FR2656632A1 - PROCESS FOR COATING SURFACES INCLUDING A PRIOR METALLURGIC DEPOSIT OF AT LEAST ONE LAYER OF ALUMINUM AND ITS HARD ANODIZATION, PARTS TREATED FOLLOWING THIS PROCESS, AND PROCESS FOR BONDING SUCH PARTS. - Google Patents
PROCESS FOR COATING SURFACES INCLUDING A PRIOR METALLURGIC DEPOSIT OF AT LEAST ONE LAYER OF ALUMINUM AND ITS HARD ANODIZATION, PARTS TREATED FOLLOWING THIS PROCESS, AND PROCESS FOR BONDING SUCH PARTS. Download PDFInfo
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Abstract
Description
PROCEDE DE REVETEMENT DE SURFACES COMPRENANT UN DEPOT
METALLURGIQUE PREALABLE D'AU MOINS UNE COUCHE D'ALUMINIUM ET
SON ANODISATION DURE, PIECES TRAITEES SUIVANT CE PROCEDE, ET
PROCEDE DE COLLAGE DESDITES PIECES.METHOD FOR COATING SURFACES INCLUDING A DEPOSIT
METALLURGICAL PRIOR TO AT LEAST ONE LAYER OF ALUMINUM AND
ITS HARD ANODIZATION, TREATED PARTS FOLLOWING THIS PROCESS, AND
PROCESS FOR GLUING SUCH PARTS.
La présente invention concerne un procédé de revêtement de surfaces multicouches, comprenant au moins une couche d'alumine réalisée par anodisation dure d'un dépôt métallurgique préalable d'aluminium, les pièces traitées suivant ce procédé, ainsi qu'un procédé de collage de ces pièces, entre elles ou sur d'autres pièces non traitées. The present invention relates to a process for coating multilayer surfaces, comprising at least one layer of alumina produced by hard anodization of a prior metallurgical deposit of aluminum, the parts treated according to this process, as well as a process for bonding these parts, between them or on other parts not treated.
I1 existe une grande diversité de procédés de traitement et de revêtement des surfaces. Dans les deux cas, l'objectif est principalement de "protéger" d'un environnement agressif donné un matériau massif, utilisé pour ses qualités mécaniques intrinsèques, tout en préservant au maximum celles-ci. La frontière entre le traitement des surfaces et le revêtement des surfaces est floue, notamment pour ce qui concerne les techniques les plus modernes. Le traitement des surfaces vise, ainsi, à modifier le comportement ou la nature des couches superficielles d'un matériau massif ; les revêtements procurent, pour leur part, un choix plus vaste, car on sait déposer de nombreux matériaux, organiques, métalliques, métalloïdes, ou minéraux sur un matériau donné.On en améliore ainsi la résistance à la corrosion ou la résistance à l'usure ; de même, on en modifie la rugosité, la dureté, ou encore l'aspect superficiel. There is a wide variety of methods for treating and coating surfaces. In both cases, the objective is mainly to "protect" from an aggressive environment given a massive material, used for its intrinsic mechanical qualities, while preserving them as much as possible. The border between surface treatment and surface coating is blurred, especially with regard to the most modern techniques. Surface treatment thus aims to modify the behavior or the nature of the surface layers of a solid material; coatings, for their part, provide a wider choice, because we know how to deposit many materials, organic, metallic, metalloid, or mineral, on a given material, thereby improving their resistance to corrosion or resistance to wear. ; similarly, the roughness, the hardness, or even the surface appearance are modified.
Par ailleurs, un revêtement peut lui-même subir un traitement complémentaire de surface, ou servir de base d'accrochage à un autre revêtement. Furthermore, a coating can itself undergo a complementary surface treatment, or serve as a base for attachment to another coating.
C'est pourquoi, afin de mieux préciser le cadre dans lequel se situe la présente invention, il apparait nécessaire de citer, bien entendu sans aucune exhaustivité, quelques exemples des techniques de revêtement les plus utilisées, à savoir
- les revêtements par voie galvanique (ou électrochimique), et par voie chimique (Ni, peintures, ...),
- les dépôts par projection ("shoopage", chalumeau à plasma, ...), ou par rechargement par soudure (chalumeau oxyacéthylénique),
- les dépôts physiques en phase vapeur (évaporation sous vide, bombardement ionique, pulvérisation cathodique, . . ),
- les dépôts par placage, ou par compactage de poudres métalliques ou d'oxydes métalliques ("sherardisation", pressage isostatique, ...).This is why, in order to better specify the context in which the present invention is situated, it appears necessary to cite, of course without any exhaustiveness, some examples of the most used coating techniques, namely
- coatings galvanically (or electrochemically), and chemically (Ni, paints, ...),
- deposits by projection ("shooping", plasma torch, ...), or by reloading by welding (oxyacethylene torch),
- physical vapor deposition (vacuum evaporation, ion bombardment, sputtering, etc.),
- deposits by plating, or by compacting metal powders or metal oxides ("sherardization", isostatic pressing, ...).
