a déposé la matière et la figure 5 montre les courbes de niveau du dépôt. On a prélevé des échantillons du dépôt et on a déterminé leur densité à la fois avant et après le traitement thermique de densification, comme décrit dans l'Exemple 1. Les valeurs de densité sont indiquées sous forme fractionnaire sur les échantillons désignés du dépôt,

comme dans les Exemples 1 et 2.

EXEMPLE 5

On a répété la procédure de l'Exemple 3, mais dans ce cas les points de visée des deux canons étaient séparés

de 8,9 cm, et le dépôt de matière a été effectué de la manière décrite cidessus dans l'Exemple 3.

On a prélevé un certain nombre d'échantillons du 35 dépôt, et on a mesuré la densité de l'échantillon à la fois avant et après le traitement thermique de densification. Le traitement de densification a consisté en un traitement de 2 heures à 1250 C, comme décrit dans l'Exemple 1. La figure 6 montre la configuration du dépôt, indiquée par des courbes de niveau. De plus, la densité de la matière des échantillons prélevés dans le dépôt est indiquée dans les zones respectives de la figure 6. Les résultats obtenus par l'examen de l'échantillon préparé conformément à l'Exemple 5 font apparaître que la structure métallurgique de coupes d'éprouvettes prélevées dans une zone de chevauchement des régions de pulvérisation, comme c'est en particulier le cas pour l'éprouvette E au

centre de la cible, présente une très grande similitude avec la structure métallurgique d'éprouvettes B et H de l'Exemple 15 5, qui se trouvent dans les régions des points de visée respectifs sur la cible.

Un examen des photomicrographies produites à partir de la microstructure métallurgique de chacune des éprouvettes ne permet pas de distinguer ces dernières, à cause de 20 la grande similitude des photomicrographies.

Il est évident d'après la figure 2 qu'à l'endroit

o un dépôt de matière initial est effectué avec une densité faible de 92%, un chauffage ultérieur pour densifier une couche ne permet pas d'obtenir la densification souhaitable 25 jusqu'à la densité élevée de 99 ou 100%.

Il faut noter que l'un des avantages de la technique de dépôt par plasma à basse pression consiste en ce qu'elle permet de former des structures qui ont des propriétés avantageuses en ce qui concerne la structure cristalline 30 et des particules. Le chauffage de telles matières pendant des durées prolongées et à des températures très élevées peut effectivement diminuer les propriétés cristallines et

les propriétés physiques connexes avantageuses de la couche.

Par conséquent, des tentatives de densifier les parties de 35 dépôt à faible densité, par chauffage pendant des durées prolongées et à une température plus élevée, peuvent conduire à une dégradation des propriétés de la couche non seulement dans la zone moins dense, mais également dans les parties totalement denses, qui doivent être soumises au même chauffage à température élevée et de longue durée. On a trouvé qu'un chauffage prolongé de dépôtsdont la densité est inférieure à 97% après l'opération de dépôt, ne conduit pas

à une densification complète de ces dépôts.

Il est évident d'après les exemples précédents qu'avec la pratique de l'art antérieur, une dégradation des propriétés accompagne la tentative d'appliquer une structure pulvérisée intégrale à densité élevée, sur une surface plane de dimensions supérieures à la "zone dense", dans laquelle la pulvérisation par plasma forme des dépôts denses, et que 15 le simple chauffage des dépôts ne fait pas disparaître le défaut concernant la densité. Il est en outre clair que les propriétés physiques sont liées à la densité, ce qui fait qu'un dépôt ayant une densité inférieure est également un dépôt ayant une résistance mécanique inférieure. On a en outre montré que, de façon tout à fait surprenante, on peut éliminer ce défaut en itilisant deux canons, ou plus, qu'on fait fonctionner de fa;on que le dépôt de faible densité provenant d'un canon recouvre le dépôt de faible densité provenant d'un second canon. L'élément très surprenant ici 25 consiste en ce que les dépôts de faible densité de chacun des canons se combinent en une certaine manière en un dépôt de densité élevée, ce qui permet de former des structures de surface planes qu'on ne peut pas former par d'autres moyens. En outre, le mouvement des canons pour diriger la pulvérisation à densité élevée vers des zones sélectionnées d'une surface d'aire plus élevée ne résout pas le problème du dépôt de faible densité de la même manière que l'utilisation de deux canons, ce qui fait que les efforts consacrés à 35 la pulvérisation de zones plus étendues d'une surface plane en employant un seul canon et un mouvement relatif associé du canon et de la surface réceptrice, ne perme-ttent as

d'atteindre ce résultat désiré.

Ce qui précède concerne la formation -e dépôts sur des surfaces planes par l'emploi d'un seul canon ou de canons multiples, dirigés dans une direction générale normale à la surface. Cependant, comme indiqué précédemment et comme on l'indique ici, on a trouvé que lorsque i'angle entre l'axe du canon et la surface réceptrice est inférieur 10 à environ 70 , il apparaît une diminution très marquée de la densité des dépôts qui sont formés, et une dégradation résultante des dépôts par pulvérisation par plasma qui sont formés. Ce qui précède concerne la formation de dêopts denses

sur des surfaces planes.

On utilise ici l'expression "forme gecmetrique simple" pour désigner un plan, une bande ou un ruban, une sphère ou une autre configuration considérée généralement comme une configuration géométrique simple et n2ayant pas

de coins ou d'angles vifs.

