FR3140888A1 - COATING DEPOSITION PROCESS - Google Patents
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Abstract
Dispositif de dépôt PVD ou PECVD comportant une enceinte (25) dans laquelle se trouve une pièce (22) à revêtir montée mobile sur un support (24), et une cible (20) d’un matériau d’un revêtement à évaporer et déposer sur la pièce, le dispositif comportant un masque (21) pourvu d’une lumière (23) en regard de la pièce (22) à revêtir et fixe par rapport à la cible (20), ledit masque étant disposé entre la cible et la pièce de sorte qu’un mouvement de la pièce derrière la lumière définisse sur la pièce une zone revêtue homogène à dépôt colonnaire. Figure 3APVD or PECVD deposition device comprising an enclosure (25) in which there is a part (22) to be coated movably mounted on a support (24), and a target (20) of a coating material to be evaporated and deposited on the part, the device comprising a mask (21) provided with a light (23) facing the part (22) to be coated and fixed with respect to the target (20), said mask being placed between the target and the part so that a movement of the part behind the light defines on the part a homogeneous coated zone with columnar deposit. Figure 3A
Description
L’invention relève du domaine de la réalisation de revêtements de carbone type diamant à croissance régulière et progressive ou des revêtements graphités sur des pièces techniques par dépôt de type PVD, physical Vapor Deposition en anglais soit dépôt physique en phase vapeur en français ou de type PECVD, Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition en anglais soit dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma en français.The invention relates to the field of producing diamond-type carbon coatings with regular and progressive growth or graphite coatings on technical parts by PVD type deposition, physical vapor deposition in English or physical vapor deposition in French or type PECVD, Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition in English or plasma-assisted chemical vapor deposition in French.
Il est connu de réaliser des dépôts PVD ou PECVD carbone et, dans le cadre du développement de revêtements carbone type diamant (DLC diamond like carbon en anglais) par exemple, un problème de croissance différente des dépôts selon les géométries des parties de pièces concernées, notamment dans le cadre des pièces à géométrie complexe existe. Selon la position sur une même pièce, le dépôt peut avoir une microstructure différente, en particulier l’orientation des colonnes du matériau déposé peut varier. Cette orientation différente peut mener à des propriétés différentes. Ainsi, sur une même pièce, le revêtement peut avoir une structure différente et ainsi des propriétés différentes selon sa position sur la pièce.It is known to produce carbon PVD or PECVD deposits and, in the context of the development of diamond-like carbon coatings (DLC diamond like carbon in English), for example, a problem of different growth of deposits depending on the geometries of the parts of parts concerned, particularly in the context of parts with complex geometry exists. Depending on the position on the same part, the deposit can have a different microstructure, in particular the orientation of the columns of the deposited material can vary. This different orientation can lead to different properties. Thus, on the same part, the coating can have a different structure and thus different properties depending on its position on the part.
La
Dans le cas d’essais tribologiques sur des pièces revêtues de géométries complexes, par exemple des engrenages, il est extrêmement difficile de caractériser les propriétés du dépôt directement sur les pièces finales surtout sur des surfaces de petite surface et/ou de forme non plane de ces pièces du fait que l’on ne maitrise pas l’orientation des colonnes réalisant le revêtement.In the case of tribological tests on coated parts with complex geometries, for example gears, it is extremely difficult to characterize the properties of the deposit directly on the final parts, especially on surfaces with a small surface area and/or a non-planar shape. these parts due to the fact that we do not control the orientation of the columns producing the covering.
Il est donc nécessaire de mettre au point une technique de dépôt qui puisse reproduire les différentes orientations des colonnes formant un revêtement sur une pièce de géométrie choisie en sorte de mener des essais tribologiques classiques selon ces orientations.It is therefore necessary to develop a deposition technique which can reproduce the different orientations of the columns forming a coating on a piece of chosen geometry in order to carry out classic tribological tests according to these orientations.
