FR2981950A1 - Procede de revetement d'une surface - Google Patents

Abstract

Il est décrit un procédé (10) pour revêtir une surface, élaborer une solution dopée d'un précurseur d'ions métalliques en vue du revêtement, et article comportant une pièce revêtue à l'aide du procédé décrit. Le procédé de revêtement (10) comporte une application d'une solution d'un précurseur d'ions métalliques dopée au fluorosilane pour former une surface revêtue. La solution d'un précurseur d'ions métalliques a une concentration molaire d'environ 0,6 pour 100 du précurseur d'ions métalliques dans un solvant comprenant un alcool. Le procédé pour élaborer la solution dopée d'un précurseur d'ions métalliques comporte une dissolution du précurseur d'ions métalliques dans un solvant à une température supérieure à environ 100°C et un chauffage à reflux à une température supérieure à environ 150°C de façon que la concentration molaire du précurseur d'ions métalliques dans la solution soit supérieure à 0,6 pour 100 de la solution, et un apport d'un fluorosilane dans la solution d'un précurseur d'ions métalliques.

Description

Procédé de revêtement d'une surface L'invention concerne de façon générale un procédé de revêtement d'une surface et un article comportant la surface revêtue. Plus particulièrement, l'invention concerne le revêtement d'une surface avec une solution dopée d'un précurseur d'ions métalliques et la réalisation d'une surface revêtue ayant un composé à ions métalliques dopé.

Des surfaces hydrophobes et superhydrophobes sont souhaitables dans de nombreuses applications telles que des fenêtres, des disques DVD, des ustensiles de cuisine, des vêtements, des instruments médicaux, des pièces d'automobiles et d'aéronefs, des textiles et autres applications. Des surfaces hydrophobes sont ordinairement créées en modifiant la chimie de la surface, en texturant la surface, ou en combinant ces deux procédés. Modifier la chimie de la surface pour obtenir l'hydrophobicité implique normalement de revêtir la surface avec un revêtement à faible énergie de surface. Cependant, la plupart de ces revêtements hydrophobes souffrent d'un manque de durabilité dans leur environnement d'application, avec des problèmes de mauvaise adhérence à la surface, de faible robustesse mécanique et de perte de fonctionnalité. De plus, la plupart des techniques existantes pour modifier la résistance au mouillage de la surface souffrent de certains inconvénients, notamment des procédés qui prennent beaucoup de temps, sont difficiles à réguler, coûteux ou inefficaces pour produire des films d'une durabilité suffisante, et ne sont généralement pas adaptables à de grandes superficies. Par conséquent, il existe un besoin de moyens peu onéreux, simples et efficaces pour réaliser des surfaces à résistance au mouillage.

En bref, dans une forme de réalisation, il est proposé un procédé de revêtement d'une surface. Le procédé comporte une application, sur la surface, d'une solution d'un précurseur d'ions métalliques dopée au fluorosilane, afin de former une surface revêtue. La solution d'un précurseur d'ions métalliques présente le précurseur d'ions métalliques, à une concentration molaire supérieure à environ 0,6 pour 100, dans un solvant comprenant un alcool. Le procédé peut comporter en outre un traitement thermique de la surface revêtue à une température inférieure à environ 330°C pour former une surface revêtue à conversion partielle. Le traitement thermique peut être réalisé pendant une durée d'environ 5 minutes à environ 45 minutes. Dans une forme de réalisation est proposé un procédé. Le procédé comporte l'élaboration d'une solution d'un précurseur d'ions métalliques à concentration molaire supérieure à environ 0,6 pour 100. L'élaboration de la solution d'un précurseur d'ions métalliques comprend une dissolution du précurseur d'ions métalliques dans un solvant comprenant un alcool à une température supérieure à environ 100°C et un chauffage à reflux à une température supérieure à environ 150°C. Une solution dopée d'un précurseur d'ions métalliques est élaborée en ajoutant un fluorosilane dans la solution d'un précurseur d'ions métalliques. Dans une forme de réalisation est proposé un procédé de revêtement d'une surface. Le procédé comporte une application, sur la surface, d'une solution d'un précurseur d'ions métalliques dopée à 1'heptadécafluoro-1,1,2,2-tétrahydrociécyl triméthoxilane afin d'élaborer une surface revêtue. La solution dopée d'un précurseur d'ions métalliques comprend, dans un solvant comportant de l'alcool, un précurseur d'ions métalliques à une concentration molaire supérieure à environ 0,6 pour 100. La surface revêtue formée subit en outre un traitement thermique pendant une quinzaine de minutes à une température d'environ 200°C à environ 300°C. L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure lest un organigramme d'un procédé de revêtement d'une surface, selon une forme de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique d'un article comprenant des éléments revêtus, selon une forme de réalisation de invention ; - la figure 3 est un organigramme d'un procédé pour élaborer une solution d'un précurseur d'ions métalliques, selon une forme de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est un organigramme d'un procédé pour élaborer une solution dopée d'un précurseur d'ions métalliques, selon une forme de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est un organigramme d'un procédé pour préparer une pièce à revêtir, selon une forme de réalisation de l'invention ; - la figure 6 est un organigramme d'un procédé pour réaliser un revêtement sur la surface, selon une forme de réalisation de l'invention ; - la figure 7 est un organigramme d'un procédé de traitement thermique de la surface revêtue, selon une forme de réalisation de l'invention ; - la figure 8 est une illustration de force d'adhérence d'un revêtement sur une surface revêtue, en fonction de la température de traitement thermique, selon une forme de réalisation de l'invention ; et - la figure 9 est une illustration d'angle de contact statique d'eau sur une surface revêtue, en fonction de conditions de traitement thermique, selon une forme de réalisation de l'invention. Des formes de réalisation de la présente invention concernent un procédé de revêtement d'une surface et un article comprenant la surface revêtue. Des termes exprimant une approximation peuvent être employés pour modifier toute représentation quantitative éventuellement susceptible de varier sans provoquer de changement dans les fonctions de base qu'ils concernent. De la sorte, une valeur modifiée par un ou plusieurs termes tels que "environ" peut n'être pas limitée à la valeur précise spécifiée et peut inclure des valeurs qui diffèrent de la valeur spécifiée. Dans au moins certains cas, les termes exprimant une approximation peuvent correspondre à la précision d'un instrument pour mesurer la valeur. Dans la présente description, sauf indication contraire explicite, n'importe quel intervalle de valeurs mentionné pendant une présentation de tout élément ou de toute caractéristique physique inclut les valeurs figurant aux deux extrémités de l'intervalle.

