FR2906261A1 - Dispositif de nitruration par implantation ionique d'une piece en alliage d'or et procede mettant en oeuvre un tel dispositif - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'implantation d'ions dans une pièce en alliage d'or (5) comportant une source d'ions (6) délivrant des ions accélérés par une tension d'extraction et des premiers moyens de réglage (7-11) d'un faisceau initial (f1') d'ions émis par ladite source (6) en un faisceau d'implantation (f1). Ladite source (6) est une source à résonance cyclotronique électronique produisant le faisceau initial (f1') d'ions multi-énergies qui sont implantés dans la pièce (5) à une température inférieure à 300°C. L'implantation de ces ions multi-énergies du faisceau d'implantation (f1) réglé par l'intermédiaire des dits moyens de réglage (7-11) est effectuée simultanément à une profondeur contrôlée par la tension d'extraction de la source.

Description

Dispositif de nitruration par implantation ionique d'une pièce en alliage

d'or et procédé mettant en oeuvre un tel dispositif. Domaine de l'invention L'invention a pour objet un dispositif de nitruration par implantation ionique d'une pièce en alliage d'or à partir d'un faisceau d'ions d'azote émis par une source d'ions. L'invention a également pour objet un procédé de nitruration d'une pièce en alliage d'or mettant en oeuvre un tel dispositif. L'invention trouve des applications par exemple dans le domaine de la l'orfèvrerie où il est nécessaire de traiter des pièces en alliage d'or pour durcir la surface et empêcher ainsi l'apparition de rayures. Ce traitement a également pour effet de réduire le ternissement consécutif à la corrosion de certaines espèces atomiques contenues dans les alliages d'or.

Etat de la technique L'or un métal noble comme le cuivre et l'argent. L'électron périphérique de l'or est fortement attaché à son atome. L'or est très difficile à ioniser, il ne s'oxyde pas et ne se corrode pas. La structure c.f.c de l'or comporte de très nombreux plans de glissement. De ce fait l'or pur est très ductile et très malléable. L'or pur n'est pas assez dur pour pouvoir trouver des applications par exemple dans le domaine de l'outillage. L'orfèvrerie utilise assez peu l'or pur qui est trop mou, elle préfère plutôt les alliages d'or qui présentent de meilleures propriétés mécaniques. A contrario, l'or pur est très apprécié dans le domaine de la microélectronique pour sa bonne conductibilité électrique et son caractère inoxydable. Dans le domaine de l'orfèvrerie, la dureté de l'or dépend de plusieurs 30 facteurs incluant la composition des alliages et la manière avec laquelle les pièces sont travaillées.

2906261 2 Allier l'or avec d'autres éléments a pour effet de renforcer sa dureté, sa résistance mécanique, et de réduire en contrepartie sa ductilité et sa malléabilité. Les atomes d'argent étant légèrement plus gros que les atomes 5 d'or, allier l'or avec de l'argent améliore modérément la dureté et la résistance mécanique de l'alliage. Le cuivre a une taille beaucoup plus petite que l'or. On obtient avec le cuivre un renforcement de l'alliage plus marqué que celui obtenu avec l'argent : le cuivre force la structure cristalline et bloque ainsi le mouvement des dislocations. D'autres espèces atomiques 10 comme le nickel, l'arsenic, le plomb peuvent être ajoutés mais présentent l'inconvénient d'être allergéniques ou bien encore dangereux pour la santé. Le chlore ou l'acidité provenant de la sueur peuvent ternir un alliage d'or en réagissant avec certaines espèces atomiques de l'alliage autres que 15 l'or. On peut durcir l'or pur mécaniquement, en le martelant, en le pliant, en le laminant. Sa structure est dite écrouie. On le rend ainsi plus brillant et plus résistant à l'usure. Par un chauffage effectué à une température supérieure à environ 300 C, on peut supprimer les contraintes internes, les 20 défauts cristallins et les dislocations : l'or retrouve sa malléabilité d'origine. On cherche de plus en plus dans le domaine de l'orfèvrerie à renforcer fortement et superficiellement des pièces en alliage d'or de manière à ce que celles-ci conservent le plus longtemps possible leur état de surface d'origine.

