Revêtement ta-C diamond-like carbon (DLC) ta-C DLC : une réussite technique

Auteur / Rédacteur: Source : Argor-Aljba SA / Marina Hofstetter

Les réglementations environnementales et les secteur du médical et du luxe posent des défis techniques dans le traitement des matériaux et dans le revêtement esthétique et fonctionnel des composants finis, que les derniers revêtements ta-C DLC, produits avec la technologie brevetée dropless, ont efficacement résolus.

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Les revêtements DLC sont souvent utilisés à des fins fonctionnelles et/ou esthétiques pour les boîtiers et composants de montres de luxe.
Les revêtements DLC sont souvent utilisés à des fins fonctionnelles et/ou esthétiques pour les boîtiers et composants de montres de luxe.
(Source : Argor-Aljba SA)

L'histoire du diamond-like carbon (DLC) commence au début des années 1970 lorsque le premier rapport sur le diamond-like carbon a été publié. Il a été utilisé à des fins industrielles pour revêtir des composants automobiles, tels que les systèmes d'injection diesel haute pression et les composants du groupe motopropulseur. Aujourd'hui, la famille des revêtements DLC est assez grande et diversifiée, avec des caractéristiques spécifiques étudiées pour répondre aux attentes des clients dans divers segments.

Les revêtements sont généralement classés selon le rapport des liaisons sp3 à sp2 et la teneur en hydrogène. Lorsque le carbone est lié par sp3, il formera du diamant; les liaisons sp2 conduiront au graphite. Avec une augmentation du rapport des liaisons sp3 à sp2, la dureté du revêtement augmentera typiquement.

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ta-C DLC est un revêtement de carbone sans hydrogène avec un rapport sp3/sp2 élevé. Par rapport aux autres revêtements DLC, les films ta-C présentent une dureté et une résistance à la température plus élevées. Encore une fois, la première application du revêtement a eu lieu dans l'industrie automobile : il a été déposé sur des poussoirs (poussoirs de soupape), où il est encore utilisé aujourd'hui.

La réduction du coefficient de frottement est une des finalités du revêtement ; cela conduit à diminuer la consommation d'énergie et à réduire les émissions de CO2. Les revêtements ta-C sont utilisés sur des outils pour usiner des matériaux non ferreux et sur des outils de formage. En outre, ils sont utilisés dans d'autres domaines, tels que les lunettes, la construction mécanique, la technologie médicale ou les boîtiers d'appareils photo et de smartphones. De plus, les revêtements DLC sont souvent utilisés à des fins fonctionnelles / esthétiques pour les boîtiers et composants de montres dans le secteur de la montre de luxe.

Un revêtement pour les outils de coupe

Lors de la coupe de matériaux non ferreux, les mécanismes d'usure de l'outil sont différents de ceux de la coupe d'acier. L'un des principaux défis est de garder le bord tranchant et de réduire le matériau accumulé sur l’arête de coupe ; il est donc important de garder l'épaisseur du revêtement aussi mince que possible. Ces facteurs contribuent à l'avantage de déposer des revêtements ta-C sur des outils de coupe spécifiquement pour l'usinage des métaux non ferreux et des plastiques.

Les revêtements ta-C contribuent à réduire l'adhérence de l'aluminium au tranchant. Compte tenu de la dureté élevée du revêtement, une épaisseur de revêtement inférieure à 1 μm (normalement, elle est comprise entre 0,3 et 0,8 μm) est généralement suffisante sur les outils de coupe tels que les forets, les fraises en bout, les alésoirs, les plaquettes de fraisage. Des tests ont également été effectués dans l'industrie aérospatiale (perçage d'un matériau sandwich en titane et CFRP) et les résultats ont montré que les revêtements ta-C pouvaient prolonger la durée de vie de l'outil et améliorer considérablement la qualité du trou par rapport à un outil sans revêtement ta-C. Comme le ta-C a une température de fonctionnement maximale d'environ 500 °C, des applications de liquide de refroidissement sont nécessaires dans ces cas.

Le dépôt de revêtements durs ta-C a traditionnellement été effectué avec la technologie d'évaporation à l'arc cathodique. Une décharge d'arc est générée sur des cathodes à arc circulaire équipées de cibles en graphite. En raison de la température extrêmement élevée dans le point d'arc et du courant d'électrons émis par ce point, les atomes de carbone évaporés sont ionisés positivement. Les ions de carbone bombardent les composants sur lesquels il a été appliqué une tension négative. Ce procédé permet d'obtenir un revêtement ta-C avec une dureté supérieure à 5000 HV.

L'évaporation de l'arc a comme effet négatif la génération de macro-particules, ou gouttelettes, et, par conséquent, un revêtement rugueux. Pour la plupart des applications de fraisage et de perçage, une surface rugueuse ne nuit pas aux performances de coupe ; mais dans certaines applications, la surface de l'outil doit être lisse pour améliorer les performances de coupe. Le post-traitement par des technologies de polissage spéciales ne peut pas toujours être effectué par exemple sur des micro-outils ou des outils de formes spéciales.

Réduction des macro-particules

Depuis de nombreuses années, la solution pour réduire les macro-particules a été l'évaporation à l'arc filtré. Un filtre magnétique est utilisé pour diriger les ions de carbone vers le composant, tandis que les macro-particules de carbone neutres ne sont pas dirigées. La cathode est placée à moins de 90° de la chambre. Les particules se déplaceront tout droit et bombarderont le conduit incurvé. Un champ magnétique est appliqué pour diriger les ions à travers la courbe et atteindre la chambre. Les inconvénients de cette solution sont une vitesse de dépôt relativement lente et une zone de dépôt réduite, ainsi qu'un coût d'équipement élevé pour un seul objectif. De plus, certaines macro-particules vont dévier dans le conduit et atteindre encore les substrats.

La technologie d'évaporation à l'arc filtré a été améliorée avec la technologie brevetée dropless où un champ électrique, également appelé champ de décélération ou de déviation, appliqué le long du trajet des macro-particules de la source au substrat à revêtir, repousse ou dévie électrostatiquement les macro-particules chargées. Le résultat est une surface lisse et très dure (jusqu'à 7000 HV) avec une adhérence supérieure et un film de revêtement dense.

Avec la technologie dropless, il est possible de déposer des revêtements ta-C sur de très petits outils jusqu'à un diamètre de 0,01 mm. Cela ouvre un large éventail de nouvelles possibilités technologiques pour le revêtement de micro-outils pour l'usinage d'autres matériaux que les non-ferreux.

MSM

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