Dépôt des couches minces DLC 57

L’utilisation des dépôts sous vide à l’intérieur de ce projet est requis, afin d’améliorer le comportement tribologique des tiges d’aluminium. Un projet de recherche a été mis sur pied afin de mettre en forme un revêtement DLC sur un substrat d’aluminium. Traditionnellement, le DLC est utilisé sur un substrat d’acier. Les grandes lignes de ce projet sont relevées dans cette section, cependant les ajustements des paramètres d’opération ne seront pas dévoilés afin de préserver le secret industriel. Des ajustements sont requis afin d’éviter le vieillissement de l’aluminium menant à la diminution de ses propriétés mécaniques. Voici donc les étapes de production du revêtement DLC sur tiges de vérin.

3.1.1 Dépôt des couches minces DLC sur les tiges de vérin

La première étape dans la séquence de mise en forme est le nettoyage des pièces. Les produits de nettoyage ont dû être adaptés afin d’éviter l’abrasion des tiges de vérin qui détériorait leur fini de surface. De plus, une sélection des produits nettoyants a été effectuée afin d’éviter l’interaction chimique avec l’aluminium risquant de modifier la nature de sa surface. Le nettoyage est une étape critique du procédé car un mauvais nettoyage mène à un manque d’adhérence du dépôt. En effet, la présence de contamination nuit à la préparation de la surface ultérieure en réduisant l’adhérence du dépôt.

Suite au nettoyage des pièces, ces dernières sont installées sur leur montage respectif afin d’être introduites à l’intérieur de la chambre à vide (voir figure 3.1 illustrant l’enceinte de l’équipement). Suite à l’introduction des pièces à l’intérieur de l’enceinte, la chambre est pompée afin d’obtenir un certain niveau de vide. Durant l’ensemble des étapes, le système de pompage est en marche afin de préserver ce niveau de vide. Par la suite, un système de chauffage est activé afin d’effectuer le dégazage à l’intérieur de l’enceinte. La puissance de cannes chauffantes est sélectionnée avec rigueur dans le but d’éviter le vieillissement de l’aluminium. Le dégazage est essentiel afin d’éliminer l’eau et autres particules adsorbées au niveau des pièces et des parois de

plasma est formé à la surface des pièces suite à la polarisation de ces dernières. La figure 3.1 présente la géométrie des pièces, du plasma et des équipements essentiels à la déposition sous vide. Sur cette figure, le plasma est représenté en bleu et est présent à la surface de chacune des pièces polarisées.

Une phase intermédiaire est insérée avant la déposition du DLC. Il s’agit de la déposition d’une sous- couche de chrome. Cette étape est insérée afin d’améliorer l’adhérence du DLC au substrat lorsque des performances élevées sont requises. La déposition de la couche mince de chrome s’effectue par dépôt physique en phase vapeur PVD. Une cathode de chrome est pulvérisée à l’aide d’un plasma d’argon formé à la surface de la cible de chrome. Les atomes de chrome décrochés sont dirigés vers les pièces pour effectuer la croissance d’une couche mince de chrome. L’épaisseur de ce type de sous-couche est de l’ordre du micron.

Enfin, la déposition du DLC peut débuter après l’exécution de l’ensemble de ces étapes. La couche mince DLC est mise en forme par dépôt chimique en phase vapeur assistée par un plasma PECVD. Au début du dépôt, la couche mince de DLC est dopée au silicium afin de promouvoir l’adhérence. Le dopage est possible grâce à l’utilisation d’un précurseur gazeux riche en silicium et en carbone. Ce gaz forme le plasma et est à l’origine de la croissance du film. Après le dépôt du DLC dopé, d’une épaisseur sous les micros, le DLC est mis en forme. Le gaz utilisé lors de cette phase est l’acétylène. L’acétylène produit des radicaux à l’intérieur du plasma, ceux-ci servent d’éléments d’apport à la croissance. Durant les dépôts du DLC dopés et du DLC, de l’argon est également ajouté au gaz intrant. Le rôle joué par l’argon est d’assurer la compaction de la couche mince de carbone.

L’équipement utilisé afin de produire ces dépôts est commercialisé par HEF. Le nom commercial de cet équipement est la TSD 550. Cet équipement s’inscrit à l’intérieur d’une série d’équipements caractérisés par des dimensions d’enceintes croissantes. Une des caractéristiques de l’équipement est que la polarisation des pièces est soutenue par une tension continue DC. L’utilisation d’une tension DC facilite les ajustements « machine » lors de la mise sous tension. Un désavantage de cette technologie est qu’il est uniquement possible de traiter des pièces conduisant l’électricité. Ceci limite la déposition à des pièces métalliques. Il est cependant possible d’effectuer un dépôt DLC sur des pièces non conductrices en changeant le type de polarisation.

Figure 3.1 : TSD 550 a) photo de l’enceinte b) schéma du système de dépôt sous vide

3.1.2 Dépôt des couches minces DLC sur des joints d’étanchéité

HEF a développé une série d’équipements permettant le dépôt sur des pièces non conductrices. Grâce à un équipement localisé chez HEF France, un revêtement DLC peut être mis en forme sur des joints d’étanchéité. La modification majeure apportée aux équipements est située au niveau du système d’alimentation électrique. En effet, la tension appliquée aux pièces est de type

d’acétylène est craquée au niveau des crayons et ainsi elle produit la source de carbone nécessaire à la croissance de la couche mince. La déposition MW-RF-PECVD est à l’étude afin d’obtenir de l’information sur ce type de procédé relativement nouveau. Mentionnons également qu’aucune sous-couche de chrome n’est utilisée lors de dépôt contre des substrats de polymère, car ces derniers offrent une chimie favorable à l’adhérence du carbone. D’autres ajustements des paramètres d’opération sont requis afin de respecter la température maximale des polymères.

3.2 Caractérisation physique et mécanique des revêtements