Des techniques proches de celles-ci sont également mises en oeuvre dans certains traitements de surface, et visent à les compléter fonctionnellement par un traitement thermique. I1 s'agit principalement de
- la diffusion de couches métalliques (chromisation, . ),
- la diffusion de métalloïdes (cémentation, nitruration assistée par plasma, ...),
- la diffusion de minéraux (phosphatation, ...).Techniques similar to these are also used in certain surface treatments, and aim to complement them functionally with a heat treatment. These are mainly
- the diffusion of metallic layers (chromisation,.),
- the diffusion of metalloids (carburizing, nitriding assisted by plasma, ...),
- the diffusion of minerals (phosphating, ...).
Quelque soit le procédé employé, la qualité principale du dépôt protecteur est son adhérence, car en dépendent principalement son efficacité et sa durée de vie. A ce titre, les facteurs principaux jouant un rôle dans l'adhérence sont : la corrosion, sèche et humide, les phénomènes de diffusion à l'interface entre le matériau massif et le dépôt, la plasticité du dépôt, et son mode de mise en oeuvre. En outre, pour réaliser un bon accrochage, la surface sur laquelle on dépose un revêtement protecteur ou fonctionnel doit être la plus propre possible, c'est-à-dire être exempte de graisses, et plus généralement de corps étrangers. Whatever the process used, the main quality of the protective deposit is its adhesion, since its effectiveness and its lifetime depend mainly on it. As such, the main factors playing a role in adhesion are: corrosion, dry and wet, diffusion phenomena at the interface between the solid material and the deposit, the plasticity of the deposit, and its mode of implementation. artwork. In addition, to achieve good adhesion, the surface on which a protective or functional coating is deposited must be as clean as possible, that is to say be free of grease, and more generally of foreign bodies.
Ces deux qualités primordiales que sont par conséquent l'adhérence et la propreté permettent de discerner, entre autres, certains inconvénients des techniques précédemment mentionnées, à savoir
- les dépôts galvaniques effectués en bains aqueux provoquent une fragilisation par l'hydrogène du matériau massif sous-jacent (aciers notamment), initiant des défauts profonds inhibiteurs d'adhérence. These two essential qualities which are consequently the adhesion and the cleanliness make it possible to discern, inter alia, certain disadvantages of the techniques previously mentioned, namely
- the galvanic deposits carried out in aqueous baths cause embrittlement by hydrogen of the underlying solid material (steels in particular), initiating deep adhesion-inhibiting defects.
- de nombreux revêtements organiques, du type des peintures, sont quant à eux perméables et ne peuvent servir qu'en sous-couche. - many organic coatings, such as paints, are permeable and can only be used as an undercoat.
- les dépôts par projection présentent d'autres inconvénients. Tout d'abord, la technique de métallisation au pistolet (projection par "shoopage') induit des contraintes dans le revêtement en raison du refroidissement brutal des goutelettes de métal fondu projeté, ne favorisant pas son accrochage sur le matériau sous-jacent. Par ailleurs, le rechargement au chalumeau oxyacéthylénique élève fortement la température superficielle du matériau massif, provoquant une interdiffusion ionique entre le dépôt et le matériau. Enfin, les dépôts céramiques, durs, inertes et réfractaires, généralement réalisés par projection au moyen d'une torche à plasma, parviennent à subir un décollement en milieu très corrosif, du fait de leur porosité (phénomène de faiençage) et de la corrosion sous-jacente du matériau massif en résultant. - spray deposits have other drawbacks. First of all, the metallization technique with a spray gun (projection by "shooping") induces stresses in the coating due to the brutal cooling of the droplets of projected molten metal, not favoring its attachment to the underlying material. , reloading with an oxy-ethylene torch strongly raises the surface temperature of the solid material, causing an ionic interdiffusion between the deposit and the material Finally, ceramic deposits, hard, inert and refractory, generally produced by projection by means of a plasma torch , manage to undergo detachment in a very corrosive environment, due to their porosity (crazing phenomenon) and the underlying corrosion of the resulting solid material.
- les dépôts en phase vapeur soumettent le matériau, dans la plupart des techniques connues, à une température excessive, créant ici encore des contraintes qui favorisent la migration des ions du revêtement, et la pollution du matériau massif. Parmi ces techniques, le bombardement ionique, s'il élève moins la température, aboutit néanmoins à des revêtements insuffisamment épais pour certaines applications. - The vapor phase deposits subject the material, in most of the known techniques, to an excessive temperature, creating here again stresses which favor the migration of the ions of the coating, and the pollution of the massive material. Among these techniques, ion bombardment, if it raises the temperature less, nevertheless results in coatings that are insufficiently thick for certain applications.
- le compactage enfin, notamment par pressage isostatique, demeure une méthode de revêtement mécanique ne permettant en aucune façon d'obtenir une adhérence métallurgique entre le revêtement et son substrat. - Finally, compacting, in particular by isostatic pressing, remains a mechanical coating method which in no way allows metallurgical adhesion to be obtained between the coating and its substrate.