25 Les rayures dues aux chocs dégradent l'état de surface de la pièce (montre, bijoux...) et rend son aspect moins brillant. Comme on l'a vu la sueur peut également ternir l'éclat en réagissant chimiquement avec certains éléments de l'alliage d'or.

2906261 3 En règle générale, les nitrures métalliques sont bien connus dans la métallurgie pour augmenter la dureté, réduire l'action corrosive des acides ou du chlore. Parmi ces nitrures on trouve, les nitrures d'aluminium, de titane ou bien encore ceux produits dans les aciers. Pour l'or, la nitruration est 5 cependant plus difficile. Il existe un procédé de nitruration de l'or dont le résultat conduit à un dépôt de nitrure d'or sur une plaque de silicium . L'application concerne le domaine de la microélectronique. Ce procédé consiste à créer un plasma 10 d'azote par excitation RF, puis à accélérer les ions sur une feuille d'or mise sous une tension de quelques centaines de volts. Les ions d'or pulvérisés se mélangent avec les ions d'azote pour donner naissance à un dépôt de nitrure d'or sur un substrat en silicium. On pourra par exemple se reporter au document WO2005121395 (KRISHNAMURTY et al) qui décrit un procédé de 15 nitruration du type susvisé. Le dépôt de nitrure d'or a l'avantage de conserver les propriétés électriques de l'or et de posséder une dureté de 50 % supérieure à celle de l'or pur d'origine. Ainsi dans le domaine de la microélectronique, on peut remplacer des connecteurs en or pur, par des connecteurs en nitrure d'or, plus durs donc moins épais. On réduit ainsi les 20 quantités d'or nécessaire à la fabrication et on diminue les coûts de production des composants électroniques. Ce procédé n'est pas adapté aux besoins de l'orfèvrerie pour des problèmes d'adhérence de dépôt sur une pièce en alliage d'or, ou encore le contrôle de la composition du dépôt, donc de la couleur.

25 Exposé de l'invention L'invention a pour but de remédier aux inconvénients et problèmes 30 des techniques exposées précédemment.

2906261 4 Il est notamment visé par la présente invention de proposer un dispositif d'implantation ionique, notamment d'ions azote, dans une pièce en alliage d'or pour améliorer la dureté superficielle de cette dernière.

5 II est visé par la présente invention de réduire le ternissement des alliages d'or consécutif à une corrosion chlorée ou acide. Il est encore visé par la présente invention de proposer un tel dispositif qui permette un traitement en profondeur de l'alliage d'or, typiquement sur une épaisseur de l'ordre de 0 à 1 pm, et dont la mise en 10 oeuvre ne provoque pas une altération des caractéristiques mécaniques de la pièce à traiter. Il est également visé par la présente invention de proposer un tel dispositif qui ne nécessite pas des temps de traitement qui soient longs. II est enfin visé par la présente invention de proposer un tel dispositif 15 qui soit peu coûteux pour permettre son utilisation dans un cadre industriel, son coût ne devant pas être rédhibitoire par rapport aux coûts d'autres procédés de traitement. La démarche inventive de la présente invention a consisté à proposer de réaliser à basse température, plus précisément à une température 20 inférieure à environ 300 C, le traitement d'une pièce en alliage d'or par implantation simultanée d'ions multi-énergies. Ces derniers sont obtenus en extrayant avec une même et unique tension d'extraction des ions mono- et multi-chargés créés dans la chambre à plasma d'une source d'ions à résonance cyclotronique électronique (source RCE). Chaque ion produit par 25 ladite source présente une énergie qui est proportionnelle à son état de charge. Il en découle que les ions dont l'état de charge est le plus élevé, donc d'énergie la plus élevée, s'implantent dans la pièce en alliage d'or à des profondeurs plus importantes. On notera à ce stade de la description que cette implantation est 30 rapide et peu coûteuse puisqu'elle ne nécessite pas une tension d'extraction élevée de la source d'ions. En effet, pour augmenter l'énergie d'implantation 2906261 5 d'un ion, il est économiquement préférable d'augmenter son état de charge plutôt que d'augmenter sa tension d'extraction. On notera également que ce dispositif permet de traiter une pièce sans altérer ses propriétés mécaniques obtenus par écrouissage 5 (température inférieure à 300 C). Le dispositif d'implantation d'ions dans une pièce en alliage d'or comporte une source délivrant des ions accélérés par une tension d'extraction et des premiers moyens de réglage d'un faisceau initial d'ions émis par ladite source en un faisceau d'implantation.