La "résistance au mouillage" d'une surface est déterminée en observant la nature de l'interaction survenant entre la surface et une goutte d'un liquide de référence disposé sur la surface. Les gouttelettes, en arrivant au contact d'une surface, peuvent initialement s'étaler sur une surface relativement grande, mais souvent se contractent pour atteindre une superficie de contact en équilibre. Les gouttelettes venant au contact d'une surface à faible résistance au mouillage par le liquide tendent à rester étalées sur une superficie relativement grande de la surface (donc en "mouillant" la surface). Dans le cas extrême, le liquide s'étale sous la forme d'un film sur la surface. En revanche, si la surface a une grande résistance au mouillage par le liquide, le liquide tend à se contracter en gouttelettes bien formées, analogues à des billes. Dans le cas extrême, le liquide forme des gouttes presque sphériques qui quittent la surface en roulant à la moindre perturbation ou rebondissent depuis la surface sous l'effet de l'impulsion de l'impact. Dans la présente description, l'expression "résistantes au mouillage" qualifie des surfaces qui résistent au mouillage par des liquides de référence. Dans la présente description, l'expression "angle de contact" désigne l'angle qu'une goutte immobile d'un liquide de référence fait avec une surface horizontale sur laquelle est disposée la gouttelette. Comme la résistance au mouillage dépend partiellement de la tension superficielle du liquide de référence, une surface donnée peut avoir une résistance au mouillage différente (et donc former un angle de contact différent) pour des liquides différents. Dans la présente description, l'expression "angle de contact en progression" désigne l'angle lorsqu'une goutte sessile a le volume maximal admissible pour une zone d'interface liquide-solide en équilibre thermodynamique. L'expression "angle de contact en recul" désigne l'angle lorsqu'une goutte sessile a le volume minimal admissible pour une zone d'interface liquide-solide en équilibre thermodynamique. La différence entre les valeurs maximales de l'angle de contact en progression et de l'angle de contact en recul est appelée l'hystérésis de l'angle de contact.

