FR2693185A1 - Revêtement composite à base de quasi-cristaux et son procédé de fabrication. - Google Patents

Revêtement composite à base de quasi-cristaux et son procédé de fabrication. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un revêtement anti-adhérent pour surfaces par exemple des surfaces pour ustensiles de cuisson, mettant en œuvre un polymère, caractérisé en ce qu'il est formé: - d'une base (1) en matériau quasi-cristallin et/ou céramique formant un réticule adhérant parfaitement par sa face inférieure sur une matrice et présentant une surface supérieure poreuse constituée d'une pluralité de pores (6) séparés entre eux par des aspérités (8), - et de polymère remplissant les pores. L'invention concerne également un procédé de surfaçage pour l'application du revêtement ainsi que les surfaces obtenues. Application: Cuisson, échange de chaleur, tribologie.

Description

La présente invention concerne un revêtement anti-adhérent pour surfaces notamment surfaces de cuisson, surfaces d'échange de chaleur, surfaces de frottement, un procédé d'application de ce revêtement, et sur les surfaces ainsi revêtues.
Dans l'application particulière des surfaces de cuisson, le problème du revêtement impose au fabricants de poêles, fours, plaques... de trouver un compromis entre un certain nombre de paramètres généralement incompatibles:
- la dureté (résistance à l'abrasion)
- le collage et l'adhésion des matières
- la conduction de la chaleur
- I'aspect externe du revêtement
Généralement, les revêtements proposés possèdent une à deux propriétés intéressantes, mais sont le plus souvent très mauvais dans la ou les autres. A titre d'exemple:
les métaux sont très durs (ou peuvent être duras) et sont bons conducteurs de la chaleur, mais les matières y adhèrent de façon importante. Ils sont difficiles à nettoyer et leur aspect se dégrade rapidement du fait de ce nettoyage nécessairement rude.
- les PTFE sont des anti-adhésifs remarquables mais sont très sensibles à l'abrasion et quasiment isolants thermiquement.
- les revêtements quasi-cristallins sont durs et meileurs conducteurs de la chaleur. Ils se nettoient facilement mais n'ont pas des propriétés anti-adhésives aussi grandes que les PTFE.
L'objet de l'invention consiste à résoudre au moins le problème d'incompatibilité des paramètres précités et plus particulièrement d'obtenir une synthèse des propriétés des quasi-cristaux pour leur dureté et conductivité, et des PTFE pour leurs propriétés anti-adhésives, avec constitution de surfaces de cuisson permanentes et offrant de plus un poli remarquable.
Un revêtement anti-adhésif pour surfaces selon l'invention se caractérise en ce qu'il est formé:
- d'une base en matériau quasi-cristallin et/ou céramique formant un réticule adhérant parfaitement par sa face inférieure sur une matrice et présentant une surface supérieure poreuse constituée d'une pluralité de pores séparés entre eux par des aspérités,
- et de polymère anti-adhésif remplissant les pores.
De préférence les aspérités sont sensiblement dans un même plan d'affleurement et toutes les surfaces concaves de tous les pores sont en retrait par rapport audit plan d'affleurement.
Un procédé de mise en oeuvre du revêtement comporte une phase de polissage réalisée après le dépôt, la cuisson et le refroidissement du polymère anti-adhésif, le polissage ayant pour but de mettre à nu les aspérités du matériau quasi-cristallin.
Divers procédés de mise en oeuvre sont possibles notamment:
- Procédés dans lesquels la proportion quasi-cristauxlpolymère varie en fonction de l'effet de surface recherché pour privilégier les propriétés propres et spécifiques de l'un ou l'autre des constituants,
- Procédés de transfert simultané ou non, mécanique et thermique, dans lesquels les conditions de temps, de température et d'apaisseur peuvent varier largement.
On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description ci-après faite en référence aux figures annexées suivantes:
- la figure 1 montre un détail de la structure du revêtement,
- la figure 2 montre en coupe verticale le détail de la figure 1,
A titre d'exemple non limitatif, on décrit ci-après un revêtement pour surfaces ou ustensiles de cuisson.