10 Selon la présente invention, un tel dispositif est principalement reconnaissable en ce que ladite source est une source à résonance cyclotronique électronique produisant des ions multi-énergies qui sont implantés dans la pièce à une température inférieure à 300 C, l'implantation des ions du faisceau d'implantation étant effectuée simultanément à une 15 profondeur contrôlée par la tension d'extraction de la source. Plus particulièrement, le procédé de l'invention propose d'utiliser des ions d'azote multi-énergies produits par la source d'ions RCE à l'intérieur de laquelle de l'azote a été préalablement introduit et d'implanter les ions produits simultanément dans la pièce en alliage d'or, ce qui engendre des 20 ions d'azote en interstitiel dans la structure de l'or, des microcristaux de nitrure d'or induisant à leur tour une augmentation de la dureté. L'implantation simultanée de ces ions d'azote peut se faire à des profondeurs variables, en fonction des besoins et de la forme de la pièce. Ces profondeurs dépendent des énergies d'implantation des ions du faisceau 25 d'implantation ; elles peuvent varier de 0 à environ 1 pm. Compte tenu d'un effet de pulvérisation différent selon l'énergie donc l'état de charge de l'ion incident, on n'obtient pas le même profil de concentration d'ions implantés selon, par exemple, que l'on implante simultanément N+, N2+, N3+, ou que l'on implante successivement par état 30 de charge d'ordre croissant N+, N2+, puis N3+, ou encore que l'on implante successivement par état de charge d'ordre décroissant N3+, N2+, puis N+.

2906261 6 L'implantation successive par état de charge d'ordre croissant donne un profil d'épaisseur large mais de faible concentration. L'implantation successive par état de charge d'ordre décroissant donne un profil d'épaisseur étroite mais de forte concentration. L'implantation simultanée est 5 un compromis entre les deux types d'implantation précédents, on obtient un profil d'épaisseur moyenne et de concentration moyenne. Il est coûteux en terme de temps d'implanter des ions successivement par ordre croissant et décroissant. Le procédé de l'invention préconise l'implantation simultanée d'ions multi-énergies avec un faisceau multi-énergies et est de ce fait à la 10 fois avantageux techniquement et optimal sur le plan du compromis physique obtenu (profil de concentration équilibré). L'intérêt consiste à obtenir un profil de concentration comportant un plateau de large épaisseur, dont on puisse contrôler la hauteur. Cette hauteur de plateau devra se situer en dessous d'une concentration critique fixée par une coloration inadmissible de la pièce.

15 L'augmentation de la dureté de l'alliage d'or est liée à la concentration en ions d'azote implantés. Le procédé de l'invention présente un avantage très intéressant par rapport à l'implantation effectuée avec un faisceau d'ions d'azote mono-énergie: pour une même concentration d'ions implantés, favorise en effet 20 avec un faisceau d'ions d'azote multi-énergies l'apparition de nitrure d'or. L'implantation simultanée d'ions multi-énergies engendre par collisions et cascades un brassage plus efficace des différentes couches de nitrure d'or (qui s'étagent à différentes profondeurs d'implantation dans l'épaisseur traitée). L'efficacité des processus de fragmentation et de dispersion des 25 microcristaux dont sont constituées les couches de nitrure d'or est à l'origine d'un accroissement supplémentaire de dureté obtenu par implantation avec un faisceau d'ions d'azote multi-énergies. Dans une application à des pièces en alliage d'or, le procédé de l'invention permet d'obtenir une dureté superficielle proche de celle de l'acier, 30 tout en conservant les propriétés mécaniques massives dues à l'écrouissage.