On comprend donc que les techniques de revêtement connues à l'heure actuelle ne procurent pas, en général, une tenue mécanique suffisante à la couche protectrice ou fonctionnelle déposée, limitant sa durée de vie, celle-ci devenant alors le lieu de ruptures superficielles génératrices, comme on sait, de ruptures plus profondes. It is therefore understood that the coating techniques known at present do not, in general, provide sufficient mechanical strength to the protective or functional layer deposited, limiting its service life, the latter then becoming the site of generating surface ruptures. , as we know, deeper ruptures.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant d'intercaler une couche d'accrochage ayant une bonne plasticité, et présentant une grande étanchéité, entre le matériau massif à revêtir et un revêtement de surface fonctionnel d'un type de ceux mentionnés précédemment. Un autre objectif de l'invention est de procurer, en outre, une couche intermédiare hautement réfractaire, pouvant servir d'écran thermique du matériau massif, et permettant le dépôt de revêtements par des techniques induisant habituellement des contraintes superficielles dans ledit matériau. Un autre objectif de l'invention est aussi de procurer une couche intermédiaire adhérant de manière métallurgique au matériau massif sousjacent, la tenue mécanique d'un éventuel dépôt complexe, réalisé sur cette couche de base, étant ainsi améliorée.Un dernier objectif de l'invention est de permettre le mariage de matériaux incompatibles dans des applications où il s'avèrerait utile de les coller, d'une façon très sûre et très fiable. The present invention aims to remedy these drawbacks by proposing to interpose a bonding layer having good plasticity, and having a great seal, between the solid material to be coated and a functional surface coating of a type of those mentioned above. . Another object of the invention is to provide, in addition, a highly refractory intermediate layer, which can serve as a thermal shield for the solid material, and allowing the deposition of coatings by techniques usually inducing surface stresses in said material. Another objective of the invention is also to provide an intermediate layer adhering metallurgically to the underlying solid material, the mechanical strength of a possible complex deposit, produced on this base layer, being thus improved. invention is to allow the marriage of incompatible materials in applications where it would prove useful to stick them, in a very safe and very reliable way.
L'invention concerne ainsi un procédé de revêtement de surfaces par dépôt successif de couches métalliques, métalloïdes ou céramiques, sur un matériau massif, caractérisé en qu'on réalise sur ledit matériau un dépôt métallurgique préalable d'aluminium dont l'épaisseur est suffisante pour permettre son anodisation dure, et l'obtention d'une couche d'aluminium et d'une couche d'alumine sur ce matériau. The invention thus relates to a process for coating surfaces by successive deposition of metallic, metalloid or ceramic layers, on a solid material, characterized in that a preliminary metallurgical deposition of aluminum is carried out on said material whose thickness is sufficient for allow its hard anodization, and obtaining a layer of aluminum and a layer of alumina on this material.
Bien que les avantages d'un revêtement d'aluminium soiént connus depuis longtemps, il n'a jamais encore été envisagé, conformément à la présente invention, d'en faire une couche intermédiaire d'accrochage pour un revêtement multicouche, cette couche intermédiaire étant, en outre, passivée par anodisation dure pour constituer un écran mécanique, chimique, électrochimique, et thermique vis à vis de dépôts ultérieurs. Although the advantages of an aluminum coating have been known for a long time, it has never been envisaged, in accordance with the present invention, to make it an intermediate bonding layer for a multilayer coating, this intermediate layer being , in addition, passivated by hard anodization to form a mechanical, chemical, electrochemical, and thermal screen with respect to subsequent deposits.
Un revêtement multicouche réalisé suivant la présente invention possède, par conséquent, une structure où chaque couche peut remplir pleinement son rôle fonctionnel. Ainsi, le matériau massif est protégé tout d'abord par une couche d'aluminium anodisable dont on connait bien les qualités vis à vis de la protection contre la corrosion sèche ou humide. A multilayer coating produced according to the present invention therefore has a structure where each layer can fully fulfill its functional role. Thus, the solid material is protected first of all by an anodizable aluminum layer, the qualities of which are well known with respect to protection against dry or wet corrosion.
Par contre, même si on anodise ladite couche d'aluminium, ses caractéristiques fonctionnelles, bien qu'excellentes, ne se prêtent pas forcément à toutes les applications ; par exemple, l'alumine, excellent matériau réfractaire utilisé, à ce titre, dans l'industrie céramique, présente une microdureté procurant une bonne résistance à l'usure, mais cette microdureté diminue si on opère son "colmatage" ultérieur - cette dernière opération consistant à hydrater l'alumine pour renforcer sa résistance à la corrosion -.On the other hand, even if said aluminum layer is anodized, its functional characteristics, although excellent, do not necessarily lend themselves to all applications; for example, alumina, an excellent refractory material used, in this respect, in the ceramic industry, exhibits a microhardness providing good wear resistance, but this microhardness decreases if its subsequent "clogging" is carried out - this latter operation consisting in hydrating the alumina to reinforce its resistance to corrosion.