Il existe des essais tribologiques permettant de reproduire les conditions de roulement-glissement en un point de contact entre deux pièces et les échantillons mis en œuvre sont pour ce faire des disques, des billes, des galets. Par contre, pour un engrenage tel que schématisé en
Les solutions connues ne permettent pas de faire varier l’angle de dépôt sur des échantillons et ainsi de caractériser l’influence de cet angle sur l’efficacité du dépôt sur les pièces en contact et en mouvement.Known solutions do not make it possible to vary the deposition angle on samples and thus characterize the influence of this angle on the efficiency of deposition on parts in contact and moving.
Au vu de l’art antérieur la présente divulgation propose de réaliser, sur des échantillons représentatifs des futures surfaces en contact, un revêtement représentatif de celui présent sur ces surfaces et, pour ce faire d’adapter le dispositif et la méthode de pulvérisation.In view of the prior art, the present disclosure proposes to produce, on samples representative of future surfaces in contact, a coating representative of that present on these surfaces and, to do this, to adapt the device and the spraying method.
Pour ce faire la présente divulgation propose en premier lieu un dispositif de dépôt PVD ou PECVD comportant une enceinte dans laquelle se trouve une pièce à revêtir montée mobile sur un support, et une cible d’un matériau d’un revêtement à évaporer et déposer sur la pièce, qui comporte un masque pourvu d’une lumière en regard de la pièce à revêtir et fixe par rapport à la cible, ledit masque étant disposé entre la cible et la pièce, ladite pièce montée mobile, étant positionnée derrière le masque par rapport à la cible de telle sorte qu’un mouvement de la pièce derrière la lumière fasse défiler progressivement une zone à revêtir de la surface de la pièce derrière la lumière. Ceci permet de réaliser sur la pièce une zone revêtue d’un dépôt colonnaire dudit matériau lors du défilement de la pièce sous la lumière.To do this, the present disclosure firstly proposes a PVD or PECVD deposition device comprising an enclosure in which there is a part to be coated movably mounted on a support, and a target of a coating material to be evaporated and deposited on the part, which comprises a mask provided with a light facing the part to be coated and fixed relative to the target, said mask being placed between the target and the part, said movable mounted part, being positioned behind the mask in relation to the target such that a movement of the part behind the light gradually causes an area to be covered on the surface of the part behind the light. This makes it possible to create on the part an area coated with a columnar deposit of said material when the part moves under the light.
La lumière définit préférablement une ouverture de dimension adaptée à canaliser un faisceau de dépôt vapeur sur ladite zone à revêtir derrière la lumière, une largeur de la lumière dans une direction de déplacement, notamment de rotation de la pièce étant définie entre 1 et 7 cm.The light preferably defines an opening of size suitable for channeling a vapor deposition beam onto said area to be coated behind the light, a width of the light in a direction of movement, in particular of rotation of the part being defined between 1 and 7 cm.
Un premier axe perpendiculaire à ladite zone à revêtir de ladite surface forme un angle supérieur à 0° et inférieur à 90° par rapport à un deuxième axe perpendiculaire à un plan de la cible et dirigé vers la pièce.A first axis perpendicular to said zone to be coated with said surface forms an angle greater than 0° and less than 90° relative to a second axis perpendicular to a plane of the target and directed towards the part.
Le premier axe perpendiculaire à ladite zone à revêtir forme avantageusement un angle supérieur à 10° et inférieur à 80° par rapport au deuxième axe. Préférablement, ledit angle peut être défini entre 20° et 70°.The first axis perpendicular to said zone to be coated advantageously forms an angle greater than 10° and less than 80° relative to the second axis. Preferably, said angle can be defined between 20° and 70°.
Selon un premier mode de réalisation, la pièce est mise en rotation autour dudit premier axe.According to a first embodiment, the part is rotated around said first axis.
Selon un deuxième mode de réalisation, la pièce est mise en rotation autour d’un troisième axe perpendiculaire au premier axe et au deuxième axe.According to a second embodiment, the part is rotated around a third axis perpendicular to the first axis and the second axis.