Le revêtement (3) ainsi obtenu selon l'invention peut être mis en oeuvre sur des substrats d'aluminium, de cuivre ou d'aciers de divers types. II consiste en une base quasi-cristalline (2) (au sens du brevet CNRS n" FR 88 10559) formant un réticule de porosité variable. Les pores (6) sont remplis de polymère (4) anti-adhésif occupant finalement une proportion de la surface telle que tout contact avec les instruments de travail (5) tels que couteaux, couverts... se fait avec la base quasi-cristalline donc très résistante, alors que le contact global avec les matières en cours de cuisson se fait essentiellement sur le polymère (4) donc sans adhésion.
Comme polymère anti-adhésif on utilise de préférence du polytetrafluoro-éthylène connu sous l'abréviation utilisée ci-après de PTFE.
La figure 1 montre la structure du revêtement : sur la matrice en aluminium par exemple (1), bonne conductrice de la chaleur, est déposée une base quasi-cristalline (2) adhérant parfaitement à la matrice. La base (2) quasi-cristalline est mise en oeuvre de telle sorte qu'elle soit poreuse et les pores (6) sont remplis de polymère (4). Le polissage est réalisé de telle façon que le polymère n'affleure pas à la surface quasi-cnstalline, mais offre un léger retrait se traduisant par une surface légèrement concave.
Vue en coupe à la figure 2 la surface supérieure du revêtement est constituée d'une pluralité d'aspérités (8) en matériau quasi-cristallin séparées entre elles par des surfaces concaves où affleure le matériau de polymère (4), de telle sorte que seules les aspérités (8) entrent en contact du plan d'affleurement (7) des outils tels qu'un couteau (5).
La configuration finale du revêtement selon la présente invention se présente de façon telle que le contact avec une lame de couteau par exemple (5) ne se fait que par l'intermédiaire de l'armature quasi-cristalline. Celle-ci étant plus dure que l'acier de coutellerie, I'altération de la surface ne peut se faire et le PTFE est protégé, ce qui lui permet de jouer plus longtemps son rôle anti-adhésif.
Cette configuration finale est obtenue par l'action d'un polissage adapté, réalisé après le dépôt et la cuisson des PTFE, ce qui n'est pas le cas dans les revêtements classiques associant projection et
PTFE. Ce polissage est en fait le révélateur de la structure sous-jacente quasi-cristalline, qui assure la tenue mécanique de l'ensemble, sans que ses propriétés anti-adhésives ne soient altérées.
La mise en oeuvre d'un tel revêtement consiste selon l'invention par exemple en un procédé de surfaçage en deux phases partiellement superposées.
Après un nettoyage adéquat, la surface (1) est traitée par bombardement ou projection thermique de particules pulvérulentes selon une technique connue telle que projection par plasma, projection hyper-sonique, projection par flamme, les particules pulvérulentes pouvant être de type céramique et par exemple des quasi-cristaux.
Les conditions de la projection de particules pulvérulentes sont calculées de façon à obtenir la porosité recherchée. La pièce traitée est ensuite revêtue de PTFE suivant la technique classique et polymérisée au four.
Après refroidissement, un polissage particulièrement adapté permet de mettre à nu la surface telle qu'indiquée dans les figures 1 et 2 et dont 15 à 25 % sont de nature quasi-cristalline.
Cette technique n'est donnée qu'à titre indicatif, la mise en oeuvre du revêtement étant possible via plusieurs autres séquences de fabrication.
Le revêtement constitué suivant l'invention permet de cumuler les avantages des revêtements quasi-cristallins et des surfaces à base de PTFE, à savoir, qu'il allie:
- les bonnes qualités thermiques des quasi-cristaux le revêtement permet des économies de temps de cuisson et/ou de puissance de l'ordre de 113.