Il est donc avantageux, suivant l'invention, de pouvoir déposer sur la couche anodisée d'aluminium, réalisée en couche épaisse par des moyens connus, au moins un revêtement par un procédé de dépôt traditionnel : on peut, de cette manière, compenser le défaut d'étanchéité de tel revêtement, le défaut d'adhérence de tel autre, ou encore la dureté insuffisante du matériau massif vis à vis d'un revêtement très dur (ce qui provoque un différentiel de contraintes pouvant conduire à un décollement). De manière inattendue, il est alors possible d'utiliser des revêtements fonctionnels ayant été déposés avec peu de succès sur certains matériaux massifs, sans rien modifier à leur technique de dépôt propre, tout en obtenant des résultats excellents.La couche d'aluminium anodisée, qui présente une dureté progressive dans son épaisseur (de la faible dureté de l'aluminium ductile à la forte dureté de l'alumine pure cristalline), permet ainsi de définir des zones de contraintes progressives à l'intérieur d'un revêtement multicouche. It is therefore advantageous, according to the invention, to be able to deposit on the anodized aluminum layer, produced in a thick layer by known means, at least one coating by a traditional deposition process: in this way it is possible to compensate for the lack of tightness of such a coating, lack of adhesion of another, or the insufficient hardness of the solid material vis-à-vis a very hard coating (which causes a differential stress which can lead to separation). Unexpectedly, it is then possible to use functional coatings that have been deposited with little success on certain solid materials, without modifying anything in their own deposition technique, while obtaining excellent results. which has a progressive hardness in its thickness (from the low hardness of ductile aluminum to the high hardness of pure crystalline alumina), thus makes it possible to define zones of progressive stresses inside a multilayer coating.
Etant donné par ailleurs qu'on dispose, par un '^colmatage" plus ou moins important, des moyens de faire varier le rapport résistance à la corrosion sur résistance à l'usure d'une couche d'aluminium anodisée, il est clair qu'on peut favoriser l'une ou l'autre de ces caractéristiques en fonction des "faiblesses" d'un revêtement ultérieur. De manière à disposer d'une grande latitude dans ce choix, tout en conservant l'assurance de l'existence d'un écran mécanique, chimique, électrochimique, et thermique sousjacent, on comprend par ailleurs bien que seule l'anodisation dure d'une couche d'aluminium épaisse convienne à la mise en oeuvre de l'invention. Since, moreover, by means of a more or less significant "clogging", means are available for varying the corrosion resistance to wear resistance ratio of an anodized aluminum layer, it is clear that 'We can favor one or the other of these characteristics according to the "weaknesses" of a subsequent coating. So as to have a great latitude in this choice, while retaining the assurance of the existence of 'A mechanical, chemical, electrochemical, and thermal screen underlying, it is also understood that only the hard anodization of a thick aluminum layer is suitable for the implementation of the invention.
D'autres caractéristiques et avantages du procédé conforme à l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'une mise en oeuvre donnée à titre d'exemple non limitatif de celui-ci. Other characteristics and advantages of the process according to the invention will emerge more clearly from the description which follows of an implementation given by way of non-limiting example thereof.
Le revêtement d'aluminium est, préférentiellement, effectué par voie électrolytique, dans un bain organique ou un bain fondu ; cette dernière alternative procure, à l'heure actuelle, les meilleurs résultats, en ce qu'on sait déposer des couches d'un aluminium très pur, cristallographiquement proche de l'aluminium déformable, et présentant, par conséquent, une ductilité très élevée. Il s'agit, de surcroît, d'une technique n'élevant pas la température du matériau massif qu'on recouvre, ce qui permet de conserver les qualités intrinsèques de celui-ci, en évitant l'interdiffusion ionique génératrice de contraintes superficielles. The aluminum coating is preferably carried out electrolytically, in an organic bath or a molten bath; the latter alternative provides, at present, the best results, in that it is known to deposit layers of a very pure aluminum, crystallographically close to the deformable aluminum, and therefore having a very high ductility. It is, moreover, a technique that does not raise the temperature of the massive material that is covered, which makes it possible to preserve the intrinsic qualities of the latter, by avoiding ionic interdiffusion generating surface constraints.
On sait également obtenir, par cette technique, des couches d'épaisseur importante, allant couramment jusqu'à une valeur proche de 150 micromètres, dont on est sûr qu'elle sera rapidement dépassée pour atteindre quelques 500 micromètres ; or, à partir d'une épaisseur d'une dizaine de micromètres, une couche d'aluminium déposée par électrolyse en milieu fondu est exempte de pores ; par conséquent, une telle couche est étanche. It is also known to obtain, by this technique, layers of significant thickness, commonly going up to a value close to 150 micrometers, which we are sure will be quickly exceeded to reach some 500 micrometers; however, from a thickness of ten micrometers, an aluminum layer deposited by electrolysis in a molten medium is free of pores; therefore, such a layer is waterproof.