La pièce peut présenter une symétrie par rotation autour d’un axe rotatif, et ledit mouvement de la pièce par rapport au support est une rotation autour de l’axe rotatif de la pièce. La lumière pour sa part est parallèle à la surface à revêtir et proche de cette surface, par exemple à une distance de quelques millimètres, par exemple à moins de 15 mm, voire à moins de 7 mm ou même 3 mm.The part can have symmetry by rotation around a rotating axis, and said movement of the part relative to the support is a rotation around the rotating axis of the part. The light for its part is parallel to the surface to be coated and close to this surface, for example at a distance of a few millimeters, for example less than 15 mm, or even less than 7 mm or even 3 mm.
Le masque peut comporter une plaquette écran disposée sur au moins un bord de la lumière et parallèle, à plus ou moins 20°, audit deuxième axe et notamment inclinée à plus ou moins 20° dudit deuxième axe. Cette plaquette écran est positionnée et orientée pour guider sur la surface le faisceau provenant de la cible.The mask may include a screen plate arranged on at least one edge of the light and parallel, at plus or minus 20°, to said second axis and in particular inclined at plus or minus 20° from said second axis. This screen plate is positioned and oriented to guide the beam coming from the target onto the surface.
Le masque est avantageusement réalisé en acier.The mask is advantageously made of steel.
La présente divulgation concerne en outre un procédé de dépôt au moyen du dispositif décrit ci-dessus et comportant
- - une pose de ladite pièce à revêtir, montée mobile par rapport au support, derrière le masque par rapport à la cible, avec la lumière du masque située en regard d’une zone de la surface de la pièce à revêtir,
- - une mise en rotation de la pièce derrière ledit masque selon un mouvement de la pièce derrière la lumière adapté à faire défiler progressivement derrière la lumière ladite zone de la surface de la pièce à revêtir,
- - une pulvérisation de matériau de revêtement en direction de la lumière et de ladite zone en sorte de réaliser sur la pièce une zone revêtue d’un dépôt colonnaire dudit matériau.
- - an installation of said part to be coated, mounted movably relative to the support, behind the mask relative to the target, with the light of the mask located opposite a zone of the surface of the part to be coated,
- - rotating the part behind said mask according to a movement of the part behind the light adapted to gradually cause said area of the surface of the part to be coated to pass behind the light,
- - a spraying of coating material in the direction of the light and of said zone so as to produce on the part a zone coated with a columnar deposit of said material.
Le procédé peut être tel que, un premier axe perpendiculaire à ladite zone à revêtir sous ladite lumière faisant un angle α avec un deuxième axe perpendiculaire à un plan de la cible, le procédé comprend, avant ladite pulvérisation, un ajustement dudit angle α, en fonction d’une inclinaison dudit dépôt colonnaire à réaliser.The method can be such that, a first axis perpendicular to said zone to be coated under said light making an angle α with a second axis perpendicular to a plane of the target, the method comprises, before said spraying, an adjustment of said angle α, in function of an inclination of said columnar deposit to be produced.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation non limitatifs, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :Other characteristics, details and advantages of the invention will appear on reading the detailed description below of non-limiting examples of embodiment, and on analysis of the appended drawings, in which:
Les dessins et la description ci-après contiennent des éléments pouvant non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.The drawings and the description below contain elements which may not only serve to better understand the present invention, but also contribute to its definition, where appropriate.
Comme décrit ci-dessus, la
Selon la position sur une même pièce, le dépôt peut avoir une microstructure différente et notamment les orientations des colonnes peuvent varier du fait d’effets de pointe et d’ombrage. Cette orientation variable peut mener à des propriétés différentes du revêtement selon sa position sur la pièce. Ainsi, un même dépôt, sur une même pièce, peut avoir selon sa position une structure différente et ainsi des propriétés différentes.Depending on the position on the same part, the deposit can have a different microstructure and in particular the orientations of the columns can vary due to peaking and shading effects. This variable orientation can lead to different properties of the coating depending on its position on the part. Thus, the same deposit, on the same part, can have a different structure and thus different properties depending on its position.
Il est par ailleurs extrêmement difficile de caractériser les propriétés du dépôt directement sur pièce finale de géométrie complexe, surtout lorsque la surface concernée est de petite surface et/ou de forme non plane.It is also extremely difficult to characterize the properties of the deposit directly on the final part of complex geometry, especially when the surface concerned is of small surface area and/or of non-planar shape.
