FR2922899A1 - Procede de fabrication d'une structure poreuse ordonnee a partir d'un substrat d'aluminium - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de fabrication d'une structure poreuse dans lequel on produit, par anodisation d'un substrat d'aluminium, une couche (3) de surface extérieure comprenant une épaisseur de structure (7) poreuse ordonnée, caractérisé en ce qu'on réalise une étape d'anodisation sur un substrat d'aluminium lisse avec une durée suffisante pour permettre l'obtention d'une épaisseur de structure (7) poreuse ordonnée. On enlève ensuite une partie de l'épaisseur de ladite couche (3) formée par anodisation, cette partie d'épaisseur s'étendant à partir de la surface extérieure de ladite couche (3) formée par anodisation, en conservant une épaisseur non nulle de structure (7) poreuse ordonnée et de façon que cette structure poreuse ordonnée forme la surface extérieure libre de la couche résiduelle.
Description
PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UNE STRUCTURE POREUSE ORDONNÉE A PARTIR D'UN SUBSTRAT D'ALUMINIUM L'invention concerne un procédé de fabrication d'une structure poreuse ordonnée, à partir d'un substrat d'aluminium. Dans tout le texte, une structure poreuse est dite ordonnée lorsqu'elle présente des pores, en forme de canaux rectilignes, de même section droite transversale (forme et dimensions), parallèles et adjacents dans un plan radial, et uniformément distribués dans le plan radial. Egalement, dans tout le texte, on oriente la pièce d'aluminium et les structures anodiques résultant de l'anodisation de ladite pièce d'aluminium selon leurs deux faces opposées, une première face, dite face extérieure, en contact avec la solution électrolyte, et une seconde face, dite face substrat, qui n'est pas en contact avec la solution électrolytique. Egalement, dans tout le texte, on entend par alumine, le terme général recouvrant des formes oxydées de l'aluminium, à savoir les oxydes d'aluminium, les hydroxydes d'aluminium, ainsi que les oxy-hydroxydes d'aluminium.
De nombreux systèmes électroniques, mécaniques, biotechnologiques ou chimiques tendent vers une miniaturisation extrême, ouvrant un vaste champ d'applications dans des domaines aussi variés que la médecine, l'aéronautique, l'espace, l'électronique, l'informatique ou la photonique. Dans cet objectif, le contrôle de la structure des matériaux, des dimensions et de la régularité de leurs ultrastructures devient essentiel afin de réduire les dimensions de ces systèmes, augmenter le rapport entre la surface spécifique et le volume total de l'échantillon et/ou obtenir des phénomènes physiques spécifiques,. Dans ce but, on sait réaliser, par anodisation de substrats d'aluminium métal, des structures poreuses ordonnées, à base de l'élément chimique aluminium, dont la surface s'étend sur plusieurs m2. Ces structures poreuses, aussi appelées films anodiques poreux, peuvent être utilisées comme support ou comme 2 2922899
matrice pour des applications originales telles que la nanofiltration ou encore la réalisation d'éléments fonctionnels de dimension nanométrique comme les nanoplots, les nanofils et les nanotubes. L'amélioration des performances techniques de ces matériaux, dont les ultrastructures sont de dimension méso- ou 5 nanométrique, découle directement des avancées technologiques permettant la réalisation de films anodiques poreux, de grande dimension et d'épaisseur contrôlée. La croissance d'une structure poreuse au cours de l'anodisation d'un substrat d'aluminium est guidée par un processus complexe, 10 impliquant un équilibre entre, d'une part une réaction d'oxydation de l'aluminium en dérivés oxydés, hydroxylés ou encore oxy-hydroxylés de l'aluminium, et, d'autre part, une réaction de dissolution de cette alumine formée. Ainsi, il est connu que la formation d'une structure poreuse résulte de l'équilibre, dépendant des conditions opératoires de l'anodisation, entre les contributions respectives de ces deux 15 réactions chimiques antagonistes. La publication Masuda H., Yada K. et Osaka A., (1998), Jpn. J. Appl. Phys., 37, 1340-1342 Self -Ordering of cell configuration of anodic porous alumina with large-size pores in phosphoric acid solution décrit un procédé d'obtention d'une structure poreuse, regroupant plusieurs traitements, à 20 savoir, un traitement par anodisation, pendant une durée variant de 0,5 h à 16 h, d'un substrat d'aluminium non prétexturé dans une solution d'acide phosphorique, à une concentration de 0,3 mol/L, sous une tension de 195 V, un traitement de dissolution chimique du substrat d'aluminium résiduel au moyen d'une solution saturée de HgC12, un traitement de dissolution chimique de la couche barrière, aussi 25 appelée couche compacte, au moyen d'une solution d'acide phosphorique à une proportion massique de 10%, et enfin un traitement chimique d'agrandissement du diamètre des pores de la structure poreuse, au moyen d'une solution d'acide phosphorique. Ainsi, ce document décrit un procédé de référence pour la 30 fabrication d'une structure poreuse à base d'aluminium, au moyen de plusieurs traitements successifs qui sont tous de nature chimique ou électrochimique. Ce 3 2922899
document présente l'état de surface de la face substrat de la structure poreuse, après élimination du substrat résiduel et de la couche barrière. Il ne décrit pas l'état de la structure poreuse au sein de son épaisseur, notamment au niveau de la face extérieure. 5 Par ailleurs, on sait qu'il est possible d'obtenir une structure poreuse ordonnée par anodisation d'un substrat d'aluminium présentant, à sa surface extérieure, une pluralité de concavités, de même forme, et régulièrement distribuées. Une telle empreinte peut être obtenue par nanoindentation du substrat d'aluminium, par exemple, en appliquant et en pressant sur le substrat d'aluminium, 10 une matrice dure, notamment en carbure de silicium présentant une pluralité de convexités. Néanmoins, cette étape de nanoindentation est technologiquement très difficile à mettre en oeuvre en raison des difficultés techniques pour réaliser, aux échelles méso- et nanométrique, la matrice en carbure de silicium présentant une pluralité de convexités. Cette étape de réalisation d'une matrice est, par 15 conséquence, une étape coûteuse. Un autre procédé connu, permettant d'obtenir une pluralité de concavités, de même forme, et régulièrement distribuées sur la surface du substrat d'aluminium ou d'alliage d'aluminium, est appelé double anodisation . Selon ce procédé de double anodisation , une première étape d'anodisation permet de 20 former une pluralité de concavités à l'interface du substrat d'aluminium initialement lisse et de la structure poreuse résultant de cette anodisation. La dissolution complète, par voie chimique, de la structure poreuse résultant de l'anodisation, révèle alors la pluralité de concavités sous-jacente. Ces empreintes concaves servent ensuite de guide pour la croissance, lors d'une seconde étape d'anodisation, d'une 25 structure poreuse ordonnée. Ce procédé de double anodisation est long à mettre en oeuvre en raison de la duplication de l'étape d'anodisation. Ce procédé nécessite, en outre, une étape de dissolution chimique de la structure poreuse résultant de la première anodisation, qui est délicate à mettre en oeuvre, et n'est, par conséquence, peu ou pas compatible avec une exploitation à l'échelle industrielle. Par ailleurs, ce 30 procédé nécessite la mise en oeuvre, lors de l'étape de dissolution, de produits chimiques toxiques, tels que des dérivés du chrome, en particulier du chrome VI.
Enfin, l'épaisseur de structure poreuse, produite à l'issue du traitement initial d'anodisation du substrat d'aluminium, puis dissoute par traitement chimique, n'est pas valorisée.