2906261 7 Le dispositif de la présente invention comporte en outre avantageusement des deuxièmes moyens de réglage de la position relative de la pièce et de la source d'ions. On comprendra qu'un déplacement relatif entre la source d'ions et la pièce est mis en oeuvre pour pouvoir traiter cette 5 dernière. Selon une forme préférée de réalisation du dispositif de la présente invention dans laquelle la pièce est mobile par rapport à la source, les deuxièmes moyens de réglage comportent avantageusement un porte-pièce qui est mobile pour déplacer la pièce au cours de son traitement. Dans une 10 autre forme non préférée de réalisation du dispositif, c'est la source d'ions qui est déplacée par rapport à la pièce à traiter; cette dernière forme de réalisation pouvant être mise en oeuvre lorsque les pièces à traiter représentent ensemble un poids trop important. Le porte-pièce est de préférence équipé de moyens de 15 refroidissement pour évacuer la chaleur produite dans la pièce lors de l'implantation des ions multi-énergies. Les premiers moyens de réglage du faisceau d'ions comportent accessoirement un spectromètre de masse pour trier les ions produits par la source en fonction de leur charge et de leur masse.

20 De préférence, les premiers moyens de réglage du faisceau initial d'ions comportent en outre des moyens optiques de focalisation, un profiteur, un transformateur d'intensité et un obturateur. Le dispositif est avantageusement confiné dans une enceinte équipée d'une pompe à vide.

25 Les deuxièmes moyens de réglage de la position relative de la pièce et de la source d'ions comportent avantageusement des moyens de calcul de cette position à partir d'informations relatives à la nature du faisceau d'ions, à la géométrie de la pièce, à la vitesse de déplacement du porte-pièce par rapport à la source et au nombre de passes précédemment réalisées.

30 Selon une première variante du procédé de traitement de l'alliage d'or par implantation ionique mettant en oeuvre un dispositif selon la présente 2906261 8 invention, ce procédé est principalement reconnaissable en ce que le faisceau d'ions multi-énergies se déplace de façon relative par rapport à la pièce à une vitesse constante. Selon une deuxième variante du procédé de traitement de l'alliage 5 d'or par implantation ionique mettant en oeuvre un dispositif selon la présente invention, ce procédé est principalement reconnaissable en ce que le faisceau d'ions multi-énergies se déplace de façon relative par rapport à la pièce à une vitesse variable tenant compte de l'angle d'incidence du faisceau d'ions multi-énergies par rapport à la surface de la pièce.

10 Que ce soit la pièce à traiter ou la source d'ions qui est déplacée, la vitesse de déplacement relative entre ces deux éléments peut être constante ou variable en fonction de l'angle d'incidence du faisceau par rapport à la surface, au moins pendant la durée de traitement. La vitesse dépend du débit du faisceau, du profil de concentration des ions implantés et du nombre 15 de passes. La vitesse peut varier en fonction de l'angle d'incidence du faisceau par rapport à la surface, pour compenser la faiblesse de la profondeur d'implantation par une augmentation du nombre d'ions implantés. Le faisceau d'ions multi-énergies est émis avec un débit et des énergies d'émission qui sont constants et commandés par la source d'ions.

20 Comme expliqué précédemment, le procédé de l'invention permet d'agir sur les profondeurs de pénétration des ions multi-énergies dans la pièce. Ces profondeurs de pénétration, qui s'étagent dans l'épaisseur traitée, varient en fonction des différentes énergies d'entrée des ions au niveau de la surface de la pièce.

25 L'implantation des ions d'azote dans la structure cristalline de la pièce à traiter a pour effet d'insérer des ions d'azote en interstitiel et de créer des microcristaux de nitrure d'or (au delà d'une certaine concentration d'azote dans l'or) extrêmement dures qui bloquent les plans de glissement des dislocations à l'origine des déformations du matériau. En d'autres termes, le 30 fait d'implanter des ions d'azote dans la pièce à traiter permet d'augmenter la dureté superficielle de la pièce et de la rendre ainsi très résistante à l'usure.

2906261 9 Le procédé de l'invention permet, par le phénomène de pulvérisation superficielle induit par la passage des ions incidents, de gommer les micro-rugosités de la pièce, autrement dit d'améliorer l'état de surface donc le brillance de la pièce.

5 Le procédé de l'invention permet de réduire considérablement la corrosion des espèces atomiques composant l'alliage, en implantant sous la surface une barrière d'atomes d'azote, réputés pour leur inertie chimique ou encore leur effet de neutralisation des acides. Le procédé empêche ainsi le ternissement des alliages d'or.