Par ailleurs, on a montré que l'adhérence de cette même couche est une adhérence métallurgique (des tests de resistance au cisaillement montrent que cette adhérence est supérieure à la résistance au cisaillement du revêtement luimême). Il n'existe, par conséquent, aucun risque de décollement de la couche d'aluminium, dont il est habituel, principalement pour cette raison, d'utiliser les propriétés de protection contre la corrosion. Furthermore, it has been shown that the adhesion of this same layer is a metallurgical adhesion (shear resistance tests show that this adhesion is greater than the shear resistance of the coating itself). There is, therefore, no risk of delamination of the aluminum layer, which it is usual, mainly for this reason, to use the corrosion protection properties.
En outre, conformément à l'invention, l'épaisseur du dépôt d'aluminium est choisie supérieure à celle qui est nécessaire à son anodisation dure. In addition, in accordance with the invention, the thickness of the aluminum deposit is chosen to be greater than that which is necessary for its hard anodization.
A ce titre, l'oxydation anodique de l'aluminium est une technique de passivation pouvant être opérée de diverses manières. Pour réaliser les objectifs précédemment mentionnés de l'invention, l'anodisation sulfurique et l'oxydation chromique sont deux techniques inappropriées, car la couche d'alumine obtenue présente alors une porosité importante ou une épaisseur insuffisante pour être considérée comme étanche. As such, anodic oxidation of aluminum is a passivation technique that can be operated in various ways. To achieve the previously mentioned objectives of the invention, sulfuric anodization and chromic oxidation are two inappropriate techniques, since the alumina layer obtained then has a significant porosity or a thickness insufficient to be considered as waterproof.
Préférentiellement, on réalise donc une anodisation dure de la couche d'aluminium préalablement déposée l'épaisseur disponible de cette couche d'aluminium garantit, à ce titre, l'obtention d'un revêtement superficiel d'alumine parfaitement étanche, procurant un écran chimique et électrochimique entre l'aluminium sous-jacent et tout autre dépôt ultérieur. Preferably, a hard anodization of the previously deposited aluminum layer is therefore carried out. The available thickness of this aluminum layer guarantees, as such, the obtaining of a perfectly waterproof alumina surface coating, providing a chemical screen. and electrochemical between the underlying aluminum and any other subsequent deposit.
Par ailleurs, la couche d'alumine constitue un écran mécanique dur, reposant sur une sous-couche d'aluminium très ductile, l'adhérence entre aluminium et alumine étant excellente. Cette propriété est très importante en ce qui concerne l'invention, car on conçoit que la tenue mécanique du revêtement de base (aluminium/alumine) ainsi constitué permet d'y déposer un grand nombre de revêtements, sans craindre de décollement dû à des contraintes internes. Furthermore, the alumina layer constitutes a hard mechanical screen, resting on a very ductile aluminum sublayer, the adhesion between aluminum and alumina being excellent. This property is very important with regard to the invention, because it is understood that the mechanical strength of the base coating (aluminum / alumina) thus formed allows a large number of coatings to be deposited there, without fear of detachment due to constraints internal.
L'amélioration de la tenue mécanique est ainsi très nette par rapport aux techniques de projection connues par plasma soufflé, et aux techniques de dépôt en phase vapeur ; dans ces cas déjà cités, l'adhérence purement mécanique des couches céramiques déposées, par exemple d'alumine, conduit à leur décollement dans des conditions d'utilisation sévères (milieu très corrosif notamment).The improvement in mechanical strength is thus very clear compared with known projection techniques by blown plasma, and with vapor deposition techniques; in these cases already mentioned, the purely mechanical adhesion of the ceramic layers deposited, for example of alumina, leads to their detachment under severe conditions of use (in particular very corrosive medium).
Une autre caractéristique du procédé de revêtement conforme à l'invention est également de permettre d'isoler électriquement un matériau massif traité vis à vis de l'extérieur. A ce titre, on procède à une anodisation dure suffisante de la couche d'aluminium déposée pour qu'il ne subsiste aucune porosité dans la couche d'alumine, et que celle-ci se comporte comme un bon isolant ; dans la plupart des applications visées, l'épaisseur de la couche d'alumine sera prise de façon à ce qu'elle soit isolante lorsqu'elle est soumise à une différence de potentiel au moins égal à 1000 volts en atmosphère sèche.On conçoit alors bien que cette couche superficielle isolante permette de réduire dans certains cas, voire d'éliminer, la propagation de courants superficiels induits, du type notamment des courants de
Foucault dans les pièces tournantes, ou du type des courants à haute fréquence dans les pièces soumises à une forte vibration. Il en résulte une diminution notable du parasitage haute-fréquence, présents par exemple dans le domaine automobile, cette diminution étant susceptible d'améliorer le fonctionnement de capteurs électroniques utilisés en pareil cas.Another characteristic of the coating process according to the invention is also to allow electrically isolating a solid material treated from the outside. As such, a sufficient hard anodization of the deposited aluminum layer is carried out so that there is no porosity in the alumina layer, and that the latter behaves as a good insulator; In most of the targeted applications, the thickness of the alumina layer will be taken so that it is insulating when it is subjected to a potential difference at least equal to 1000 volts in a dry atmosphere. although this insulating surface layer makes it possible in certain cases to reduce, or even eliminate, the propagation of induced surface currents, of the type in particular of
Eddy in rotating parts, or of the type of high frequency currents in parts subjected to a strong vibration. This results in a significant reduction in high-frequency interference, present for example in the automotive field, this reduction being capable of improving the operation of electronic sensors used in such cases.