D'autres procédés ont été proposés pour perfectionner
l'élaboration d'une structure poreuse ordonnée sans toutefois parvenir à éviter la réalisation d'une "double anodisation" avec élimination intermédiaire d'une structure formée par une première anodisation. Ainsi, EP 1715085 propose un procédé dans lequel le traitement de dissolution chimique est remplacé par un traitement électrochimique, conduisant à la séparation du substrat d'aluminium résiduel et de l'intégralité de la structure résultant de la première anodisation. Là encore, ce procédé est long à mettre en oeuvre, relativement complexe, coûteux et peu compatible avec une exploitation à l'échelle industrielle.
Ainsi, jusqu'à maintenant, pour obtenir une structure poreuse ordonnée, présentant des pores en forme de canaux rectilignes, de même section droite transversale (forme et dimensions), parallèles et adjacents dans un plan radial, et uniformément distribués dans le plan radial, il était toujours considéré comme nécessaire de réaliser une prétexturisation du substrat d'aluminium, soit par nanoindentation dudit substrat d'aluminium, soit par une première anodisation, suivie d'une dissolution chimique/séparation électrochimique.
Dans ce contexte, l'invention vise à pallier l'ensemble de ces inconvénients en proposant un procédé de fabrication, par anodisation d'un substrat d'aluminium ou d'alliage d'aluminium lisse, d'une structure poreuse ordonnée, qui évite le recours à une double anodisation, et qui ne nécessite pas non plus la réalisation d'une étape préalable de nanoindentation mécanique du substrat
d'aluminium ou d'alliage d'aluminium.
L'invention vise plus particulièrement à proposer un procédé de fabrication, par anodisation, d'une structure poreuse ordonnée qui est simple, rapide, peu coûteux, respectueux de l'environnement, et qui est compatible avec une exploitation à l'échelle industrielle.
L'invention vise plus particulièrement à proposer un procédé permettant l'obtention d'une structure poreuse ordonnée de grande qualité, 5 2922899
homogène dans toute son épaisseur, et dans laquelle, la forme, le diamètre des pores et l'ordonnancement des pores, sont parfaitement maîtrisés. L'invention vise plus particulièrement à proposer un procédé permettant l'obtention d'une structure poreuse ordonnée pouvant présenter une 5 grande épaisseur, -notamment supérieure à 100 m-. L'invention vise également à proposer un procédé de fabrication d'une structure poreuse ordonnée ne nécessitant pas l'emploi de composés chimiques toxiques tels que les dérivés du chrome, en particulier du chrome VI. 10 L'invention concerne donc un procédé de fabrication d'une structure poreuse dans lequel on produit, par anodisation d'un substrat d'aluminium, une couche de surface extérieure comprenant au moins une épaisseur de structure poreuse ordonnée caractérisé en ce que : on réalise un traitement d'anodisation sur un substrat 15 d'aluminium lisse avec une durée suffisante pour permettre l'obtention d'au moins une épaisseur de structure poreuse ordonnée, û on enlève ensuite une partie de l'épaisseur de ladite couche formée par anodisation, cette partie d'épaisseur s'étendant à partir de la surface extérieure de ladite couche formée par anodisation, en conservant une 20 épaisseur non nulle de structure poreuse ordonnée et de façon que cette structure poreuse ordonnée forme la surface extérieure libre de la couche résiduelle. La structure poreuse obtenue par une simple anodisation d'un substrat d'aluminium lisse présente, du côté de sa face extérieure, une épaisseur de structure poreuse imparfaitement ordonnée, -c'est-à-dire qui ne présente pas des 25 pores en forme de canaux rectilignes, de même section droite transversale (forme et dimensions), parallèles et adjacents dans un plan radial, et uniformément distribués dans le plan radial-. Mais, si la durée d'anodisation est suffisamment longue, la structure poreuse présente aussi, sous-jacente à cette structure poreuse imparfaitement ordonnée, une structure poreuse, parfaitement ordonnée, c'est-à-dire 30 présentant des pores en forme de canaux rectilignes, de même section droite 6 2922899
transversale (forme et dimensions), parallèles et adjacents dans un plan radial, et uniformément distribués dans le plan radial. Ainsi, le seul fait de réaliser directement une anodisation sur un substrat d'aluminium lisse, c'est-à-dire, présentant une rugosité arithmétique 5 inférieure à 5 nm et ne présentant pas, par conséquence, une pluralité de concavités issue soit d'une anodisation préalable, .-procédé par double anodisation-, soit d'une étape de nanoindentation mécanique, permet, en réalité, si la durée d'anodisation est suffisamment longue, d'obtenir une épaisseur de structure poreuse ordonnée, en dessous d'une couche poreuse imparfaitement ordonnée s'étendant en surface. Selon 10 l'invention, on enlève l'épaisseur correspondant à cette couche imparfaitement ordonnée, de façon à faire déboucher, en surface, les pores de la structure poreuse ordonnée. Particulièrement, dans un procédé selon l'invention, on réalise un traitement d'anodisation à partir d'un substrat formé d'alliage d'aluminium de la 15 série 1XXX, par exemple l'alliage d'aluminium 1050A, ou encore d'aluminium raffiné, notamment choisi dans le groupe formé de l'aluminium 4N et de l'aluminium 5N. Dans un procédé selon l'invention, la couche de surface extérieure, comprenant au moins une épaisseur de structure poreuse, est obtenue 20 après une durée d'anodisation qui dépend de la vitesse de croissance de ladite couche de surface extérieure. Or, la vitesse de croissance de la couche de surface extérieure dépend des conditions opératoires choisies pour la réalisation des propriétés physiques de la structure poreuse. Ainsi, le procédé selon l'invention permet de réaliser 25 rapidement et simplement en une seule anodisation et sans nécessiter, ni un traitement chimique subséquent de dissolution sélective, ni une séparation électrochimique, une structure poreuse présentant une épaisseur non nulle d'une structure poreuse ordonnée. Cette structure poreuse ordonnée présente une porosité ouverte, au moins sur l'une de ses faces, dite face extérieure, et une épaisseur de 30 structure poreuse ordonnée contrôlée à 1"échelle du micromètre. 7 2922899
Cela étant, selon une variante possible du procédé de fabrication conforme à l'invention, rien n'empêche de réaliser la couche de surface extérieure de telle sorte qu'elle comprenne une pluralité d'épaisseurs de structures poreuses ordonnées superposées. Ces différentes épaisseurs sont notamment 5 obtenues par un traitement d'anodisation comprenant une pluralité d'étapes d'anodisation successives, aucune desdites étapes du traitement d'anodisation n'étant suivie d'un traitement par dissolution chimique sélective, ni de séparation électrochimique d'une partie de l'épaisseur de la couche formée par anodisation. Dans cette variante, les différentes étapes du traitement d'anodisation sont réalisées 10 dans des conditions d'anodisation dans lesquelles on modifie, entre deux étapes d'anodisation successives, au moins l'un des paramètres d'anodisation, choisi(s) dans le groupe formé de la tension d'anodisation, de la température de la solution d'anodisation, de la composition chimique de la solution d'anodisation, de la densité du courant d'anodisation. 