10 II résulte de ces dispositions que le procédé de l'invention permet de traiter efficacement des pièces en alliage d'or, sans pour autant augmenter ni la durée du traitement et ni les risques d'échauffement de la pièce. Brève description des dessins 15 La figure 1 représente un diagramme fonctionnel du dispositif de l'invention. La figure 2 représente des exemples de distribution d'implantation, dans de l'or, par une source à résonance cyclotronique électronique produisant des ions N+, N2+, N3+, N4+, N5+ avec une même tension 20 d'extraction de 200 KV. La figure 3 représente le profil d'implantation obtenu avec un faisceau de N+(1,5mA), N2+(1,5mA), N3+(1,5mA), N4+(1,5mA), N5+(1,5mA), une tension d'extraction de 200 KV, concentré sur une surface de 1 cm2 pendant 30 secondes. Ce profil représente en ordonnée la concentration atomique 25 N/AI (%) d'ions azote implantés en fonction de la profondeur d'implantation exprimée en Angstrôm. La figure 4 représente le profil d'implantation optimal, du même type que le profil précédent, qui est obtenu avec un faisceau de N+(0,5mA), N2+(1mA), N3+(1,5mA), N4+(2mA), N5+(2,5mA), une tension d'extraction de 30 200 KV, concentré sur une surface de 1 cm2 pendant 30 secondes.

2906261 10 Description détaillée de modes de réalisation de l'invention Sur la figure 1, un dispositif selon la présente invention est placé dans une enceinte 3 mise sous vide grâce à une pompe à vide 2. Ce vide a pour but d'empêcher l'interception du faisceau par des gaz résiduels et d'éviter la 5 contamination de la surface de la pièce par ces mêmes gaz lors de l'implantation. Ce dispositif comporte une source d'ions 6 à résonance cyclotronique électronique, dite source RCE. Cette source RCE 6 délivre un faisceau initial f1' d'ions mufti-énergies d'azote pour un courant total d'environ 7,5 mA 10 (toutes charges confondues N+, N2+, etc.), sous une tension d'extraction pouvant varier de 20 KV à 200 KV. La source RCE 6 émet le faisceau d'ions f1' en direction de premiers moyens de réglage 7-11 qui assurent la focalisation et le réglage du faisceau initial f1' émis par la source RCE 6 en un faisceau f1 d'implantation d'ions qui vient frapper une pièce à traiter 5.