Il est, en outre, particulièrement intéressant de noter le rôle d'écran thermique du film d'alumine. L'alumine est un matériau réfractaire dont le point de fusion dépasse 2000 C. It is, moreover, particularly interesting to note the role of thermal screen of the alumina film. Alumina is a refractory material whose melting point exceeds 2000 C.
L'aluminium lui-même fond aux environs de 450"C. I1 n'est évidemment pas question de soumettre des matériaux massifs traités suivant l'invention à de telles températures.The aluminum itself melts at around 450 "C. It is obviously out of the question to subject massive materials treated according to the invention to such temperatures.
D'ailleurs, il est vrai que peu de techniques de revêtement par projection élèvent la température au-delà de 1500C, ces techniques étant de nos jours les plus riches en possibilité et en variété de dépôts. Tout au moins s'agit-il d'atténuer, au-delà de la couche d'aluminium anodisé dur, les contraintes superficielles inhérentes aux techniques de dépôt élevant la température de surface, de manière à procurer aux métallurgistes des températures de travail plus élevées leur permettant d'améliorer les possibilités desdites techniques.Moreover, it is true that few spray coating techniques raise the temperature above 1500C, these techniques being today the richest in possibilities and in variety of deposits. At the very least, it is a question of attenuating, beyond the hard anodized aluminum layer, the surface constraints inherent in deposition techniques raising the surface temperature, so as to provide metallurgists with higher working temperatures. allowing them to improve the possibilities of said techniques.
Grâce à la présente invention, on sait que, de toute manière, le matériau massif sera préservé.Thanks to the present invention, it is known that, in any case, the solid material will be preserved.
Il est également important de noter que la rugosité du matériau massif intervient peu sur la rugosité du revêtement multicouche final. En effet, la rugosité d'une couche d'aluminium déposée électrolytiquement en milieu fondu ne dépend que de son épaisseur, et au delà d'une certaine épaisseur, on sait bien que cette rugosité décroît. Comme, par ailleurs, toutes les techniques d'oxydation anodique, et notamment l'anodisation dure, conservent, et même révèlent l'état de surface de l'aluminium sous-jacent, il est avantageux, conformément à une autre caractéristique de l'invention, de contrôler, par l'intermédiaire des épaisseurs de la couche d'aluminium et de la couche d'alumine, la rugosité, et donc l'adhérence, de tout dépôt ultérieur. It is also important to note that the roughness of the solid material has little effect on the roughness of the final multilayer coating. Indeed, the roughness of a layer of aluminum deposited electrolytically in a molten medium depends only on its thickness, and beyond a certain thickness, it is well known that this roughness decreases. Since, on the other hand, all the anodic oxidation techniques, and in particular the hard anodization, preserve, and even reveal the surface condition of the underlying aluminum, it is advantageous, in accordance with another characteristic of the invention, to control, through the thicknesses of the aluminum layer and the alumina layer, the roughness, and therefore the adhesion, of any subsequent deposition.
En particulier, on a montré que des couches céramiques déposées par une méthode habituelle de projection au moyen d'une torche à plasma, à partir de poudres d'oxydes métalliques de composition donnée, sur une couche d'aluminium anodisée, ont présenté des durées de vie multipliées par un facteur au moins égal à deux dans des conditions d'utilisation très agressives (éléments de vanne pour l'industrie du forage pétrolier "off-shore"), le décollement des revêtements n'intervenant qu'en raison d'un endommagement de la couche d'alumine par fatigue mécanique. In particular, it has been shown that ceramic layers deposited by a usual method of projection by means of a plasma torch, from metal oxide powders of given composition, on a layer of anodized aluminum, have exhibited durations life multiplied by a factor at least equal to two under very aggressive conditions of use (valve elements for the "off-shore" oil drilling industry), the stripping of the coatings only taking place due to damage to the alumina layer by mechanical fatigue.
Le contrôle effectif de la rugosité de la couche d'alumine est intéressant à un autre titre que celui du dépôt ultérieur d'au moins une surcouche fonctionnelle. Un problème important des industries métallurgiques est de pouvoir marier entre eux des matériaux a priori incompatibles, qu'il s'agisse de déposer un revêtement noble sur un matériau massif peu adhérent (ou bien sali du fait de sa technologie de mise en forme), ou qu'il s'agisse de coller deux matériaux l'un sur l'autre. Une telle possibilité peut simplifier considérablement certains processus industriels où la fabrication de certaines pièces requiert des prétraitements importants et coûteux. The effective control of the roughness of the alumina layer is of interest in another way than that of the subsequent deposition of at least one functional overlayer. An important problem of the metallurgical industries is to be able to marry between them materials which are a priori incompatible, whether it is a question of depositing a noble coating on a solid material with little adhesion (or else soiled because of its shaping technology), or whether it's sticking two materials together. Such a possibility can considerably simplify certain industrial processes where the manufacturing of certain parts requires significant and costly pre-treatments.