15 Dans un procédé conforme à l'invention, on peut utiliser tout procédé connu d'enlèvement de matière par usinage mécanique pour réaliser l'enlèvement d'une partie de l'épaisseur de ladite couche formée par anodisation, cette partie d'épaisseur s'étendant à partir de la surface extérieure de ladite couche, en conservant au moins une épaisseur non nulle de structure poreuse ordonnée et de 20 façon que cette structure poreuse ordonnée forme la surface extérieure libre de la couche résiduelle. Avantageusement et: selon l'invention, on enlève ladite partie d'épaisseur par abrasion mécanique, c'est-à-dire par frottement dynamique solide/solide, au moyen d'un outil solide abrasif mobile, que l'on applique sur la 25 surface extérieure de la couche poreuse formée par anodisation, et en exerçant une pression sur ledit outil solide abrasif mobile. Avantageusement et selon l'invention, on réalise cette abrasion mécanique de façon à obtenir une structure poreuse ordonnée dont la surface extérieure est plane. 30 Plus particulièrement, on enlève ladite partie d'épaisseur par un traitement d'abrasion mécanique qui n'affecte que la surface extérieure de la couche poreuse formée par anodisation, et qui n'affecte, dans l'épaisseur de la structure poreuse, ni le diamètre des pores de la structure poreuse ordonnée ni la forme desdits pores révélés au cours du traitement abrasif. Ce traitement par abrasion mécanique se distingue d'un traitement par dissolution chimique qui affecte nécessairement non seulement l'épaisseur de la couche poreuse formée par anodisation, mais également la forme et le diamètre des pores de ladite couche. Avantageusement et selon l'invention, on réalise l'abrasion mécanique au moyen d'une pièce de tissu, -notamment d'une pièce de feutrine-, imprégnée d'une suspension, dite suspension abrasive, d'une poudre dans une phase aqueuse, ladite poudre comprenant au moins un minéral choisi dans le groupe des minéraux abrasifs, composé du diamant et des céramiques, -notamment, le corindon-. L'utilisation d'une pièce de tissu imprégnée d'une suspension abrasive selon l'invention permet d'obtenir une abrasion régulière et d'une grande finesse. De plus, elle permet aussi l'humidification permanente de la surface de la couche poreuse obtenue par anodisation et le maintien de la température de celle-ci, même au cours de l'abrasion mécanique. Elle évite ainsi la détérioration de la structure anodique poreuse au cours de ladite abrasion. Le choix du minéral abrasif permet en outre de sélectionner la dureté dudit minéral, de façon à maîtriser la vitesse d'abrasion de la structure poreuse. En tout état de cause, la dureté du minéral abrasif contenu dans la suspension abrasive est supérieure à la dureté de la couche poreuse dont la composition est à base d'alumine, notamment de dérivés oxydés, hydroxylés et/ou oxy-hydroxylés de l'aluminium.
Avantageusement et selon l'invention, on réalise l'abrasion mécanique par une pluralité d'étapes successives d'abrasion, chacune des dites étapes successives d'abrasion étant réalisée au moyen d'une suspension abrasive, les suspensions abrasives de chacune des étapes successives d'abrasion étant choisies de façon à présenter une granulométrie décroissante d'une étape à l'autre.
Avantageusement et selon l'invention, on réalise l'abrasion mécanique par une succession d'étapes d'abrasion allant d'une abrasion moins fine 9 2922899
et plus rapide vers une abrasion plus fine et plus lente. Le choix de la taille des particules de la poudre minérale permet de maîtriser aussi bien la vitesse d'abrasion de la structure poreuse que la qualité de la finition de la surface de la structure poreuse. 5 La succession des étapes d'abrasion réalisées au moyen de suspensions abrasives de granulométrie décroissante permet, en outre, de diminuer le temps d'abrasion tout en conférant à la surface de la structure poreuse une rugosité faible et une excellente finition. Avantageusement et selon l'invention, on réalise chaque étape 10 d'abrasion de la pluralité d'étapes successives d'abrasion au moyen d'une pièce de tissu imprégnée d'une suspension abrasive, ladite pièce de tissu étant appliquée sur la surface d'un support rigide choisi dans le groupe formé d'un support vibrant et d'un support rotatif. Particulièrement, on réalise chaque étape d'abrasion de la 15 pluralité d'étapes successives d'abrasion au moyen d'une pièce de tissu imprégnée d'une suspension abrasive, ladite pièce de tissu étant appliquée sur la surface d'un support rigide choisi dans le groupe formé d'un support vibrant et d'un support rotatif, la plus petite dimension de la pièce de tissu et du support rigide étant supérieure à la plus grande dimension de la couche de surface extérieure. 20 Avantageusement et selon l'invention, on réalise chaque étape d'abrasion de la pluralité d'étapes successives d'abrasion, au moyen d'un support rotatif présentant une vitesse de rotation inférieure à 30 radis, notamment comprise entre 2 radis et 20 radis. La pression appliquée sur la surface de la couche poreuse au cours de l'abrasion mécanique est notamment comprise entre 1 kPa et 50 kPa. 25 Avantageusement et selon l'invention, on réalise l'abrasion mécanique par une première étape d'abrasion au moyen d'une pièce de feutrine imprégné d'une suspension de diamant dont la granulométrie moyenne est comprise entre 0,8 m et 1,5 m, notamment de l'ordre de 1 m, et par une deuxième étape d'abrasion au moyen d'une pièce de feutrine imprégné d'une suspension de diamant 30 dont la granulométrie moyenne est comprise entre 0,2 m et 0,4 m, notamment de l'ordre de 0,25 m. Io 2922899
Avantageusement et selon l'invention, la durée totale de l'abrasion mécanique est inférieure à 30 min, notamment comprise entre 10 min et 20 min. Cette durée permet en pratique d'éliminer la totalité de l'épaisseur de la couche poreuse non ordonnée formée en surface extérieure lors de l'anodisation. 5 Avantageusement et selon l'invention, on enlève une épaisseur de la couche de surface extérieure comprise entre 15 m et 25 pin, -notamment de l'ordre de 17 m à 20 pm-. Cette épaisseur représente au moins l'épaisseur de la structure poreuse imparfaitement ordonnée s'étendant à partir de la surface extérieure de la couche formée par anodisation. 10 Avantageusement et selon l'invention, on réalise un traitement d'anodisation sur un substrat d'aluminium lisse, avec une durée adaptée pour obtenir une couche de surface extérieure formée par anodisation ayant une épaisseur totale comprise entre 25 gm et 300 m, notamment entre 100 m et 200 m. Avantageusement et selon l'invention, on réalise un traitement 15 d'anodisation unique sur un substrat d'aluminium lisse, ledit traitement ayant une durée comprise entre 1 h et 12 h, notamment de l'ordre de 4 h. Ainsi, un procédé selon l'invention consiste à réaliser un traitement unique d'anodisation, comprenant au moins une étape d'anodisation, puis une étape d'enlèvement de la partie d'épaisseur de la couche de surface extérieure 20 dont la structure poreuse est imparfaitement ordonnée. Selon un procédé conforme à l'invention, l'étape d'anodisation marquant la fin du traitement d'anodisation, est immédiatement suivie d'un traitement par abrasion mécanique. Avantageusement et selon l'invention, on réalise un traitement d'anodisation unique sur un substrat d'aluminium lisse, pendant une durée adaptée 25 pour que l'épaisseur de la structure poreuse ordonnée formée par anodisation soit comprise entre 1 m et 150 m. Avantageusement et selon l'invention, on réalise l'anodisation dans une solution aqueuse d'électrolyte choisie dans le groupe formé des solutions aqueuses d'acides, -notamment l'acide sulfurique, un mélange d'acide sulfurique et 30 d'acide borique, l'acide oxalique, l'acide phosphorique, l'acide malonique, l'acide tartrique et l'acide citrique-. 11 2922899