15 Ces premiers moyens de réglage 7-11 comportent, de la source RCE 6 vers la pièce 5, les éléments suivants : - un spectromètre de masse 7 apte à filtrer les ions en fonction de leur charge et de leur masse. Cet élément est facultatif ; en effet, dans le cas ou l'on injecte un gaz d'azote pur (N2), il est possible de récupérer l'ensemble 20 des ions d'azote mono et mufti-chargés produits par la source pour obtenir un faisceau d'ions d'azote mufti-énergies. Le spectromètre de masse étant un élément très cher on réduit fortement le coût du dispositif en utilisant un faisceau d'ions d'azote mufti-énergies obtenus à partir d'un gaz d'azote pur livré en bouteille. 25 - des lentilles 8 dont le rôle est de donner au faisceau initial f1' d'ions une forme choisie, par exemple cylindrique, avec un rayon choisi. - un profileur 9 dont le rôle est d'analyser l'intensité du faisceau dans un plan de coupe perpendiculaire. Cet instrument d'analyse devient facultatif dès lors que les lentilles 8 sont réglées définitivement lors de la première 30 implantation. 2906261 11 - un transformateur d'intensité 10 qui mesure en continu l'intensité du faisceau initial f1' sans l'intercepter. Cet instrument a pour fonction essentielle de détecter toute interruption du faisceau initial f1' et de permettre l'enregistrement des variations d'intensité du faisceau f1 durant le traitement. 5 - un obturateur 11 qui peut être une cage de Faraday, dont le rôle est d'interrompre la trajectoire des ions à certains moments, par exemple lors d'un déplacement sans traitement de la pièce. Selon la forme préférée de réalisation du dispositif représentée sur la figure 1, la pièce 5 est mobile par rapport à la source RCE 6. La pièce 5 est 10 montée sur un porte-pièce mobile 12 dont le déplacement est commandée par une machine à commande numérique 4, elle-même pilotée par un post-processeur calculé par un système de CFAO (conception et fabrication assistées par ordinateur) 1. Le déplacement de la pièce 5 prend en compte le rayon du faisceau 15 f1, les contours externes et internes des zones à traiter de la pièce 5, une vitesse de déplacement constante, ou variable en fonction de l'angle du faisceau f1 par rapport à la surface et un nombre de passes précédemment réalisées. Des informations de contrôle (inf1) sont transmises de la source RCE 20 6 vers la machine à commande numérique 4. Ces informations de contrôle concernent l'état du faisceau. En particulier, la source RCE 6 informe la machine 4 lorsque le faisceau f1 d'ions est prêt à être envoyé. D'autres informations de contrôle (inf2) sont transmises par la machine 4 à l'obturateur 11, à la source RCE 6 et, éventuellement, à une ou plusieurs 25 machines extérieures au dispositif. Ces informations de contrôle peuvent être les valeurs du rayon du faisceau d'ions, son débit et toutes autres valeurs connues de la machine 4. Par ailleurs, le porte-pièce 12 est équipé d'un circuit de refroidissement 13 pour évacuer la chaleur produite dans la pièce 5 lors de 30 l'implantation des ions multi-énergies. Le fonctionnement du dispositif de l'invention est le suivant : 2906261 12 - on bride la pièce à traiter 5 sur le porte-pièce 12, - on ferme l'enceinte 3 abritant le dispositif, - on met éventuellement en marche le circuit de refroidissement 13 du porte-pièce 12, 5 - on met en marche la pompe à vide 2 de manière à obtenir un vide poussé dans l'enceinte 3, - dès que les conditions de vide sont atteintes, on procède à la production et au réglage du faisceau f1' d'ions grâce aux moyens de réglage 7-11, 10 - lorsque le faisceau est réglé, on lève l'obturateur 11 et on lance la machine à commande numérique 4 qui exécute alors le déplacement en position et en vitesse de la pièce 5 devant le faisceau en une ou plusieurs passes, - lorsque le nombre de passes requis est atteint, on baisse l'obturateur 15 11 pour couper le faisceau f1, on arrête la production du faisceau fi', on casse le vide en ouvrant l'enceinte 3 à l'air ambiant, on arrête éventuellement le circuit de refroidissement 13 et on sort la pièce traitée 5 hors de l'enceinte 3. li existe deux manières de diminuer le pic en température lié au 20 passage du faisceau f1 en un point donné de la pièce 5: augmenter le rayon du faisceau (donc réduire la puissance par cm2) ou augmenter la vitesse de déplacement. Si la pièce est trop petite pour évacuer par rayonnement la chaleur liée au traitement on peut soit diminuer la puissance du faisceau f1 (donc 25 augmenter la durée de traitement), soit mettre en marche le circuit de refroidissement 13 logé dans le porte pièce 12. La figure 2 représente un exemple de distribution d'ions d'azote N implantés dans de l'or. Dans cet exemple, la source d'ions délivre des ions N+, N2+, N3+, N4+ et N5+ qui sont tous extraits avec une seule et unique 30 tension d'extraction, par exemple, de 200 KV. Ainsi les ions N+ émis par la source d'ions ont une énergie de 200 KeV, les ions N2+ ont une énergie de 2906261 13 400 KeV, les ions N3+ ont une énergie de 600 KeV, les ions N4+ ont une énergie de 800 KeV et les ions N5+ ont une énergie de 1000 KeV. Les ions N+ atteignent une profondeur de 0,16 pm +1- 0.075 pm. Les ions N2+ atteignent une profondeur d'environ 0,3 pm +1- 0,11 pm, les ions 5 N3+ une profondeur d'environ 0.4 pm +/- 0,15 pm, les ions N4+ une profondeur d'environ 0.48pm +1- 0,17 pm et les ions N5+ une profondeur d'environ 0.58pm +1- 0,18 pm. La distance maximale atteinte par des ions dans cet exemple est d'environ l pm. La spécificité d'une source d'ions RCE 6 réside dans le fait qu'elle 10 délivre des ions mono- et multi-chargés ce qui permet d'implanter simultanément des ions multi-énergies avec la même tension d'extraction. II est ainsi possible d'obtenir simultanément sur toute l'épaisseur traitée un profil d'implantation plus ou moins bien réparti. On obtient pour le profil d'implantation une répartition optimale en 15 réglant les fréquences de la source 6 de manière à avoir une distribution équirépartie des états de charge des ions de la source (même nombre d'ions N+, N2+, N3+, N4+, N5+ par cm2 et par seconde). Par exemple, en reprenant l'exemple précédent, si l'on considère une source RCE délivrant un courant total de 7,5 mA (0,5 mA pour N+, 1mA pour 20 N2+, 1,5mA pour N3+, 2mA pour N4+, 2,5mA pour N5+,) avec une tension d'extraction de 200 KV, dans de l'or et sur 1 cm2, pendant environ 30 secs, le profil d'implantation représenté sur la figure 4 comporte un plateau constant de 13% dans une épaisseur comprise entre 0.1 pm et 0,5 pm. Pour une même concentration d'ions implantés, l'effet physique en 25 terme de dureté obtenue par implantation simultanée d'ions multi-énergies est supérieur à celui obtenu par implantation d'ions mono-énergie. En effet la dispersion des microcristaux de nitrure d'or due à l'efficacité du brassage des ions multi-énergies (qui s'implantent à des profondeurs étagées), induit un accroissement supplémentaire de dureté qui s'ajoute à celle qui serait 30 obtenue avec un faisceau d'ions mono-énergies.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1 û Dispositif d'implantation d'ions dans une pièce en alliage d'or(5) comportant une source (6) délivrant des ions accélérés par une tension d'extraction et des premiers moyens de réglage (7-11) d'un faisceau initial (f1') d'ions émis par ladite source (6) en un faisceau d'implantation (fi) caractérisé en ce que ladite source (6) est une source à résonance cyclotronique électronique produisant des ions multi-énergies qui sont implantés dans la pièce (5) à une température inférieure à 300 C, l'implantation des ions multi-énergies du faisceau d'implantation (fi) étant effectuée simultanément à une profondeur contrôlée par la tension d'extraction de la source.