On propose donc, conformément à la présente invention, de déposer, sur au moins un des deux matériaux à coller, une couche d'aluminium, en couche suffisamment épaisse pour être anodisée dure. Ainsi, par la technique déjà décrite, on obtient un premier contrôle de la rugosité de la couche d'alumine superficielle du matériau ou des matériaux traités. It is therefore proposed, in accordance with the present invention, to deposit, on at least one of the two materials to be bonded, an aluminum layer, in a layer thick enough to be hard anodized. Thus, by the technique already described, a first control of the roughness of the surface alumina layer of the material or the treated materials is obtained.
Puis, par une action préférentiellement mécanique du type d'un microsablage, on adapte l'état de surface du matériau traité, ou des deux matériaux, de façon à ce que la couche d'alumine superficielle, tout en restant suffisamment épaisse pour être parfaitement étanche, puisse servir de couche d'accrochage à une colle, par exemple céramique ou acrylique, dont on connait l'exceptionnelle durabilité.Then, by a preferably mechanical action of the type of microsandblasting, the surface condition of the treated material, or of the two materials, is adapted so that the surface layer of alumina, while remaining thick enough to be perfectly waterproof, can serve as a bonding layer to an adhesive, for example ceramic or acrylic, of which we know the exceptional durability.
Il est alors clair que l'on peut coller des matériaux très divers sur un support préalablement traité conformément aux enseignements de l'invention. Notamment, on colle avec une grande efficacité de l'acier revêtu d'aluminium et d'alumine sur un matériau très différent tel du carbone. De même, entre matériaux qu'il est habituel de coller, la tenue mécanique de l'interface est nettement supérieure à celle des collages connus à ce jour. A cet effet, on peut utiliser tout type de colle courante en pareil cas, c'est-à-dire les colles céramiques et acryliques déjà mentionnées, mais également, à plus haute température, les colles époxy. It is then clear that a wide variety of materials can be bonded to a support previously treated in accordance with the teachings of the invention. In particular, steel coated with aluminum and alumina is bonded with great efficiency to a very different material such as carbon. Likewise, between materials that it is customary to bond, the mechanical strength of the interface is clearly superior to that of the bondings known to date. For this purpose, any type of common adhesive can be used in such cases, that is to say the ceramic and acrylic adhesives already mentioned, but also, at higher temperature, the epoxy adhesives.
On décrira maintenant d'autres caractéristiques de la présente invention, destinées à permettre sa mise en oeuvre sur des matériaux massifs aussi variés que possible. Other characteristics of the present invention will now be described, intended to allow its implementation on massive materials as varied as possible.
Un premier cas est celui où l'accrochage de l'aluminium déposé par voie électrolytique en milieu fondu, sur le matériau massif, tout en étant bon, risque de ne pas être suffisant pour servir de sous-couche à un revêtement ultérieur. Conformémment à l'invention, il est alors prévu de déposer une couche d'accrochage sur le matériau massif, cette couche étant préférentiellement constituée par du nickel, dont l'épaisseur est faible, de l'ordre de 1 micromètre. Il s'agit donc d'un gainage du matériau massif qui est réalisé avant le dépôt électrolytique d'aluminium. A first case is that where the attachment of the aluminum deposited electrolytically in a molten medium, on the solid material, while being good, risks not being sufficient to serve as an undercoat for a subsequent coating. In accordance with the invention, it is then planned to deposit a bonding layer on the solid material, this layer preferably being constituted by nickel, the thickness of which is small, of the order of 1 micrometer. It is therefore a cladding of the solid material which is carried out before the electrolytic deposition of aluminum.
Un second cas est celui où le matériau massif doit être préservé d'une pollution par l'aluminium, cette pollution ayant lieu par diffusion sous un effet thermique ; une telle contrainte de fabrication est courante dans l'industrie nucléaire. Conformément à la présente invention, on dépose alors une couche d'un matériau ne diffusant que peu dans le matériau massif, ou n'étant pas considéré comme un polluant s'il diffuse. A ce titre, on connait les qualités dun revêtement de titane, son épaisseur étant faible, et ne dépassant guère quelques micromètres. A second case is that where the solid material must be preserved from pollution by aluminum, this pollution taking place by diffusion under a thermal effect; such a manufacturing constraint is common in the nuclear industry. In accordance with the present invention, a layer of a material which diffuses little in the solid material is then deposited, or which is not considered to be a pollutant if it diffuses. As such, we know the qualities of a titanium coating, its thickness being small, and hardly exceeding a few micrometers.