Par ailleurs, avantageusement et selon l'invention, on réalise l'anodisation dans une solution aqueuse d'électrolyte dont la composition est adaptée pour fournir une structure poreuse ordonnée dont les pores présentent un diamètre compris entre 10 nm et 500 nm, notamment entre 100 nm et 200 nm. 5 En outre, avantageusement et selon l'invention, on réalise l'anodisation à une température comprise entre -2°C et +2°C, -notamment de l'ordre de -1,5°C-. Avantageusement et selon l'invention, on réalise l'anodisation sous une tension comprise entre 19 V et 240 V, -notamment entre 125 V et 195 V 10 avec une solution aqueuse comprenant l'acide phosphorique comme électrolyte-. Particulièrement, dans un procédé selon l'invention, on effectue au moins une anodisation en une seule étape, ou en un ensemble d'étapes d'anodisations immédiatement successives, puis un traitement d'abrasion mécanique. On obtient une structure poreuse comprenant au moins une épaisseur de 15 structure poreuse ordonnée. Ainsi, dans un procédé selon l'invention, il n'est pas nécessaire d'effectuer d'autre traitement d'anodisation après avoir procédé à l'enlèvement, notamment par abrasion mécanique, de la partie de l'épaisseur de structure non ordonnée de la couche formée par la première anodisation. En conséquence, dans un procédé selon l'invention, on procède à un unique traitement 20 par anodisation du substrat d'aluminium. Après l'étape d'enlèvement de la structure non ordonnée, notamment par abrasion mécanique, on peut procéder éventuellement à d'autres traitements ultérieurs, mais il n'est pas nécessaire d'effectuer, ni dissolution chimique ou électrochimique, ni nouveau traitement par anodisation. Avantageusement et selon l'invention, immédiatement après 25 avoir enlevé ladite partie d'épaisseur, on élimine le substrat d'aluminium non oxydé et une partie d'épaisseur non poreuse de ladite couche pour ne conserver que la structure poreuse ordonnée. Avantageusement et selon l'invention, on réalise ensuite un traitement chimique de la structure poreuse ordonnée adapté pour augmenter le 30 diamètre des pores de ladite structure poreuse. 12 2922899
Un tel traitement chimique est particulièrement adapté pour dissoudre partiellement la cloison des pores, à partir de la face de ladite cloison qui est en regard avec le pore et en direction de la partie interne de la cloison. L'inventeur a observé que la composition chimique de la couche de matière 5 constituant ladite cloison varie selon l'axe radial des pores. La composition chimique de la face de la couche de matière constituant la cloison,, qui est en regard avec le pore, est un mélange à base d'aluminium oxydé, hydroxylé et/ou oxyhydroxylé, et comprenant jusqu'à 20% de composés issus de la solution électrolytique utilisée pour l'anodisation. En revanche, la partie interne de la dite 10 cloison, est composée essentiellement d'oxydes, d'hydroxydes et/ou d'oxyhydroxydes d'aluminium. Le choix de la durée de ce traitement d'ouverture des pores, ainsi que la nature de l'agent chimique choisi pour ce traitement, permet de maîtriser l'épaisseur de la couche de matière dissoute à l'intérieur des pores et, par 15 conséquence, de déterminer le diamètre final des pores de la structure poreuse ordonnée. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une structure poreuse caractérisé en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. 20 D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante qui se réfère aux figures annexées, représentant des modes de réalisation préférentiels de l'invention, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs. Dans ces figures : ù les figures la à le sont des schémas illustratifs en coupe 25 sur lesquels les échelles d'épaisseur et de largeur ne sont pas réalistes, illustrant des étapes successives d'un procédé selon l'invention. ù la figure 2 est un organigramme schématique d'un procédé selon l'invention. -La figure 3 présente un cliché de microscopie 30 électronique à balayage à effet de champ (MEB-FEG), d'une coupe selon l'axe de croissance d'une structure poreuse ordonnée selon l'invention. û La figure 4 présente un cliché de microscopie électronique à balayage à effet de champ (MEB-FEG), d'une structure poreuse ordonnée selon l'invention, sans substrat d'aluminium, mais avec la couche barrière, vue du côté de la couche barrière. û La figure 5 présente un cliché de microscopie électronique à balayage à effet de champ (MEB-FEG), de la face extérieure d'une couche de surface extérieure selon l'invention, après anodisation et avant abrasion mécanique. û La figure 6 présente un cliché de microscopie électronique à balayage à effet de champ (MEB-FEG), de la face extérieure d'une structure poreuse ordonnée selon l'invention, après abrasion mécanique, ladite structure poreuse étant inclinée par rapport à la direction d'anodisation. û La figure 7 présente un cliché de microscopie électronique à balayage à effet de champ (MEB-FEG), de la face extérieure d'une structure poreuse ordonnée selon l'invention, ladite structure poreuse étant inclinée par rapport à la direction d'anodisation et ne comprenant pas de substrat d'aluminium ni de couche barrière, ladite structure poreuse étant caractéristique d'une nanostructuration de type "nid d'abeille". - La figure 8 présente un cliché de microscopie électronique à balayage à effet de champ (MEB-FEG), de la face extérieure d'une structure poreuse ordonnée selon l'invention, sans substrat d'aluminium et sans couche barrière, caractéristique d'une nanostructuration de type "nid de guêpe". La figure la représente une pièce 1 d'aluminium ou d'alliage d'aluminium servant de substrat pour le traitement 24 par anodisation et permettant d'obtenir une structure 7 poreuse ordonnée selon l'invention. Cette pièce 1 d'aluminium présente au moins une face, dite face 2 extérieure, soumise à un ensemble de traitements physiques ou chimiques de la pièce 1 comme indiqué ci-après. Le substrat d'aluminium utilisé peut être par exemple formé d'alliage d'aluminium de la série 1XXX, par exemple l'alliage 1050A, ou d'aluminium raffiné de type 4N (pur à 99.99%) ou encore de type 5N (pur à 99.999%). Prétraitement 18 du substrat 14 2922899