2 û Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des deuxièmes moyens de réglage (1,4,12) de la position relative de 15 la pièce (5) et de la source d'ions (6).

3 û Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deuxièmes moyens de réglage (1,4,12) comportent un porte-pièce qui est mobile (12) pour déplacer la pièce (5) au cours de son traitement.

4 û Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le portepièce (12) est équipé de moyens de refroidissement (13) pour évacuer la chaleur produite dans la pièce (5) lors de l'implantation des ions multiénergies.

5 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers moyens de réglage (7-11) du faisceau 25 d'ions comportent un spectromètre de masse (7) pour trier les ions produits par la source (6) en fonction de leur charge et de leur masse.

6 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de réglage (7-11) du faisceau initial (f1') d'ions comportent en outre des moyens optiques de focalisation (8), un 30 profileur (9), un transformateur d'intensité (10) et un obturateur (11). 2906261 15 7 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est confiné dans une enceinte (3) équipée d'une pompe à vide (2). 8 û Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les 5 deuxièmes moyens de réglage (1,4,12) de la position relative de la pièce (5) et de la source d'ions (6) comportent des moyens de calcul (1) de cette position à partir d'informations relatives à la nature du faisceau d'ions, à la géométrie de la pièce (5), à la vitesse de déplacement du porte pièce (12) par rapport à la source (6) et au nombre de passes précédemment réalisées. 10 9 û Procédé de traitement d'un alliage d'or par implantation ionique mettant en oeuvre un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau d'ions multi-énergies se déplace de façon relative par rapport à la pièce (5) à une vitesse constante. 10 û Procédé de traitement d'un alliage d'or par implantation ionique mettant en oeuvre un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le faisceau d'ions multi-énergies se déplace de façon relative par rapport à la pièce (5) à une vitesse variable tenant compte de l'angle d'incidence du faisceau d'ions multi-énergies par rapport à la surface de la pièce (5).20