L'angle de contact sert de mesure de la mouillabilité de la surface. Si le liquide s'étale entièrement sur la surface et forme un film, l'angle de contact est de 0 degré. La résistance au mouillage s'accroît à mesure qu'augmente l'angle de contact. Les adjectifs "hydrophobe" et "superhydrophobe" servent à qualifier des surfaces à très grande résistance au mouillage par l'eau. Dans la présente description, l'adjectif "hydrophobe" qualifie une surface qui forme avec l'eau un angle de contact supérieur à environ 90 degrés. Dans la présente description, l'adjectif "superhydrophobe" qualifie une surface qui forme avec l'eau un angle de contact supérieur à environ 120 degrés. La mesure dans laquelle un liquide peut mouiller une surface joue un rôle important dans la détermination de l'ampleur de l'interaction du liquide avec la surface. Une forte mouillabilité induit des superficies de contact relativement grandes entre le liquide et la surface et est souhaitable dans des applications où une interaction considérable des deux surfaces est bénéfique, comme par exemple des applications dans des procédés de collage et de revêtement. Inversement, dans des applications nécessitant une faible interaction du liquide avec la surface, la résistance au mouillage est généralement maintenue aussi forte que possible afin de favoriser la formation de gouttes de liquide ayant une superficie minimale de contact avec la surface solide. Bien des applications bénéficieraient de l'utilisation de surfaces résistantes au mouillage et de pièces possédant ces surfaces qui résistent au mouillage par des gouttelettes de liquides. Par exemple, des pièces d'aéronefs telles que des pièces de cellules et de moteurs, et des pièces de turbines éoliennes sont sujettes au givrage du fait de l'eau sur-refroidie qui reste au contact de la surface, les gouttelettes gelant et s'accumulant sous la forme d'une masse de glace agglomérée. Cela risque de réduire le rendement des organes et peut finir pas endommager ces organes. Dans certaines formes de réalisation, la surface est celle d'une pièce de turbine. Dans certaines formes de réalisation, la turbine est choisie parmi une turbine à gaz, une turbine à vapeur et une turbine éolienne. Dans une turbine éolienne, le givrage est un gros problème, car l'accumulation de glace sur divers organes tels que les anémomètres et les pales de la turbine réduit le rendement et accroît les risques pour la sûreté du fonctionnement de la turbine éolienne. Dans une forme de réalisation, la surface est celle d'un organe de la turbine éolienne choisi parmi une pale de turbine, un anémomètre et une boîte de vitesses. On citera comme exemples nullement limitatifs d'organes de turbine une aube mobile de turbine, une aube mobile de turbine à vapeur basse pression, une aube mobile de turbine à vapeur haute pression, une pale de compresseur, un condenseur et une pièce de stator. Dans une turbine à vapeur, il est bénéfique d'avoir un condenseur de vapeur à surfaces résistantes au mouillage. Des condenseurs à surfaces hydrophobes ont une résistance au mouillage par l'eau. Ce comportement modifie le mode de condensation de la vapeur sur la surface. Sur des surfaces hydrophiles, la condensation de vapeur en eau provoque la formation d'un film. Ces films d'eau ont pour effet une grande résistance au transfert thermique. Cependant, sur des surfaces hydrophobes, des gouttelettes d'eau sont nucléées à partir de vapeur, grossissent jusqu'à acquérir une taille critique et retombent en gouttelettes, ce qui contribue à une condensation sous forme de gouttes. Ce mode de condensation est plus efficace pour le transfert de la chaleur latente de condensation. Par conséquent, l'application de revêtements hydrophobes sur des condenseurs de vapeur peut aboutir à un plus grand transfert thermique. L'angle de contact de l'eau et son hystérésis sur une surface influent sur le comportement de cette surface en ce qui concerne la chute de gouttes et donc sur le renforcement du transfert thermique. Selon une forme de réalisation de l'invention, il est proposé un procédé de revêtement de surface. Dans la présente description, le terme "surface" n'est pas interprété comme étant limité à une forme ou des dimensions quelconques, car il peut s'agir d'une couche de matière, de multiples couches ou d'un bloc ayant au moins une surface dont la résistance au mouillage est à modifier.

Dans une forme de réalisation, la surface est une surface extérieure des tubes d'un condenseur. Dans une autre forme de réalisation possible, la surface est une surface intérieure des tubes d'un condenseur. Dans une forme de réalisation, la surface sur laquelle est appliqué le revêtement est une surface métallique ; le terme "métal " inclut ici les phases d'alliage. On citera comme exemples de métaux l'acier, l'acier inoxydable, le nickel, le titane, l'aluminium ou n'importe quels alliages de ceux-ci. Dans certaines formes de réalisation, le métal comprend un alliage à base de titane, un alliage à base d'aluminium, un alliage à base de cobalt, un alliage à base de nickel, un alliage à base de fer ou n'importe quelles combinaisons de ceux-ci. En outre, l'alliage peut être un superalliage. Dans une forme de réalisation particulière, le superalliage est à base de nickel ou à base de cobalt, le nickel ou le cobalt étant, en poids, le principal élément entrant la composition.

A titre exemple, un alliage à base de nickel comprend au moins environ 40 pour 100 en poids de nickel et au moins un constituant parmi le cobalt, le chrome, l'aluminium, le tungstène, le molybdène, le titane et le fer. A titre d'exemple, des alliages à base de cobalt comprennent au moins environ 30 pour 100 en poids de cobalt et au moins un constituant parmi le nickel, le chrome, l'aluminium, le tungstène, le molybdène, le titane et le fer. Dans certaines formes de réalisation, la matière constituant la surface comprend une céramique On citera comme exemples nullement limitatifs de céramique un oxyde, un mélange d'oxydes, un nitrure, un borure ou un carbure. On citera comme exemples nullement limitatifs de céramiques appropriées les carbures de silicium ou de tungstène, les nitrures de bore, de titane ou de silicium et l'oxynitrure de titane. La figure 1 décrit un procédé de revêtement de surface selon une forme de réalisation de la présente invention. Le procédé 10 comporte les étapes d'élaboration d'une solution 12 d'un précurseur d'ions métallique, d'apport d'un dopant 14 dans la solution d'un précurseur d'ions métalliques pour élaborer une solution dopée d'un précurseur d'ions métalliques, et l'application de la solution d'un précurseur d'ions métalliques sur la surface pour former une surface revêtue 16. Dans une forme de réalisation, le procédé 10 comporte l'étape de nettoyage de la surface 18 avant l'application du revêtement. Dans une forme de réalisation, le procédé comporte une étape facultative de traitement thermique 20 de la surface revêtue.