On réalise un prétraitement 18 de la pièce 1. pour la préparer en vue de son anodisation 24. Ce prétraitement 18 a pour objectif de favoriser l'obtention d'une épaisseur de structure 7 poreuse ordonnée. Il permet d'une part d'augmenter la mouillabilité de la pièce 1 en solution aqueuse, et d'autre part de 5 diminuer ou éliminer les défauts préexistants en surface de la pièce 1. Le prétraitement 18 contribue à l'établissement d'un contact régulier entre la pièce 1 et la solution d'anodisation 24. En éliminant les défauts dans la structure de la pièce 1, on obtient un substrat dont la face 2 extérieure est lisse, et dont la rugosité arithmétique est notamment inférieure à 5 nm. Ce prétraitement 18 de la pièce 1 10 comprend une succession de quatre traitements 19, 20, 21, 22. Le premier traitement 19 est un dégraissage de la pièce 1 au moyen de solvants chimiques organiques ou aqueux. Ce premier traitement peut être effectué par trempage de la pièce 1 dans une solution hydroalcoolique permettant de dissoudre puis d'éliminer par rinçage, les souillures, graisses, huiles 15 ou lubrifiants provenant des procédés antérieurs de mise en forme de ladite pièce 1, par exemple du laminage. La pièce 1 est ensuite rincée à l'eau distillée. Le deuxième traitement 20 est un polissage mécanique permettant de diminuer la rugosité de la surface de la pièce 1 et donc d'obtenir un substrat lisse. Contrairement à l'état de la technique dans lequel il est généralement 20 considéré que la prétexturation de la surface du substrat est favorable à l'obtention d'une structure poreuse ordonnée, l'inventeur a démontré qu'il est, au contraire, préférable de réaliser l'anodisation à partir d'une surface extérieure aussi lisse et régulière que possible. En effet, les défauts de structure du substrat, qui sont connus pour être distribués de façon irrégulière sur la face 2 extérieure du substrat, sont à 25 l'origine de la formation de pores irréguliers, et de la croissance de structures poreuses imparfaitement ordonnées. Pour ajuster la rugosité arithmétique de l'aluminium à une valeur inférieure à 5 nrn, on utilise séquentiellement des disques abrasifs de plus en plus fins, rotatifs ou vibrants, puis des pièces de tissu, notamment de feutrine, imprégnées de suspensions abrasives. Typiquement, un drap 30 imprégné d'une suspension de poudre de diamant, dont la dimension moyenne des grains de diamant est de l'ordre de 1 m, permet d'obtenir une finition adaptée à la 15 2922899
réalisation du procédé selon l'invention. A la fin du polissage 20 mécanique, on rince la pièce 1 à l'eau distillée. Le troisième traitement 21 consiste en un traitement thermique de la pièce 1 visant à libérer les contraintes internes et à faire croître la 5 taille des grains d'aluminium. Afin d'éviter l'oxydation de la pièce 1 au cours du traitement 21 thermique et compte tenu de la rapidité de la cinétique d'oxydation de l'aluminium à haute température, on réalise préférentiellement ce traitement 21 thermique sous atmosphère non oxydante, typiquement sous atmosphère neutre voire réductrice, à savoir sous atmosphère de gaz inerte, typiquement sous 10 atmosphère d'azote ou encore sous vide partiel. La pièce 1 est chauffée, dans un four, à une température comprise entre 350°C et 600°C, préférentiellement à 450°C. Le traitement thermique dure entre 0,1 h et 8 h, notamment entre 0,5 h et 5 h, préférentiellement pendant 1 h à une température effective de 450 °C sous atmosphère d'azote. 15 Le quatrième traiteraient est un électropolissage 22 de la pièce 1. Il a pour but d'améliorer l'état de surface de la face 2 extérieure de la pièce 1 qui, comme indiqué ci-dessus, doit être aussi lisse que possible. Pour ce faire, la pièce 1 est soumise, pendant une durée comprise entre 1 min et 1 h, à une électrolyse sous une tension comprise entre 25 V et 26 V dans une cellule contenant un bain régulé à 20 une température comprise entre 20°C et 30°C. Ledit bain peut être un bain alcalin ou un bain acide. Il s'agit, par exemple, d'un bain Jacquet. Notamment, le bain Jacquet est constitué du mélange à 33% volumique d'acide perchlorique et à 66% volumique d'acide acétique glacial, la pièce 1 constituant l'anode de l'électrolyse. Typiquement, un électropolissage 22 conforme à l'invention est obtenu en traitant, 25 pendant 2 min, la pièce 1, par électrolyse sous 25 V, dans un bain Jacquet thermorégulé à 20°C. La pièce 1 est ensuite rincée à l'eau distillée et soumise, immédiatement après rinçage, au traitement 24 par anodisation. À l'issue du prétraitement 18 du substrat, on obtient une pièce 1 dont la face 2 extérieure présente une rugosité arithmétique faible et régulière, 30 notamment de rugosité arithmétique inférieure à 5 nm. 16 2922899
Cette pièce 1 est utilisée pour préparer une structure 7 poreuse ordonnée par un traitement 23 comprenant une anodisation 24 suivie d'une abrasion 25. Anodisation 24 5 La pièce 1 est soumise à une anodisation 24 unique, dans laquelle la pièce 1 constitue l'anode. Par anodisation 24 unique, on entend un traitement comprenant soit une étape d'anodisation unique, soit des étapes d'anodisation successives, sans étape de traitement chimique ou électrochimique intermédiaire de la structure poreuse. Les conditions d'anodisation sont de 10 préférence du type "anodisation dure" comme décrit, par exemple, dans la publication Lee W., Ji, R., Gôsele, U. et Nielsch K., (2006), Nature Mat., 5; 9, 741-747 Fast fabrication of long-range ordered porous alumina membranes by hard anodization . Dans ces conditions opératoires, la vitesse d'oxydation de 15 l'aluminium est avantageusement supérieure à la vitesse de dissolution, par l'électrolyte, de l'alumine formée. L'anodisation 24 conduit à la formation d'une structure 35 anodique comprenant une couche 3 de surface extérieure, supportée par une couche 4 d'aluminium résiduel. L'anodisation 24 peut être effectuée dans un électrolyte choisi 20 parmi l'acide sulfurique, le mélange d'acide sulfurique et d'acide borique, de l'acide oxalique, de l'acide phosphorique, de l'acide malonique, de l'acide tartrique ou encore de l'acide citrique. Typiquement, l'utilisation comme électrolyte d'un mélange d'acide sulfurique et d'acide borique permet d'obtenir une épaisseur de structure 35 25 atteignant jusqu'à 300 m. Une telle épaisseur de structure 35 anodique ne présente cependant pas une structure 7 poreuse ordonnée sur la totalité de son épaisseur. Pour favoriser la formation d'une grande épaisseur de structure 7 poreuse ordonnée, on emploie, par exemple, une solution aqueuse d'acide phosphorique à une concentration massique comprise entre 1% et 8%, 30 préférentiellement 8%, dans une cellule dont la température est régulée entre -2°C et +2°C, préférentiellement à -1,5°C. Afin de favoriser une croissance homogène et 17 2922899
régulière de la structure poreuse, la solution est homogénéisée, en continu, par agitation. La tension appliquée à la pièce 1 d'aluminium est typiquement comprise entre 125 V et 195 V. Le traitement 24 d'anodisation est effectué pendant une durée 5 suffisante pour que la couche 3 de surface extérieure présente une épaisseur suffisante et, que la couche 3 de surface extérieure présente sur une partie de son épaisseur, une épaisseur de structure 7 poreuse ordonnée. Dans les conditions opératoires préférentielles mentionnées ci-dessus, on obtient, par exemple, une couche 3 de surface extérieure de 130 dam d'épaisseur pour une durée d'anodisation 10 de 4 h. La structure 35 anodique est schématisée sur la figure lb. La figure lb est uniquement schématique et illustrative, et les échelles ne sont pas respectées. Elle comprend une couche 4 d'aluminium résiduel, non oxydé, supportant une couche 3 de surface extérieure. La couche 3 de surface extérieure est 15 constituée d'une couche 5 barrière, non poreuse, aussi appelée couche compacte, définissant, sur sa face 6 intérieure, l'interface entre la couche 4 d'aluminium résiduel et la couche 3 de surface extérieure et sur sa face 10 extérieure, l'extrémité non débouchante des pores 8. En outre, la couche 3 de surface extérieure comprend sur sa face extérieure une couche 11 poreuse non ordonnée, s'étendant de la face 20 extérieure de la couche 3 de surface extérieure, jusqu'à l'interface 14 ordonnée/non ordonnée avec la structure 7 poreuse ordonnée. La structure 7 poreuse ordonnée présente une juxtaposition régulière de pores 8 vides de matière, en forme de canaux tubulaires linéaires, de diamètre constant, s'étendant axialement selon une direction principale, correspondant à la direction d'anodisation, orthogonale à la 25 face 2 extérieure de la structure 35 anodique, et de cloisons 9, séparant les pores 8. Les cloisons 9 présentent, en outre, une épaisseur constante sur toute l'épaisseur de la structure 7 poreuse. Selon les conditions d'anodisation 24, la distance moyenne joignant les centres de deux pores adjacents varie de 50 nm à 600 nm et le diamètre moyen desdits pores varie de 10 nm à 500 nm. La couche 11 poreuse non ordonnée, 30 est formée d'une juxtaposition irrégulière de pores vides de matière, de formes, d'orientations, et de dimensions variables, séparés par des cloisons, également de 18 2922899