Dans le cas de la
Il est donc souhaitable de pouvoir reproduire ces orientations pour mieux connaitre le comportement des revêtements selon les inclinaisons des colonnes desdits revêtements et pouvoir réaliser des essais tribologiques permettant de reproduire les conditions de roulement-glissement en un point du contact selon les inclinaisons de colonnes de revêtement que l’on souhaite tester. Pour réaliser des essais tribologiques, les échantillons mis en œuvre sont des disques, des billes, des galets. Le dispositif de la présente divulgation a pour but de réaliser des revêtements dont les inclinaisons des colonnes de matériau sont maitrisées et connues.It is therefore desirable to be able to reproduce these orientations to better understand the behavior of the coatings according to the inclinations of the columns of said coatings and to be able to carry out tribological tests making it possible to reproduce the rolling-sliding conditions at a point of contact according to the inclinations of the coating columns. that we wish to test. To carry out tribological tests, the samples used are discs, balls and pebbles. The device of the present disclosure aims to produce coatings whose inclinations of the columns of material are controlled and known.
L’enjeu de l’invention est ainsi de réaliser, sur des surfaces de tels échantillons, à mettre en contact, un revêtement représentatif de celui présent sur des zones de pièces complexes telles des dents d’engrenages pour en étudier le comportement (et avec une possibilité de contrôle de l’angle d’inclinaison des colonnes, pour pouvoir tester l’influence de cette inclinaison).The challenge of the invention is thus to produce, on the surfaces of such samples, to be brought into contact, a coating representative of that present on areas of complex parts such as gear teeth in order to study their behavior (and with a possibility of controlling the angle of inclination of the columns, to be able to test the influence of this inclination).
Le dispositif de dépôt PVD ou PECVD de la présente divulgation comporte selon le mode de réalisation de la
La lumière est parallèle à la surface à revêtir et proche de cette surface, par exemple à une distance de quelques millimètres, par exemple à moins de 15 mm, voire à moins de 7 mm ou même 3 mm.The light is parallel to the surface to be coated and close to this surface, for example at a distance of a few millimeters, for example less than 15 mm, or even less than 7 mm or even 3 mm.
Dans ce mode de réalisation, la pièce 22 à revêtir est une rondelle annulaire, le masque 21 est un disque et la lumière 23 est constituée ici par une entaille selon un secteur angulaire du masque.In this embodiment, the part 22 to be coated is an annular washer, the mask 21 is a disc and the light 23 is constituted here by a notch along an angular sector of the mask.
Toujours selon ce mode de réalisation, Un axe X normal à la zone à revêtir est identique à un axe A de rotation de la pièce 22 sur son support 24. L’axe X fait un angle α avec un axe Y normal à la surface de la cible et la lumière 23 découvre un petit secteur d’une face de la pièce annulaire, le disque fixe du masque étant disposé au-dessus de la pièce en rotation. La lumière forme ainsi sur la pièce une zone à revêtir d’axe normal X de dimension réduite dans le sens circonférentiel de la pièce 22. La lumière permet ainsi aux particules de se déposer avec une orientation commune sur la partie mise à nu de la pièce, ce qui permet de revêtir la face de la pièce se déplaçant sous ladite lumière 23 avec un dépôt homogène pourvu de colonnes d’inclinaison θ constante tel que θ=90°-α, α étant l’angle entre l’axe Y normal à la cible et l’axe X normal à la zone à revêtir de la pièce.Still according to this embodiment, an axis X normal to the area to be coated is identical to an axis A of rotation of the part 22 on its support 24. The axis the target and the light 23 discover a small sector of one face of the annular part, the fixed disc of the mask being placed above the rotating part. The light thus forms on the part a zone to be coated with a normal axis , which makes it possible to coat the face of the part moving under said light 23 with a homogeneous deposit provided with columns of constant inclination θ such that θ=90°-α, α being the angle between the Y axis normal to the target and the X axis normal to the area of the part to be coated.