Les ions métalliques du précurseur d'ions métalliques peuvent être des ions de n'importe quel métal parmi le zirconium, l'aluminium, le titane, l'yttrium, l'ytterbium, le silicium, le cérium, le lanthane ou toute combinaison de ceux-ci. Différents précurseurs d'ions métalliques peuvent servir à élaborer une solution d'un précurseur d'ions métalliques. Par exemple, le précurseur d'ions métalliques peut être un précurseur organique d'un métal ou un précurseur organométallique. Dans une forme de réalisation, le groupe organique du précurseur comprend l'acétylacétonate, le tétraisopropoxyde, le tétraoctylate, le n-butoxyde ou n'importe quelle combinaison de ceux-ci. Dans une forme de réalisation, l'élaboration d'une solution d'un précurseur d'ions métalliques comprend une dissolution du précurseur d'ions métalliques dans un solvant. On peut choisir le solvant en fonction du précurseur d'ions métalliques et des caractéristiques requises du revêtement. Dans une forme de réalisation, le solvant utilisé est un solvant organique. On peut citer, comme exemples de liquides appropriés utilisables comme solvant, des solvants polaires aprotiques tels que les alcools, les cétones et d'autres solvants polaires aprotiques tels que le benzène, le toluène, et d'autres solvants non polaires, et des combinaisons comprenant au moins l'un quelconque de ces liquides. Dans une forme de réalisation, le solvant utilisé comprend un alcool. Dans une, autre forme de réalisation, le solvant comprend une combinaison d'alcools pour dissoudre les précurseurs d'ions métalliques. Dans une forme de réalisation, l'alcool protège la surface contre la contamination par l'eau. Avec les précurseurs d'ions métalliques et le solvant utilisé pour dissoudre les précurseurs d'ions métalliques, la concentration du précurseur d'ions métalliques dissous dans le solvant agit en outre sur la qualité et les épaisseurs d'un revêtement de surface. Si, par exemple, la solution formée en dissolvant le précurseur d'ions métalliques dans le solvant est très diluée, le revêtement formé par cette solution risque de devenir discontinu ou de mal adhérer à la surface. De multiples applications de revêtements risquent d'avoir à être effectuées par une solution diluée pour parvenir au même niveau d'épaisseur de revêtement que celui réalisable par un seul revêtement formé par une solution relativement concentrée. Par ailleurs, l'uniformité et la rugosité superficielle du revêtement peuvent varier entre les revêtements formés par une solution diluée et une solution concentrée. En outre, de multiples applications de revêtement par une solution diluée risquent de n'être pas rentables, du fait de la multiplicité d'étapes du procédé et des opérations impliquées après revêtement. Par conséquent, dans une forme de réalisation, une solution relativement concentrée d'un précurseur d'ions métalliques dans le solvant est utilisée pour revêtir la surface. Dans une forme de réalisation, on utilise du zirconium comme précurseur d'ions métalliques. Les précurseurs au zirconium 5 utilisables comprennent l'acétylacétonate de zirconium, le tétraoctylate de zirconium, le n-butoxyde de zirconium. Dans une forme de réalisation, de l'acétylacétonate de zirconium (également appelé 2,4-pentanedionate de zirconium et Zr-Ac-Ac) est utilisé comme précurseur au zirconium avec un solvant à base d'alcool. 10 Le précurseur en Zr-Ac-Ac est considéré comme un composé modérément soluble dans un solvant organique. Une solution de ZrAc-Ac dans un alcool est normalement disponible à une concentration molaire inférieure à environ 0,2 pour 100. Une solution plus concentrée de Zr-Ac-Ac dans un alcool peut être plus 15 bénéfique en améliorant la qualité du revêtement comme affirmé plus haut, et donc les propriétés de la surface induites par le. revêtement. Par conséquent, une concentration molaire de la solution de Zr-Ac-Ac supérieure à 0,2 pour 100 est bénéfique pour un revêtement de surface hydrophobe. La concentration plus forte 20 permet de déposer un film épais et uniforme en une seule application. Les auteurs de la présente invention ont découvert la grande solubilité de Zr-Ac-Ac dans un alcool en dissolvant à haute température le précurseur dans le solvant. Dans une autre forme de 25 réalisation, le chauffage à reflux à haute température du précurseur dans un alcool, dans un appareil hermétique contribue à accroître encore la solubilité. Le précurseur d'ions métalliques peut être dissous à une température d'environ 80°C à environ 130°C. La température de chauffage à reflux peut être amenée à varier 30 d'environ 130°C à environ 165°C pendant le chauffage à reflux afin d'accroître la solubilité du Zr-Ac-Ac. Les inventeurs ont également découvert que le chauffage à reflux de la solution pendant une durée prolongée accroît la stabilité de la solution de Zr-Ac-Ac. Dans une forme de réalisation, la solution de Zr-Ac-Ac est chauffée à reflux pendant une durée atteignant 24 heures afin de stabiliser la solution. On constate qu'une solution de Zr-Ac-Ac chauffée à reflux pendant environ 24 heures après dissolution dans le solvant à base d'alcool est stable pendant une période d'environ 6 mois à environ 12 mois. Dans une forme de réalisation, l'alcool utilisé comprend l'éthanol, le butanol, le cyclohexanol ou une combinaison de ceux- ci. Dans une forme de réalisation, le procédé d'application utilisé guide le choix du système d'alcool servant de solvant. Le revêtement au trempé, le revêtement au pinceau, le revêtement au pistolet sont quelques-uns des exemples de procédés utilisables pour revêtir une surface. Dans une forme de réalisation, un mélange de butanol et de cyclohexanol est employé comme solvant pour le ZrAc-Ac et le revêtement. Dans une forme de réalisation, le revêtement est appliqué