Un troisième cas est celui où l'on se propose de recouvrir des matériaux massifs qu'il est peu habituel de recouvrir ; il s'agit principalement des matériaux composites, notamment des composites à fibres, ou bien encore du carbone. Suivant l'invention, il est ainsi possible de recouvrir d'aluminium, par électrolyse en milieu fondu, des composés incorporant des fibres de carbone, de bore, de verre, de kevlar, ...Cette couche d'aluminium peut être anodisée, et la couche d'alumine sert alors de base au dépôt ultérieur de certains revêtements jusqu'alors impossible à déposer sur des matériaux composites, du fait, notamment, d'une interdiffusion ionique inexistante, ou d'une ductilité des revêtements insuffisante pour les efforts en torsion demandés, lorsque, par exemple, le matériau massif à traiter est un câble, un fil, ou tout autre objet du même genre ; la couche d'aluminium très ductile, et dont on sait d'ailleurs qu'elle peut subir un allongement supérieur à 80%, est particulièrement adaptée à cet usage. A third case is that where it is proposed to cover massive materials which it is unusual to cover; these are mainly composite materials, in particular fiber composites, or even carbon. According to the invention, it is thus possible to cover with aluminum, by electrolysis in a molten medium, compounds incorporating carbon, boron, glass, kevlar fibers, etc. This layer of aluminum can be anodized, and the alumina layer then serves as a basis for the subsequent deposition of certain coatings hitherto impossible to deposit on composite materials, due, in particular, to an inexistent ionic diffusion, or to a ductility of the coatings insufficient for the forces in torsion requested, when, for example, the solid material to be treated is a cable, a wire, or any other object of the same kind; the very ductile aluminum layer, and which we know moreover that it can undergo an elongation greater than 80%, is particularly suitable for this use.
Comme on sait, de surcroît, que les matériaux composites à fibres offrent peu de résistance mécanique lorsqu'ils subissent un cisaillement transverse à l'axe principal des fibres, il est courant de les gainer, ou de les armer, d'un matériau tel que de l'acier, du laiton, ... Ceci revient à les revêtir par placage, avec les inconvénients déjà mentionnés. Suivant l'invention, il est déposé autour des matériaux composites à fibres une couche d'aluminium anodisable, c'est-à-dire pouvant présenter, en l'état, une dureté superficielle apte à les protéger très efficacement contre les collicitations transverses. En outre, on peut déposer ultérieurement un révêtement multicouche sur la couche d'alumine, de manière à ce que ces matériaux composites présentent à leur superficie des propriétés fonctionnelles inattendues. As we know, moreover, that fiber composite materials offer little mechanical resistance when they undergo a shear transverse to the main axis of the fibers, it is common to sheath them, or to arm them, with a material such than steel, brass, etc. This amounts to coating them by plating, with the drawbacks already mentioned. According to the invention, an anodisable layer of aluminum is deposited around the fiber composite materials, that is to say which may have, as it stands, a surface hardness capable of protecting them very effectively against transverse collicitations. In addition, a multilayer coating can be subsequently deposited on the alumina layer, so that these composite materials have unexpected functional properties at their surface.
De plus, la technique de dépôt d'aluminium par la voie électrolytique en milieu fondu est particulièrement adaptée au recouvrement de pièces aux géométries complexes, ou bien encore de fils. Pour ce qui concerne les matériaux composites à fibres, ces pièces aux géométries complexes pourront être obtenues, par exemple, par une technique de pultrusion. In addition, the technique of depositing aluminum by the electrolytic route in a molten medium is particularly suitable for covering parts with complex geometries, or even wires. As regards fiber composite materials, these parts with complex geometries can be obtained, for example, by a pultrusion technique.
Avantageusement, le procédé conforme à l'invention permet, dans certains cas, de simplifier la réalisation de pièces soumises à des contraintes isotropiques, qu'on essaie, à l'heure actuelle, de réaliser par un "tissage" orthogonale de fibres, d'un type déjà cité, qui est ensuite noyé dans un matériau lui servant de matrice.Advantageously, the process according to the invention makes it possible, in certain cases, to simplify the production of parts subjected to isotropic stresses, which we are currently trying to achieve by orthogonal "weaving" of fibers, d 'a type already mentioned, which is then drowned in a material serving as a matrix.
L'invention concerne par conséquent également les pièces traitées suivant le procédé de revêtement précédemment développé. The invention therefore also relates to the parts treated according to the coating process previously developed.
Par ailleurs, le procédé de revêtement et le procédé de collage conformes à l'invention ne sont bien entendu pas limités par la description qui vient d'en être faite, dans le cadre d'une mise en oeuvre particulière-de ceux-ci. Furthermore, the coating method and the bonding method in accordance with the invention are of course not limited by the description which has just been made, within the framework of a particular implementation thereof.
Ce procédé est notamment destiné à l'obtention de revêtements multicouches, étanches, inertes chimiquement et électrochimiquement, sur des matériaux massifs divers soumis à des contraintes ou à des agressions importantes, ou que l'on désire coller. This process is in particular intended for obtaining multilayer, waterproof, chemically and electrochemically inert coatings on various solid materials subjected to stresses or to significant aggressions, or which it is desired to bond.
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