Dans le cadre de la présente demande,3 on appelle "axe d'un canon à plasma" la ligne qui traverse les parties de génération d'un canon et le plasma, en direction du centre de la "zone dense", sur une surface réceptrlce ormaie à l'axe. L'axe du canon à plasma est représenté sur la figu25 re 1 et est ainsi désigné sur cette figure. L'axe d'un canon à plasma est approximativement équivalent à une direction

allant du canon au point de visée.

L'invention présente un intérêt particulier pour la formation de dépôts sur des surfaces qui ont une confi30 guration générale plane. De plus, les deux canons à plasma, ou plus, qu'on utilise pour former des dépôts sur une surface générale plane sont de préférence aligns nparail lement l'un à l'autre et de façon générale perpendicuiaires à la

surface sur laquelle le dépôt est formé.

Cependant, il n'est pas obligatoire que l'aligne-

ment mutuel des canons soit exactement parallèle, et il n'est pas obligatoire que l'alignement des canons par rapport à la surface soit exactement perpendiculaire. Par exemple, il est évident d'après les données indiquées ci-dessus qu'un canon peut être aligné sous un angle d'environ 700 par rapport à une surface et donner néanmoins un dépôt dense. Cependant, les dépôts eux-mêmes et en particulier les zones de faible densité des dépôts, doivent se chevaucher pour obtenir l'avantage consistant en ce que deux régions de fai10 ble densité des dépôts se combinent en une région à densité

élevée, conformément à l'invention.

De plus, il n'est pas obligatoire que les canons soient alignés de façon exactement parallèle l'un à l'autre, dans la mesure o on peut former des dépôts avec l'un des canons ou les deux faisant un angle s'élevant jusqu'à environ 200 par rapport à une position normale, c'est-à-dire un

angle supérieur à 70 par rapport à la surface.

De plus, il n'est pas obligatoire que la surface sur laquelle on forme le dépôt soit totalement plane, et 20 cette surface peut présenter certaines irrégularités ou ondulations, si ces-irrégularités n'ont pas une importance telle qu'elles présentent au canon à plasma une surface faisant un angle inférieur à 700 par rapport à la direction de visée du canon ou à l'axe du canon. Comme indiqué ci-dessus, 25 on appelle ici axe du canon une ligne qui traverse la partie du canon dans laquelle le plasma est généré, et qui part de la bouche du canon en direction de la surface sur laquelle le canon forme un dépôt de plasma, et plus particulièrement

en direction du centre de la "zone dense" du dépôt.

De plus, un jeu de deux canons qu'on utilise pour former-un dépôt sur une surface réceptrice peut être capable de former le dépôt bien que la surface elle-même ne soit pas totalement plane. La surface peut par exemple être l'intersection de deux plans le long d'une ligne de pliure ouverte 35 ou d'une vallée de faible profondeur. On peut caractériser

une telle surface en disant qu'elle forme un angle dièdre.

Un angle dièdre est une figure formée par deux plans qui se coupent. Lorsque les deux canons qu'on utilise sont mutuellement parallèles et lorsque l'angle dièdre ne s'écarte pas de plus de 20 par rapport à une configuration plane, le procédé de l'invention formera un dépôt ayant les caractéristiques avantageuses qui ont été découvertes et qu'on obtient de la manière décrite plus complètement ci-dessus. 10 On utilise ici l'expression "surface pratiquement plane" dans un sens qui englobe une surface ayant un angle dièdre inférieur à 20 , ou des irrégularités ou des ondulations de surface qui, globalement, ne dépassent pas un angle dièdre

d'environ 20 par rapport à une configuration plane.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Procédé de formation d'un dépôt dense sur une surface réceptrice étendue pratiquement plane (34), caractérisé en ce que: on établit un appareil de dépôt par plas5 ma à basse pression qui comporte au moins deux canons de pulvérisation par plasma (10), on dirige un premier canon à plasma vers un premier point de visée sur la surface réceptrice (34), pour déposer sur cette surface réceptrice une matière traitée par le premier canon; on dirige un second 10 canon à plasma vers un point de visée différent sur la surface (34), pour déposer sur cette surface une matière similaire traitée par le second canon; les points de visée étant séparés par une distance supérieure à la distance d'un point de visée jusqu'à un point sur la surface récep15 trice (34) auquel l'un ou l'autre des canons forme un dépôt de faible densité; on fait chevaucher les dépôts dans les régions de faible densitée; et on maintient l'orientation

des canons par rapport à la surface de façon qu'elle corresponde à une incidence pratiquement normale.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface réceptrice (34) est essentiellement plane.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que la surface réceptrice (34) a une configuration 25 géométrique simple.

4. Procédé de formation d'une couche dense d'un dépôt obtenu par pulvérisation par plasma, caractérisé en ce que: on forme une poudre finement divisée ayant la composition de la couche (36), on fournit simultanément la pou30 dre à deux canons à plasma (10) ou plus dans une chambre à basse pression (8), on dirige la poudre, par pulvérisation par plasma, sur une surface réceptrice (34) dans la chambre à basse pression, et on dirige les canons de façon à faire chevaucher les configurations de dépôt par pulvérisation de

ces canons.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux canons, ou plus, ont tous des angles de visée supérieurs à 70 par rapport à la surface réceptrice

(34).

6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface (34) qui doit recevoir le dépôt a une

configuration géométrique simple.