- la dureté des quasi-cristaux ou des céramiques : exceptionnelle résistance à l'abrasion, longévité accrue des surfaces de cuisson, dont le revêtement constitue jusqu'à présent le point faible.
- La réabilitation de surfaces de cuisson comme l'inox, le verre..., inadaptées aux dépôts directs de PTFE : la couche quasi-cristalline fonctionne alors également comme couche d'accrochage.
- les propriétés anti-adhésives des PTFE : la surface de contact avec les aliments est majoritairement assurée par le polymère, réduisant au minimum les phénomènes de collage et de gratinage.
- après polissage, les surfaces offrent un brillant de type "granité" qui se conserve après de multiples nettoyages.
- dans une structure métallique ou pseudo-métallique de surface de cuisson, les graisses occupent immédiatement une porosité qui est toujours existante. Au cours d'une forte élévation de température, ces graisses polymérisent, durcissent ou se dégradent et deviennent rapidement indélogeables : I'encrassement commence. Avec une surface dont la porosité est bloquée ou obturée par le PTFE, cet inconvénient disparaît, d'où les avantages suivants : le culottage n'est plus nécessaire, la dégradation des graisses est limitée et le vieillissement fortement ralenti.
- bon échange thermique dû à la surface apparente métallique très bonne conductrice de chaleur par rapport au PTFE,
- très bonne adhérence du PTFE sur les quasicristaux qui servent en particulier de primaire d'accrochage.
Les propriétés anti-adhérentes du revêtement obtenu selon l'invention peuvent être exploitées pour d'autres application que les surfaces de cuisson ou d'échange de chaleur, et notamment pour toutes les applications où l'on cherche à diminuer l'adhérence mécanique entre deux surfaces, toutes les applications tribologiques pour la résistance aux frottements et à la corrosion.
A titre d'exemple, on peut appliquer un revêtement selon l'invention sur les surfaces de contact d'un ensemble (arbre-palier).
Le matériau poreux constituant la base du revêtement peut être en quasi-cristaux selon l'exemple décrit ou plus généralement en matériau céramique, sa fonction étant une fonction de protection mécanique du polymère remplissant les pores, polymère utilisé ici pour ses propriétés antiadhérentes.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS
    - et de polymère remplissant les pores.
    - d'une base (1) en matériau quasi-cristallin etlou céramique formant un réticule adhérant parfaitement par sa face inférieure sur une matrice et présentant une surface supérieure poreuse constituée d'une pluralité de pores (6) séparés entre eux par des aspérités (8),
    1. Revêtement anti-adhérent pour surfaces par exemple des surfaces pour ustensiles de cuisson, mettant en oeuvre un polymère, caractérisé en ce qu'il est formé:
  2. 2. Revêtement selon la revendication précédente caractérisé en ce que les sommets des aspérités sont sensiblement dans un même plan d'affleurement (7), les surfaces de tous les pores étant concaves et en retrait par rapport audit plan d'affleurement.
  3. 3. Revêtement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère utilisé est du polytetrafluoro-éthylène ou PTFE.
  4. 4. Procédé de surfaçage pour la mise en oeuvre d'un revêtement anti-adhérent sur un matériau de base selon la revendication principale caractérisé en ce que:
    - I'on projette la base de matériau quasi-cristallin pulvérulent de type céramique pour obtenir la porosité recherchée,
    - I'on dépose un revêtement de PTFE et que l'on passe la pièce au four,
  5. 5. Procédé selon la revendication pécédente caractérisé en ce que:
    - après refroidissement on exécute un polissage jusqu'à mettre à nu les aspérités du matériau quasicristallin.
  6. 6. Surfaces d'échange de chaleur du type échangeur à plaques, pasteurisateurs, réchauffeurs, plaques de cuisson et analogue, caractérisées en ce qu'elles sont revêtues du revêtement antiadhérent selon la revendication 1.
  7. 7. Surfaces de pièces mécaniques soumises à des frottements caractérisées en ce qu'elles sont revêtues d'un revêtement anti-adhérent selon la revendication 1.
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