La
Les dimensions de la lumière 23 sont telles qu’elle définit une ouverture de dimension adaptée à canaliser un faisceau de dépôt vapeur sur une partie de la pièce derrière la lumière et orienter le dépôt selon des colonnes parallèles.The dimensions of the light 23 are such that it defines an opening of size suitable for channeling a beam of vapor deposition onto a part of the part behind the light and orienting the deposit along parallel columns.
Pour définir les dimensions de la lumière, il est souhaitable :
- que l’ouverture ne soit pas trop petite, car sinon, du fait d’effets de pointe, on risque de tout déposer sur le masque, sans que le matériau n’atteigne la pièce,
- Que l’ouverture ne soit pas trop grande non plus, pour rester assez directif angulairement,
- that the opening is not too small, because otherwise, due to peak effects, there is a risk of everything being deposited on the mask, without the material reaching the part,
- The opening should not be too large either, to remain sufficiently angularly directive,
En particulier, une largeur de la lumière dans une direction de rotation de la pièce définie entre 1 et 7 cm permet d’obtenir une grande homogénéité de l’orientation des colonnes.In particular, a width of the light in a direction of rotation of the part defined between 1 and 7 cm makes it possible to obtain great homogeneity of the orientation of the columns.
L’angle α entre le premier axe X perpendiculaire à la zone à revêtir sous la lumière et le deuxième axe Y normal à la cible et dirigé vers la pièce est supérieur à 0° et inférieur à 90° et préférablement supérieur à 10° et inférieur à 80° pour obtenir des colonnes faisant respectivement un angle avec la surface de la pièce entre 80° et 10° . Dans un mode de réalisation particulier, l’angle α est choisi pour que les colonnes fassent un angle de 40° à 60° avec la surface de la pièce.The angle α between the first axis at 80° to obtain columns making respectively an angle with the surface of the part between 80° and 10°. In a particular embodiment, the angle α is chosen so that the columns make an angle of 40° to 60° with the surface of the part.
Les figures 4A et 4B correspondent à un deuxième mode de réalisation pour lequel le masque 21a est réalisé en sorte de masquer une partie d’une pièce sphérique 22a. Dans cet exemple, la pièce est mobile en rotation autour de son axe de rotation A qui est confondu avec un axe Z dit troisième axe perpendiculaire au deuxième axe Y normal au plan de la cible, le masque est conique d’axe de révolution selon l’axe Z et comporte une lumière 23a réalisée par une ouverture sur un secteur du cône. En variante, le masque pourrait être une calotte sphérique, par exemple une coque en forme de demi-sphère, avec une lumière localisée correspondant à un secteur angulaire, une lumière circulaire ou une lumière rectangulaire. Toutefois, le masque conique tel que représenté a l’avantage de permettre au masque et à la lumière d’être très proche de la pièce au niveau de la zone à revêtir, ce qui est favorable pour le dépôt.Figures 4A and 4B correspond to a second embodiment for which the mask 21a is made so as to mask part of a spherical part 22a. In this example, the part is movable in rotation around its axis of rotation A which coincides with an axis Z called the third axis perpendicular to the second axis Y normal to the plane of the target, the mask is conical with axis of revolution according to Z axis and includes a slot 23a made by an opening on a sector of the cone. Alternatively, the mask could be a spherical cap, for example a shell in the shape of a half-sphere, with a localized light corresponding to an angular sector, a circular light or a rectangular light. However, the conical mask as shown has the advantage of allowing the mask and the light to be very close to the part in the area to be coated, which is favorable for deposition.
Comme dans le premier mode de réalisation, la lumière est désaxée d’un angle α par rapport à l’axe Y c’est à dire que sa position angulaire autour de l’axe Z est décalée par rapport à l’axe Y d’un angle α, de sorte que le dépôt sous la lumière se fait avec une inclinaison donnée sur la pièce. Dans le cas présent, le dépôt est aussi réalisé sur la partie inférieure de la pièce sphérique non recouverte par le masque sans que ce soit gênant, la partie active pour les essais étant la bande 26 située entre deux parallèles au niveau de la lumière.As in the first embodiment, the light is offset by an angle α relative to the Y axis, that is to say that its angular position around the Z axis is offset relative to the Y axis by an angle α, so that the deposition under the light is done with a given inclination on the part. In the present case, the deposition is also carried out on the lower part of the spherical part not covered by the mask without this being problematic, the active part for the tests being the strip 26 located between two parallels at the level of the light.
