Les mécanismes chimiques

Ces mécanismes rendent possible la formation de liaisons covalentes (les plus efficaces), ou bien de liaisons ioniques ou acido-basiques entre la surface du polymère et la métallisation. Ils peuvent aussi contribuer à un meilleur ancrage mécanique. L’un des plus utilisé est à base d’acide chromique. Ces bains de décapage acide permettent une oxydation chimique des polymères et provoquent des modifications de la surface. Ils améliorent nettement l’adhésivité par introduction d’espèces réactives C=O ou C-OH. Ils impliquent une augmentation de la rugosité et favorisent l’ancrage mécanique. Cependant, l’utilisation de ces traitements est de plus en plus contraignante étant donné le retraitement impératif des effluents et le stockage des déchets. On notera également que ces traitements ne peuvent pas être utilisés dans le cas de polymères renforcés en fibres de verre ou de carbone. Ceux-ci demandent en effet des traitements plus poussés qui entraineraient une dégradation de la matrice du matériau. Ce type de traitement comporte généralement plusieurs étapes, au minimum trois, ce qui augmente le temps d’intervention global (Mallory et al. 1990),

(Paunovic et al. 1998), (Poncin Epaillard et al. 2008). Si le rinçage intervenant après les étapes de traitement n’est pas correctement effectué, il se peut que la métallisation soit entièrement inhibée.

80 1.1.4 Les traitements par « voie sèche »

Plusieurs techniques basées sur le bombardement d’espèces de différentes sortes existent et sont référencées dans la littérature sous l’appellation «traitements par voie sèche». Celles-ci englobent les traitements par bombardement ionique, électronique, photonique mais aussi les traitements physico-chimiques par plasma ou par flamme. Nous décrivons ci-dessous les techniques les plus répandues.

 L’oxydation par flamme : la surface du polymère est exposée à une flamme pendant des temps très courts, variant en fonction de la distance entre la source de chaleur et le substrat. La température élevée de la flamme, supérieure à 1000°C, entraine une oxydation thermique de la surface, ce qui a pour effet d’augmenter l’énergie de surface et de favoriser l’adhérence au substrat. Ce type de technique ne convient pas pour des épaisseurs de polymères faibles puisque l’oxydation peut se produire sur des épaisseurs de plusieurs millimètres, la diffusion des espèces oxydées modifiant et restructurant complètement la surface. Cette technique, souvent utilisée pour traiter des pièces de géométrie simple et de grande envergure, présente une faible reproductibilité (Montfort 2005).

 Les lasers UV nanoseconde : les densités d’énergie accessibles avec ces techniques étant beaucoup plus importantes que dans le cas d’une simple irradiation UV, l’efficacité s’en trouve nettement améliorée. Mais ce traitement reste très localisé et l’utilisation de robot ou de banc automatisé reste indispensable pour traiter des géométries complexes et/ou des surfaces importantes. Cependant, cette technique offre la possibilité d’avoir un traitement très sélectif. Le choix du laser dépend évidemment du type de polymère utilisé, les coefficients d’absorption variant en fonction des matériaux pour les différentes longueurs d’ondes existantes dans cette gamme d’énergie. Les effets thermiques ne sont parfois pas négligeables et doivent être contrôlés.

 L’implantation ionique : aussi appelée PVD (Physical Vapor Deposition), c’est une technique par laquelle il est possible d’incorporer des ions à la surface des polymères. L’effet obtenu dépend des doses utilisées. Cela permet de jouer sur les propriétés

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physiques et chimiques des matériaux. Ce type de traitement reste également très localisé

(Sfv 2008), (Montfort 2005).

 Les méthodes plasmas froids : elles permettent de modifier uniquement l’extrême surface du matériau, sur quelques couches atomiques. Obtenu sous un vide partiel par ionisation d’un gaz, le plasma est composé de photons, d’ions, d’électrons, d’espèces neutres et d’atomes de très forte réactivité. Les substrats traités peuvent être de géométrie complexe et de surface importante. Ceux-ci sont placés dans un réacteur dans lequel la décharge est amorcée. Ces traitements présentent une très bonne efficacité, les substrats bénéficiant aussi bien du bombardement ionique direct que de la diffusion des ions dans les cavités. Le traitement plasma permet aussi le nettoyage de la surface par sa dégradation. Si le gaz utilisé est de l’azote, les atomes réagiront avec la surface du matériau pour créer des sites actifs. La surface est également modifiée par la formation de radicaux libres et de liaisons doubles et par la réticulation des chaînes de polymères qui augmente l’énergie de surface. La durée d’exposition ainsi que les paramètres de la décharge varient en fonction du gaz utilisé et toute la difficulté consiste à paramétrer correctement le réacteur afin d’arriver aux résultats souhaités (Charbonnier et al. 2003), (Alami et al. 1996), (Charbonnier et al. 2001), (Poncin Epaillard et al. 2008), (Montfort 2005).

Le tableau IV.1 ci-dessous synthétise les atouts et les inconvénients des différentes solutions pour le nettoyage et l’activation des pièces.

Traitement de surface

 Ancrage mécanique Incompatible avec des pièces présentant une géométrie complexe ou de petites ouvertures

 Mécanismes chimiques Utilisation des produits contraignante. Comporte au moins 3 étapes qui allongent le temps de traitement global.

 Voie sèche

- Flamme ^{Ne convient pas pour des pièces de faibles épaisseurs, ni} pour des pièces aux formes complexes

- Laser ^{Le traitement sélectif ne convient pas pour des pièces ayant} une surface importante

- Implantation ionique Le traitement est trop localisé

- Plasmas froids ^{Permet une modification très efficace de la surface, le} nettoyage des pièces, l’azote permet de créer des sites actifs

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1.2 La métallisation

Une fois la surface préparée, la métallisation consiste à apporter un métal au substrat. Il existe différentes méthodes permettant de réaliser la déposition. Le métal peut être apporté sous une phase solide, liquide ou gazeuse. A chacun de ces états correspond un type de métallisation particulier comportant des avantages et des inconvénients.