au pinceau sur la surface. Dans une forme de réalisation particulière, le solvant utilisé contient environ 40 pour 100 de cyclohexanol et environ 60 pour 100 de butanol. Lors d'essais expérimentaux, ce mélange a donné un film uniforme auto-nivelant qui a facilité le séchage jusqu'à l'obtention d'un revêtement exempt de défauts sur la surface revêtue. Dans une forme de réalisation, une concentration molaire de Zr-Ac-Ac supérieure à environ 0,6 pour 100 est obtenue à l'aide d'une haute température pendant la dissolution/le chauffage à reflux. La température pour la dissolution est supérieure à environ 100°C et la température de chauffage à reflux est supérieure à environ 150°C. Dans une forme de réalisation, une solution de Zr- Ac-Ac à concentration molaire d'environ 0,8 pour 100 est élaborée dans un mélange d'alcools comprenant environ 40 pour 100 de cyclohexanol et environ 60 pour 100 de butanol. Dans une forme de réalisation, le procédé d'élaboration de surface revêtue comporte l'apport d'un dopant dans la solution d'un précurseur d'ions métalliques, en formant de la sorte une solution dopée d'un précurseur d'ions métalliques. Dans certaines formes de réalisation, le dopant comprend un silane, un fluorosilane ou un fluoroalcoylsilane (également appelé FAS). Des exemples nullement limitatifs de fluoroalcoylsilanes comprennent, le tridécafluoro- 1,1,2,2-tétrahydrofluoro-octyltrichlorosilane et l'heptadécafluoro- 1,1,2,2-tétrahydrodécyl-triméthoxysilane. Dans une forme de réalisation, un composé dopé au fluorosilane comprend un solvant et un dopant à fluorosilane. Sans a priori théorique, les auteurs de la présente invention supposent que le nombre d'atomes de fluor présents et la longueur de la chaîne polymère principale du dopant peuvent jouer un rôle dans l'hydrophobicité effective du revêtement formé par la solution dopée d'un précurseur d'ions métalliques. Dans une forme de réalisation, le dopant comprend de l'heptadécafluoro-1,1,2,2-tétrahydrodécyl-triméthoxysilane. 17 atomes de fluor entrent dans la composition de ce composé, ce qui donne une grande hydrophobicité au revêtement appliqué. Dans une forme de réalisation, la concentration molaire du FAS présent dans la solution est d'environ 2 pour 100 à environ 32 pour 100 du précurseur d'ions métalliques. Dans une forme de réalisation, la concentration molaire du FAS présent dans la solution est d'environ 4 pour 100 du précurseur d'ions métalliques. Dans une forme de réalisation, on constate qu'un dopage à l'heptadécafluoro-1,1,2,2- tétrahydrodécyl-triméthoxysilane à une concentration molaire de 4 pour 100 par rapport au zirconium dans la solution alcoolique de Zr-Ac-Ac assure des performances optimales et une ampleur minime des pertes de fluor pendant la durée de vie du revêtement en service. Dans une forme de réalisation du procédé, le FAS est ajouté dans la solution à la températureambiante et mélangé au cours d'un certain laps de temps. Dans une forme de réalisation, le mélange du FAS avec la solution d'un précurseur d'ions métalliques est effectué pendant un minimum d'environ 4 heures pour assurer sa dispersion dans le précurseur. Dans une forme de réalisation, le revêtement appliqué sur une surface à l'aide de la solution dopée d'un précurseur d'ions métalliques subit une réaction de condensation hydrolytique formant SUT la surface un revêtement d'hybride de polymères organométalliques. Dans une forme de réalisation, la surface brute de revêtement sert de revêtement hydrophobe pour les utilisations voulues. Dans une autre forme de réalisation, le revêtement appliqué sur la surface est partiellement converti par traitement thermique afin d'encore accroître la fonctionnalité du revêtement hydrophobe. Globalement, un long traitement thermique à haute température du revêtement appliqué provoque une perte de fluor et donc une atténuation de la nature hydrophobe du revêtement. Par exemple, un traitement thermique du revêtement pendant plus d'environ 5 minutes à des températures dépassant 350°C peut provoquer une perte de fluor dans le revêtement et conduit donc à une dégradation des performances d'hydrophobicité du revêtement. Par ailleurs, les inventeurs ont découvert qu'une conversion partielle du revêtement par traitement thermique de la surface revêtue améliore les performances de la surface revêtue. Le traitement thermique peut se faire à une température inférieure à environ 350°C. Dans une forme de réalisation, la température à laquelle est effectué le traitement thermique de la surface revêtue est d'environ 200°C à environ 325°C. Dans une forme de réalisation particulière, le revêtement subit un traitement thermique à une température d'environ 250°C. La durée du traitement thermique peut varier d'environ 2 minutes à environ 45 minutes. Dans une forme de réalisation, le traitement thermique dure moins d'une trentaine de minutes. Dans une forme de réalisation, le traitement thermique dure une quinzaine de minutes. La surface traitée thermiquement et partiellement convertie peut avoir une hydrophobicité accrue, un plus grand apport de revêtement sur la surface, une plus grande robustesse pour les conditions d'utilisation, une plus longue durée de vie et une résistance accrue à l'abrasion en comparaison du revêtement en solution brut de dépôt. Par ailleurs, on constate une augmentation de la résistance au mouillage de la surface traitée thermiquement lorsqu'elle est exposée à de la vapeur. Cela peut être dû à une réduction de l'hystérésis de l'angle de contact des gouttes d'eau sur la surface. La figure 2 représente un article 30 selon une forme de réalisation. L'article 30 comporte une pièce 32 dotée d'une surface revêtue 34. La surface revêtue 34 comprend un revêtement 36 qui comprend un composé ions métalliques-fluorosilane.