formes, orientations et dimensions d'épaisseur variables sur l'ensemble de la couche 11 poreuse non ordonnée. En pratique, on constate que la couche 11 poreuse non ordonnée, superposée à la structure î' poreuse ordonnée masque et obstrue 5 partiellement la surface externe de ladite structure 7 poreuse ordonnée. Abrasion 25 Selon l'invention, :la couche 11 poreuse non ordonnée est ensuite éliminée de la structure 35 anodique, de façon à révéler au moins une épaisseur de structure 7 poreuse ordonnée. 10 Selon un mode préférentiel de mise en oeuvre de l'invention, la couche 11 poreuse non ordonnée est éliminée par enlèvement de matière, notamment par au moins un traitement 25 d'abrasion mécanique. Pour ce faire, on applique, sur la face extérieure de la couche 3 de surface extérieure, un outil 12, solide, tel qu'un dispositif rotatif, discoïdal, rigide, plan, et à la surface duquel est 15 fixée une pièce 13 de tissu, notamment de feutrine, préalablement imprégnée d'une suspension abrasive. La suspension abrasive est constituée d'une dispersion aqueuse de particules, insolubles dans l'eau, caractérisées par leur dureté ainsi que par leur taille. Les particules solides des suspensions abrasives sont choisies dans le 20 groupe constitué des matériaux solides et abrasifs, par exemple du diamant et des céramiques, -notamment du corindon-. On élimine une première partie de la couche 11 poreuse non ordonnée, par abrasion à partir de la face extérieure de la couche 3 de surface extérieure, pendant quelques minutes, par exemple 10 min, avec une suspension 25 abrasive formée d'une suspension de particules de diamant, le diamètre moyen des dites particules étant proche de 1 m. A la suite de cette première étape d'abrasion, la surface de la couche poreuse est rincée à l'eau distillée. Dans une seconde étape subséquente, une deuxième partie de la couche 11 poreuse non ordonnée est éliminée par abrasion fine, à partir de la face extérieure de la structure 35 anodique, 30 pendant quelques minutes, par exemple 10 min, avec une suspension abrasive 1 9 2922899
formée d'une suspension aqueuse de particules de diamant, le diamètre moyen des dites particules étant proche de 0,25 ri. On élimine ainsi, par abrasion 25 mécanique, une épaisseur de la couche 3 de surface extérieure, ladite épaisseur étant comprise entre 15 m et 25 5 gm, notamment de l'ordre de 17 gm à 20 m, correspondant à l'épaisseur de la couche 11 poreuse non ordonnée, en révélant à la surface 16 extérieure, plane et non rugueuse, de la pièce 15, une épaisseur de structure 7 poreuse ordonnée. En augmentant la durée de l'abrasion 25 avec des particules de diamant d'une taille moyenne de 1 m, il est possible d'étendre l'abrasion 25 de 10 la face extérieure de la couche 3 de surface extérieure de façon à préserver au moins une épaisseur non nulle de la structure 7 poreuse ordonnée. La pièce 15, résultant de l'abrasion 25 de la face extérieure de la couche 3 de surface extérieure, par élimination de la couche 11 poreuse non ordonnée, est représentée schématiquement sur la figure 1c. Cette pièce 15 15 comprend une couche 36 anodisée, supportée sur une couche 4 d'aluminium résiduel, ladite couche 36 présentant une porosité traversante, mais non débouchante en raison de la présence d'une couche 5 barrière et de la couche 4 d'aluminium. L'élimination de la couche 11 poreuse non ordonnée par 20 abrasion 25 mécanique de surface permet de conserver intacte la distribution radiale des pores 8 à la surface 16 extérieure de la structure 7 poreuse ordonnée. En particulier, l'élimination de la couche 1 ]. poreuse non ordonnée par abrasion 25 mécanique de surface permet de conserver inchangée la valeur du diamètre des pores 8, à une valeur égale à celle qu'elle avait à l'issue de l'anodisation 24. 25 Ajustement 26, 30 des propriétés structurales La pièce 15 schématisée sur la figure 1c présente à sa surface 16 extérieure une distribution uniforme de pores 8 tubulaires de section droite transversale circulaire, organisés selon un réseau hexagonal, c'est-à- dire selon une configuration en "nid d'abeille". Les pores 8 ont une section droite transversale 30 circulaire et présentent, par exemple, un diamètre de l'ordre de 250 nm. 20 2922899
Dans certaines applications, cette pièce 15 peut être utilisée sans autre modification, avec la couche 5 barrière et la couche 4 d'aluminium résiduel. Dans d'autres applications, on soumet cette pièce 15 à l'un au moins des traitements 26, 30 ultérieur permettant d'ajuster les propriétés fonctionnelles de la 5 pièce 15. Dans une première variante de traitement 30 ultérieur, on élimine la couche 4 d'aluminium résiduel par séparation 31 électrochimique de la couche 36 anodisée et de la couche 4 d'aluminium résiduel. Cette séparation 31 est effectuée dans une solution agitée d'acide phosphorique à une concentration 10 massique comprise entre 5% et 20%, typiquement 16%, et à une température comprise entre 25°C et 35°C, typiquement 30°C sous une tension alternative de 30 volts pendant 30 min. De plus, ce traitement 30 conduit simultanément à l'élimination de la couche 5 barrière ainsi qu'à l'ouverture des pores 8, notamment sur la face intérieure de la structure 33 poreuse. La pièce 34 obtenue, présente une 15 porosité traversante et débouchante sur les deux faces, -surface 16 extérieure et surface 17 intérieure- de la structure 7 poreuse ordonnée, et est schématisée sur la figure le. Dans une première variante de traitement 30 ultérieur, on peut aussi ensuite réaliser un traitement 32, par dissolution chimique, conduisant à 20 l'élargissement des pores 8 de la structure 7 poreuse ordonnée. Pour ce faire, on immerge la pièce 34 dans une solution d'acide phosphorique à une concentration massique comprise entre 5% et 16%, typiquement 16%. La durée du traitement 32, et la concentration massique d'acide phosphorique, sont choisies pour augmenter le diamètre des pores 8, jusqu'à atteindre une valeur de diamètre qui soit, par exemple, 25 du même ordre de grandeur que la distance séparant le centre de deux pores adjacents dans la structure 7 poreuse ordonnée. Dans une seconde variante de traitement 26 ultérieur, on réalise, à partir de la pièce 15 obtenue à l'issue de l'abrasion 2.5 mécanique, une succession de trois traitements 27, 28, 29 par dissolution sélective des constituants 30 de la pièce 15 : un premier traitement 27 d'ouverture contrôlée des pores 8, un deuxième traitement 28 de dissolution chimique/redox de la couche 4 d'aluminium 21 2922899