Dans ce mode de réalisation, le masque est toujours fixe et la pièce 22a est mise en rotation autour du troisième axe Z perpendiculaire au premier axe X et au deuxième axe Y. Une bande annulaire de dépôt homogène dont les colonnes de matériau sont inclinées selon un angle dépendant de l’angle α est réalisée par la rotation de la pièce sphérique 22a sous le masque et la pulvérisation de matière sur la zone non masquée 26 sous la lumière 23a.In this embodiment, the mask is always fixed and the part 22a is rotated around the third axis Z perpendicular to the first axis angle dependent on the angle α is produced by the rotation of the spherical part 22a under the mask and the spraying of material on the unmasked zone 26 under the light 23a.
Les figures 5A et 5B correspondent à un mode de réalisation pour lequel la pièce 22b à recouvrir est cylindrique (il s’agit d’un galet) et montée sur un support 24 pourvu d’un axe de rotation A selon un axe Z perpendiculaire à un axe Y normal à la cible 20 et pour lequel le revêtement doit être déposé sur la paroi externe cylindrique de la pièce.Figures 5A and 5B correspond to an embodiment for which the part 22b to be covered is cylindrical (it is a roller) and mounted on a support 24 provided with an axis of rotation A along an axis Z perpendicular to a Y axis normal to target 20 and for which the coating must be deposited on the cylindrical external wall of the part.
Dans ce mode de réalisation, le masque 21b est sous la forme d’un anneau cylindrique fixe par rapport à la cible 20, entourant ladite paroi externe et pourvu d’une lumière 23b sous la forme d’une fente parallèle à l’axe de rotation Z.In this embodiment, the mask 21b is in the form of a cylindrical ring fixed relative to the target 20, surrounding said external wall and provided with a slot 23b in the form of a slot parallel to the axis of Z rotation.
Dans ce mode de réalisation, l’inclinaison selon l’angle θ des colonnes est obtenue par un décalage angulaire α entre la position de la fenêtre (position angulaire autour de l’axe Z), et l’axe Y perpendiculaire à la cible 20.In this embodiment, the inclination according to the angle θ of the columns is obtained by an angular offset α between the position of the window (angular position around the Z axis), and the Y axis perpendicular to the target 20 .
Dans l’exemple de la
Le masque est avantageusement réalisé en acier ce qui en fait un masque Léger, facile à mettre en œuvre, pouvant être sablé pour le nettoyage et peu coûteux.The mask is advantageously made of steel which makes it a lightweight mask, easy to use, can be sanded for cleaning and inexpensive.
Les pièces à recouvrir peuvent être des pièces métalliques, céramiques ou polymères comme les plastiques.The parts to be covered can be metal, ceramic or polymer parts such as plastics.
Claims (11)
- - une pose de ladite pièce à revêtir, montée mobile par rapport au support, derrière le masque par rapport à la cible, avec la lumière (23) du masque située en regard d’une zone de la surface de la pièce (22) à revêtir,
- - une mise en rotation de la pièce derrière ledit masque selon un mouvement de la pièce derrière la lumière adapté à faire défiler progressivement derrière la lumière ladite zone de la surface de la pièce à revêtir,
- - une pulvérisation de matériau de revêtement en direction de la lumière et de ladite zone en sorte de réaliser sur la pièce une zone revêtue d’un dépôt colonnaire dudit matériau.
- - a placement of said part to be coated, mounted movably relative to the support, behind the mask relative to the target, with the light (23) of the mask located facing an area of the surface of the part (22) to put on,
- - rotating the part behind said mask according to a movement of the part behind the light adapted to gradually cause said area of the surface of the part to be coated to pass behind the light,
- - a spraying of coating material in the direction of the light and of said zone so as to produce on the part a zone coated with a columnar deposit of said material.
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- 2022-10-12 FR FR2210459A patent/FR3140888A1/en active Pending
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