Dans une forme de réalisation, le revêtement 36 de la pièce 32 est élaboré et appliqué à l'aide des étapes de procédé décrites plus haut. Dans une forme de réalisation, le revêtement 36 de la pièce 32 a une épaisseur d'environ 200 nanomètres à environ I micromètre. La pièce 32 de l'article 30 peut avoir une surface intérieure, et une surface extérieure et le revêtement 36 est appliqué sur la surface intérieure, la surface extérieure ou les deux surfaces. Dans une forme de réalisation, la pièce revêtue 32 est un tube de condenseur. Le tube de condenseur revêtu 32 peut servir dans une turbine à vapeur, avec une entrée 40 de vapeur, une sortie 42 de condensat, une entrée 44 de liquide de refroidissement et une sortie 46 de liquide de refroidissement. Du fait de la surface revêtue 36 créée par le revêtement et le procédé décrits plus haut, le transfert thermique depuis la vapeur s'effectue efficacement en permettant une meilleure superficie de réaction surface-vapeur en raison de la retombée en gouttes de l'eau depuis la surface du tube de condenseur. EXEMPLE L'exemple ci-après illustre des procédés, des matières et des résultats, selon des formes de réalisation spécifiques. Les variantes, l'ajout ou la suppression de certaines étapes et la modification des étapes sont considérés comme étant connus d'un spécialiste de la technique.