résiduel, puis un troisième traitement 29 de dissolution chimique de la couche 5 barrière. Le premier traitement 27 consiste en une dissolution chimique partielle des cloisons 9 et permet d'augmenter le diamètre des pores 8 jusqu'à une 5 valeur qui dépend de la durée de réaction et de la concentration massique de l'acide utilisé. Ce premier traitement 27 permet de contrôler parfaitement non seulement le diamètre mais aussi la géométrie de la section droite transversale des pores 8, depuis une section circulaire jusqu'à une section hexagonale. Ce premier traitement 27 permet, en outre, de modifier le diamètre des pores 8, sans toutefois affecter la 10 couche 5 barrière, ni la couche 4 d'aluminium résiduel. On effectue ce premier traitement 27 en immergeant la pièce 15 dans une solution d'acide phosphorique à une concentration massique comprise entre 5 et 16%, à une température régulée, notamment comprise entre 25 et 35°C. Typiquement, la concentration de la solution d'acide phosphorique est de 16% et la 15 température de 30°C. La durée du traitement varie suivant la géométrie souhaitée en surface 16 de la couche 36 anodisée. Une durée de traitement de 65 min conduit à une structure 7 poreuse ordonnée dans laquelle les pores 8 sont ordonnés hexagonalement et présentent un section transversale hexagonale, un diamètre de l'ordre de 400 nm, selon une configuration en nid de guêpe . Des durées de 20 traitement intermédiaires conduisent à des configurations intermédiaires entre la configuration en nid d'abeille et la configuration en nid de guêpes , dans lesquelles le diamètre des pores varie entre 250 nm et 400 nm. Le deuxième traitement 28 par dissolution chimique ou redox de la couche 4 d'aluminium permet d'éliminer spécifiquement la couche 4 25 d'aluminium résiduel. On immerge la pièce 15 dans une solution oxydante, à température ambiante. Cette solution oxydante peut être un mélange de CuCI ou encore de CuC12 à une concentration de 0,1 mol/L et d'acide chlorhydrique à une concentration massique de 18%. Cette immersion entraîne simultanément l'oxydation de l'aluminium métallique et la réduction des cations cuivre. D'autres 30 couples rédox, présentant une grande différence de potentiel rédox avec le couple Al3+/Al, peuvent avantageusement être utilisés, notamment le couple Hg2+/Hg. 22 2922899
Dans une variante du deuxième traitement 28, on réalise un amalgame d'un métal liquide à température ambiante, notamment du gallium ou du mercure, avec l'aluminium de la couche 4 d'aluminium résiduel. L'extraction de l'amalgame permet ainsi d'éliminer l'aluminium du support. 5 Ce deuxième traitement 28 conduit à une pièce 33 présentant une porosité traversante, sans substrat d'aluminium, mais non débouchante en raison de la présence de la couche 5 barrière. Le troisième traitement 29 consiste en la dissolution chimique de la couche 5 barrière par immersion de la pièce 33 dans une solution d'acide 10 phosphorique à une concentration massique comprise entre 5% et 20%, par exemple de l'ordre de 16%, la température de ladite solution étant régulée entre 25°C et 35°C, notamment à 30°C. On obtient ainsi une pièce 34 formée d'une structure 7 poreuse ordonnée à la porosité traversante et débouchante sur les deux faces de la 15 pièce 34. La pièce 34, dont la dureté est faible, notamment de l'ordre de 150 Hv, est ensuite traitée thermiquement afin d'augmenter sa dureté, notamment jusqu'à une valeur de 2000 Hv. Exemple 1 20 Une pièce 1 d'aluminium raffiné de qualité 4N, de forme discoïdale, de 10-2 m de diamètre, et de 10"3 m d'épaisseur, est soumise à un polissage 20 mécanique, au moyen d'une polisseuse, et de disques abrasifs et d'un tissu imprégné d'une suspension de particules de diamant dont la taille moyenne diminue jusqu'à 1 m. La durée totale de l'abrasion est approximativement de 20 25 min à 30 min. La pièce 1 d'aluminium est ensuite rincée à l'eau distillée et placée dans un four, sous atmosphère d'azote, à 450°C, pendant 2 h. Après refroidissement, la pièce 1 d'aluminium, est soumise à un traitement 22 par électropolissage dans un bain Jacquet, dont la composition volumique est de 33% d'acide perchlorique et de 66% d'acide acétique glacial, régulé à 20°C, pendant 2 30 min, sous une tension de 25 V. 23 2922899
Immédiatement après la fin du traitement 22 par électropolissage, la pièce 1 d'aluminium est placée dans une cuve à anodisation contenant un bain aqueux d'acide phosphorique à 8% (massique), homogénéisé par agitation rotative à une vitesse de 37 rad/s, et régulé à une température de -1,5°C. 5 La tension est fixée à 180 V et la durée de l'anodisation est de 4 h.. L'analyse, en microscopie électronique à effet de champ, de la face 2 extérieure de la couche 3 de surface extérieure obtenue après anodisation 24 et avant polissage 25 est représentée sur la figure 5. Ce cliché montre une pluralité de pores, irrégulièrement distribués sur toute la surface, et de section transversale 10 droite hétérogène en taille et en forme. On note, de plus, qu'une minorité de ces pores présente une porosité débouchante. Exemple 2 Une pièce 1 d'aluminium est préparée comme décrit dans l'exemple 1, et soumise à une anodisation sous une tension de 185 V pendant 4 h. 15 Après l'anodisation, on élimine, par abrasion 25, la surface extérieure de la structure 35 anodique, au moyen d'une pièce de feutrine imprégnée d'une suspension de particules de diamants dont le diamètre moyen est de 111m, pendant 10 min, puis au moyen d'une pièce de feutrine imprégnée d'une suspension de particules de diamants dont le diamètre moyen est de 0,25 m, pendant à 20 nouveau 10 min. On traite ensuite la pièce 1 d'aluminium supportant la structure poreuse avec une solution d'acide phosphorique à une concentration massique de 16%, régulée à une température de 30°C, homogénéisée par agitation rotative à une vitesse de 37 radis, pendant 1 h. 25 Après rinçage, on traite la pièce 1 d'aluminium supportant la structure poreuse par une solution de CuCI et d'HCI, à une température de 20°C, jusqu'à dissolution totale de l'épaisseur d'aluminium résiduel. L'analyse, en microscopie électronique à effet de champ, de la coupe longitudinale de la structure 7 poreuse ordonnée obtenue est représentée sur 30 la figure 3. On observe une juxtaposition de sections de tubes linéaires, allongés 24 2922899
selon la direction de croissance de la structure poreuse, dont la largeur moyenne est de 3 60 nm. Exemple 3 Une pièce 1 d'aluminium est préparée comme décrit dans 5 l'exemple 1, puis est anodisée sous une tension de 185 V pendant 4 h et enfin soumise à une abrasion mécanique comme décrit dans l'exemple 2. Après rinçage, on immerge la structure poreuse ordonnée dans une solution de CuCI et d'HCI, régulée à une température de 20°C, jusqu'à dissolution totale de l'épaisseur d'aluminium résiduel. On obtient une pièce 33, sans 10 couche 4 d'aluminium métallique résiduel, à porosité traversante et non débouchante avec une couche 5 barrière. L'analyse, en microscopie électronique à effet de champ, de la surface de la couche 5 barrière de la pièce 33 est représentée sur la figure 4. On observe une juxtaposition d'hexagones non débouchants, de section droite 15 hexagonale, régulièrement ordonnés selon un arrangement hexagonal centré, et dont le diamètre moyen du cercle décrivant cet hexagone est de 460 nm. D'autre part, l'analyse, en microscopie électronique à effet de champ, de la face 2 extérieure polie de la pièce 33 est représentée sur la figure 6. On observe un arrangement hexagonal de pores 8, de section circulaire, régulièrement 20 ordonnés, et dont le diamètre moyen est de 300 nm. Exemple 4 Une pièce 1 d'aluminium est préparée comme décrit dans l'exemple 1, puis est anodisée sous une tension de 180 V pendant 4 h et enfin soumise à une abrasion mécanique comme décrit dans l'exemple 2. 25 Après rinçage, on traite la structure 15 poreuse, par électrochimie, sous une tension de 30 V / 50 Hz, dans une solution d'acide phosphorique à une concentration massique de 16%, régulée à une température de 30°C, homogénéisée par agitation rotative à une vitesse de 37 rads, pendant 45 min. On obtient une pièce 33, sans couche 4 d'aluminium résiduel, à porosité 30 traversante, débouchante, sans couche 5 barrière, et dont le diamètre des pores 8 a été élargi. 10 15 25 2922899