Les figures 3 à 7 présentent les étapes de revêtement d'une surface dans un exemple de forme de réalisation, La figure 3 décrit les étapes typiques de l'élaboration d'une solution d'un précurseur d'ions métalliques. Le montage de réaction utilisé comprend un ballon à fond rond, un agitateur suspendu, un condenseur à reflux, un orifice d'alimentation et une enveloppe de réchauffage. Un précurseur en Zr-Ac-Ac est pris en quantité requise pour le revêtement d'un tube de condenseur et divisé en 3 parts. Un mélange d'alcools est chauffé au bain-marie. Dans un exemple, un mélange de butanol et de cyclohexanol est utilisé comme solvant.

Le cyclohexanol est dosé et chauffé au bain-marie pour fondre, puis est ajouté dans le réacteur. Le butanol est divisé en 4 parts et une part du butanol est ajoutée dans le réacteur. Une première part du précurseur en Zr-Ac-Ac est ajoutée dans le réacteur. Le récipient contenant cette part du Zr-Ac-Ac est rincé avec une part du butanol, puis son contenu est ajouté dans le réacteur. On commence à brasser le contenu du réacteur, la vitesse de brassage étant réglée à environ 75 tours/min. Au terme d'un laps de temps suffisant pour la dissolution de la première part, la deuxième part du Zr-Ac-Ac est ajoutée dans le réacteur, lequel est rincé avec une autre part du butanol. Le brassage se poursuit à environ 75 tours/min et la température est lentement portée à environ 145°C. La dernière part du précurseur en Zr-Ac-Ac est lentement ajoutée, sans interruption du chauffage ni du brassage. La dernière part du Zr-Ac-Ac est rincée avec la dernière part du butanol qui a été réservée. La température du réacteur est maintenue à 145°C. Le brassage est poursuivi, le réacteur est fermé hermétiquement et le chauffage à reflux est lancé. Le chauffage à reflux se poursuit pendant environ 36 heures. La solution prend une couleur transparente jaune rougeâtre quand la solution se stabilise. On refroidit la solution jusqu'à la température ambiante. La figure 4 décrit le dopage de la solution de Zr-Ac-Ac par un fluorosilane. Après vérification de la stabilité de la solution en observant la couleur pendant plusieurs heures, la solution est brassée à une vitesse d'environ 75 tours/min. Un composé C131-113F1703Si équivalent à une concentration molaire d'environ 4 pour 100 de zirconium est dosé et lentement ajouté dans le réacteur. Le système de reflux est arrêté et le brassage se poursuit pendant environ 4 heures à la température ambiante. Le contenu est transféré dans un bain de revêtement au trempé pour revêtir des tubes de condenseur. La figure 5 décrit la préparation d'un tube de condenseur en vue de son revêtement. Le tube fait l'objet d'un examen visuel pour rechercher des défauts à l'intérieur et à l'extérieur et vérifier sa rectitude. Le tube est plongé dans un bain de rinçage à l'acétone, puis nettoyé avec une éponge et placé dans un support pour être revêtu. La surface du tube est hydroxylée en passant sur la surface une éponge imbibée d'un mélange contenant 10 pour 100 d'eau oxygénée dans de l'éthanol pur. On laisse sécher le tube pendant 5 minutes avant l'application du revêtement.

La figure 6 décrit le procédé de revêtement d'un tube de condenseur. Une extrémité du tube est attachée à l'aide d'un collier de serrage et un bouchon en caoutchouc est inséré à l'autre extrémité. On fait coulisser sur une tige de support le collier serrant le tube. On plonge lentement le tube dans le bain de solution de Zr- Ac-Ac dopée de revêtement, on attend une dizaine de secondes, puis on le sort lentement de la solution de revêtement et on le laisse sécher. L'extrémité inférieure est plongée dans une cuvette de rinçage contenant de l'acétone afin d'éliminer la solution de revêtement sur un court tronçon, puis on laisse sécher. On retire le bouchon en caoutchouc et les colliers du tube revêtu. Il est observé par les inventeurs que, lors d'un revêtement au trempé d'un tube avec la solution dopée d'un précurseur d'ions métalliques, la vitesse d'immersion du tube dans la solution affecte l'uniformité, l'épaisseur et l'hydrophobicité des surfaces revêtues.

Une vitesse d'immersion inférieure à environ 3 cm/min peut donner un revêtement non uniforme et réduire l'angle de contact statique d'une goutte d'eau sur la surface. Une vitesse d'immersion supérieure à environ 15 cm/min peut réduire l'angle de contact statique d'une goutte d'eau sur la surface. On constate qu'une vitesse d'immersion d'environ 3 cm/min à environ 15 cm/min est bénéfique pour l'uniformité, l'angle de contact statique et l'hystérésis réduite de l'angle de contact. Dans une forme de réalisation, une vitesse d'immersion d'environ 10 cm/min a donné un revêtement uniforme avec un angle de contact statique d'environ 115° avec une goutte d'eau et une hystérésis d'environ 45° sur une surface brute de revêtement. La figure 7 décrit l'étape de traitement thermique du tube revêtu. Le four est maintenu à une température d'environ 250°C et le tube de condenseur est placé à l'intérieur du four à l'aide d'un support. Le tube est maintenu à environ 250°C pendant une quinzaine de minutes, puis on le sort du four et on le laisse refroidir jusqu'à la température ambiante. Ainsi, le traitement thermique de ce revêtement implique une rapide montée dans un four à atmosphère ambiante, un court maintien en température, puis une trempe à l'air libre. Un grand angle de contact ainsi qu'une faible hystérésis peuvent être souhaitables pour un transfert thermique efficace par condensation de vapeur sous forme de gouttes. Des surfaces en acier sans revêtement, présentant une condensation sous forme de gouttes, ont eu des angles de contact atteignant 80 degrés, avec une hystérésis d'environ 60 degrés. Les revêtements de certaines des formes de réalisation de la présente invention avaient des angles de contact supérieurs à environ 95 degrés avec une hystérésis de moins d'environ 50 degrés. Une conversion partielle, par un traitement thermique régulé, d'un revêtement brut de réalisation sur une surface revêtue s'est montrée bénéfique pour l'application d'un traitement thermique sur les articles comportant les surfaces revêtues. La _ 25 figure 8 illustre la force d'adhérence du revêtement à traitement thermique et conversion partielle en fonction de la température de traitement thermique pour une surface plane en acier inoxydable à revêtement au pinceau. L'essai d'adhérence a été réalisé en tirant sur une tige fixée à l'aide d'une résine époxy sur la surface revêtue. 30 Sur la figure 8, on constate que la force d'adhérence augmente à mesure que s'élève la température de traitement thermique. La force d'adhérence a augmenté d'un facteur de l'ordre de 10 entre une surface brute de revêtement et la surface traitée thermiquement à 250°C.

La figure 9 illustre la variation de l'angle de contact statique de l'eau sur une surface revêtue en fonction des conditions de traitement thermique de la surface revêtue, Dans cet exemple, on constate que l'angle de contact statique varie en fonction de la température et de la durée du traitement thermique et on observe qu'il est maximal à une température d'environ 250°C et une durée d'environ 30 minutes. On a observé expérimentalement que la surface revêtue partiellement convertie, obtenue par traitement thermique de la surface à une température supérieure ou égale à environ 200°C, a résisté à une exposition à la vapeur et a présenté une condensation sous forme de gouttes. L'angle de contact d'une goutte d'eau est resté stable cependant que l'hystérésis de l'angle de contact diminuait d'environ 10 à 30 degrés au moment de l'exposition à la vapeur. L'hystérésis, sur un tel tube, a été ordinairement inférieure à environ 50 degrés et on a observé une valeur de l'ordre de 30 à 40 degrés avant exposition à la vapeur, et de 20 à 30 degrés après exposition à la vapeur. La baisse de l'hystérésis est bénéfique pour le renforcement du transfert thermique des surfaces revêtues, Le comportement hydrophobe du revêtement ainsi formé a provoqué une condensation de vapeur sous la forme de gouttes sur les tubes de condenseur revêtus. Ce mode de condensation a pour effet un plus grand transfert thermique en raison du grossissement et de la chute continus au lieu de la formation d'un film sur des surfaces hydrophiles, Le revêtement, exposé à de la vapeur pendant 3500 heures, a conservé son comportement hydrophobe et a présenté une très faible hystérésis de l'angle de contact. Par conséquent, les gouttes tombées ont été très petites et le transfert thermique s'est renforcé. Des tubes ont été revêtus d'un revêtement selon la présente invention et le renforcement total du transfert thermique a été mesuré à des pressions de vapeur et des nombres de Reynolds d'eau de refroidissement semblables à ceux pour le fonctionnement de condenseurs. On est parvenu à accroître le coefficient de transfert thermique total d'environ 1,4 fois celui de tubes en acier sans revêtement. Par conséquent, le revêtement a démontré un grand renforcement du transfert thermique dans l'environnement d'un condenseur de vapeur.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1.Procédé (10) de revêtement d'une surface, comportant : une application d'une solution d'un précurseur d'ions métalliques dopée au fluorosilane pour former une surface revêtue, la solution d'un précurseur d'ions métalliques ayant une concentration molaire d'environ 0,6 pour 100 du précurseur d'ions métalliques dans un solvant comprenant un alcool.
2. 2. Procédé (10) selon la revendication 1, dans lequel le précurseur d'ions métalliques comprend du zirconium, de l'aluminium, du titane, de l'yttrium, de l'ytterbium, du silicium, du cérium, du lanthane ou des combinaisons de ceux-ci.
3. 3. Procédé (10) selon la revendication 2, dans lequel le précurseur d'ions métalliques comprend un précurseur au zirconium.
4. 4. Procédé (10) selon la revendication 3, dans lequel le précurseur au zirconium comprend du 2,4-pentanedionate de zirconium.
5. 5. Procédé (10) selon la revendication 1, dans lequel le fluorosilane comprend de 1' heptadécafluoro-1,1,2,2- tétrahydrodécyl-triméthoxysilane.
6. 6. Procédé (10) selon la revendication 1, dans lequel la solution dopée d'un précurseur d'ions métalliques comprend le fluorosilane à une concentration molaire de l'ordre d'environ 2 pour 100 à 32 pour 100 du précurseur d'ions métalliques.
7. 7. Procédé (10) selon la revendication 1, comportant en outre un traitement thermique de la surface revêtue à une température inférieure à environ 330°C pour former une surface revêtue à conversion partielle.
8. 8. Procédé (10) selon la revendication 7, dans lequel le traitement thermique est réalisé pendant une durée d'environ 5 minutes à environ 45 minutes.
9. 9. Procédé (10) selon la revendication 1, comportant en outre une dissolution du précurseur d'ions métalliques dans le solvant à une température supérieure à environ 100°C et un chauffage à reflux à une température supérieure à environ 150°C.
10. 10. Procédé (10) de revêtement d'une surface, comportant : une application, sur la surface, d'une solution d'un précurseur d'ions métalliques dopée à l'heptadécafluoro-1,1,2,2- tétrahydrodécyl-triméthoxysilane afin de préparer une surface revêtue, la solution d'un précurseur comprenant le précurseur d'ions métalliques, à concentration molaire supérieure à environ 0,6 pour 100, dans un solvant comprenant un alcool ; et un traitement thermique de la surface revêtue pendant une trentaine de minutes dans un intervalle de températures d'environ 200°C à environ 300°C.