L'analyse, en microscopie électronique à effet de champ, de la surface extérieure de la structure 7 poreuse ordonnée ainsi obtenue est représentée sur la figure 7. On observe une juxtaposition de pores de section circulaire, régulièrement ordonnés, et dont le diamètre moyen est de 240 nm de type nid 5 d'abeille . Exemple 5 Une pièce 1 d'aluminium est préparée comme décrit dans l'exemple 1, puis est anodisée sous une tension de 210 V pendant 15 h et enfin soumise à une abrasion mécanique comme décrit dans l'exemple 2. Après rinçage, on traite la structure 15 par électrochimie, comme décrit dans l'exemple 4, sous une tension de 35 V / 50 Hz, pendant 65 min. On obtient une pièce 33, sans couche 4 d'aluminium métallique, à porosité traversante, sans couche 5 barrière, et débouchante sur les deux faces de la structure 7 poreuse ordonnée. L'analyse, en microscopie électronique à effet de champ, de la surface extérieure de la structure 7 poreuse ordonnée ainsi obtenue est représentée sur la figure 8. On observe une juxtaposition de pores 8 de section hexagonale, régulièrement ordonnés selon un arrangement hexagonal centré, de type nid de guêpe , et dont le diamètre moyen des pores est de 240 nm. 20 26
Claims (13)
1/ Procédé de fabrication d'une structure poreuse (15, 33, 34) dans lequel on produit, par anodisation (24) d'un substrat (1) d'aluminium, une couche (3) de surface extérieure comprenant une structure (7) poreuse, caractérisé en ce que: ù on réalise un traitement (24) d'anodisation sur un substrat (1) d'aluminium lisse avec une durée suffisante pour permettre l'obtention d'au moins une épaisseur de structure (7) poreuse ordonnée, on enlève ensuite une partie de l'épaisseur de ladite couche (3) formée par anodisation (24)ä cette partie d'épaisseur s'étendant à partir de la surface extérieure de ladite couche (3) formée par anodisation (24), en conservant au moins une épaisseur non nulle de structure (7) poreuse ordonnée et de façon que cette structure (7) poreuse ordonnée forme la surface (16) extérieure libre de la couche résiduelle.
2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on enlève ladite partie d'épaisseur par abrasion (25) mécanique.
3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on réalise l'abrasion (25) mécanique au moyen d'une pièce (13) de tissu imprégnée d'une suspension, dite suspension abrasive, d'une poudre dans une phase aqueuse, ladite poudre comprenant au moins un minéral choisi dans le groupe des minéraux abrasifs.
4/ Procédé selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisé en ce qu'on réalise l'abrasion (25) mécanique par une pluralité d'étapes successives d'abrasion, chacune des dites étapes successives d'abrasion étant réalisée au moyen d'une suspension abrasive, les suspensions abrasives de chacune des étapes successives d'abrasion étant choisies de façon à présenter une granulométrie décroissante d'une étape à l'autre.
5/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on réalise chaque étape d'abrasion de la 'pluralité d'étapes successives d'abrasion, au moyen d'une pièce de tissu imprégnée d'une suspension abrasive, ladite pièce detissu étant appliquée sur la surface d'un support rigide, choisi dans le groupe formé d'un support vibrant et d'un support rotatif.
6/ Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'on réalise l'abrasion (25) mécanique par une première étape d'abrasion au moyen d'une pièce de feutrine imprégné d'une suspension de diamant dont la granulométrie moyenne est comprise entre 0,8 m et 1,5 m, notamment de l'ordre de 1 m, puis par une deuxième étape d'abrasion au moyen d'une pièce de feutrine imprégné d'une suspension de diamant dont la granulométrie moyenne est comprise entre 0,2 m et 0,4 m, notamment de l'ordre de 0,25 m.
7/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on enlève une partie de l'épaisseur de la couche (3) de surface extérieure, l'épaisseur de ladite partie de l'épaisseur de la couche (3) de surface extérieure étant comprise entre 15 m et 25 m, -notamment de l'ordre de 17 m à 20 m-.
8/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on réalise un traitement (24) d'anodisation sur un substrat (1) d'aluminium lisse, avec une durée adaptée pour obtenir une couche (3) de surface extérieure ayant une épaisseur comprise entre 25 , m et 300 m, notamment entre 100 m et 200 m.
9/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on réalise un traitement (24) d'anodisation unique sur un substrat (1) d'aluminium lisse, ledit traitement ayant une durée comprise entre 1 h et 12 h, notamment de l'ordre de 4 h.
10/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on réalise un traitement (24) d'anodisation unique sur un substrat (1) d'aluminium lisse, pendant une durée adaptée pour que l'épaisseur de la structure (7) poreuse ordonnée formée par anodisation (24) soit comprise entre 1 m et 150 m.
11/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'on réalise l'anodisation (24) dans une solution aqueuse d'électrolyte choisie dans le groupe formé des solutions aqueuses d'acides oxydants, -notamment l'acide 28 2922899 sulfurique, le mélange d'acide sulfurique et d'acide borique, l'acide oxalique, l'acide phosphorique, l'acide malonique, l'acide tartrique et l'acide citrique-.
12/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'on réalise l'anodisation (24) dans une solution aqueuse d'électrolyte dont la 5 composition est adaptée pour fournir une structure poreuse ordonnée dont les pores présentent un diamètre compris entre 10 nm et 500 nm, notamment entre 100 nm et 200 nm.
13/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'on réalise l'anodisation (24) à une température comprise entre -2°C et 10 +2°C, -notamment de l'ordre de -1,5°C 14/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'on réalise l'anodisation (24) sous une tension comprise entre 19 V et 240 V, -notamment entre 125 V et 195 V avec une solution aqueuse comprenant l'acide phosphorique comme électrolyte-. 15 15/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que, immédiatement après avoir enlevé ladite partie d'épaisseur, on élimine le substrat (4) d'aluminium non oxydé et une partie d'épaisseur (5) non poreuse de ladite couche pour ne conserver que la structure (7) poreuse ordonnée. 16/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé 20 en ce qu'on réalise ensuite un traitement chimique de la structure (7) poreuse ordonnée adapté pour augmenter le diamètre des pores de ladite structure (7) poreuse.
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