Les technologies plasmas et lasers apportent des solutions toujours plus innovantes et compétitives pour répondre efficacement aux problèmes des entreprises et en particulier les PME/PMI qui sont aujourd’hui en pleine évolution.

Les technologies de traitement de surfaces par les plasmas et les lasers offrent la possibilité de réaliser des revêtements avec une très large variété de matériaux (polymères, métaux et céramiques). Ces technologies innovantes sont respectueuses de l’environnement et permettent de réaliser des revêtements industriels de haute qualité.
La voie sèche, permet de répondre à de nombreuses applications du fait de l’amélioration des propriétés mécaniques, tribologiques, thermiques, électriques, esthétiques,…

Principales techniques de traitement de surface par voie sèche

1- Procédés de projection thermique

La projection thermique est un procédé qui consiste à utiliser l’énergie cinétique et thermique d’une torche de projection pour former des dépôts sur un substrat. Les procédés de projections thermiques peuvent être divisés en trois grandes catégories selon le type d’énergie qu’ils utilisent:

• Énergie calorifique : technique où les matériaux à projeter sont fondus en les introduisant, sous forme de poudre ou de fil, dans une flamme (HVOF, flamme, canon à détonation).

• Énergie électrique : un arc électrique sert soit, à exciter ou à ioniser un gaz pour créer un plasma thermique (haute densité énergétique), soit à fondre directement le matériau à projeter (arc fil).

• Énergie cinétique : elle permet la déformation plastique des particules lors de l’impact et la création de liaisons entres elles (cold spray).

2- Procédé de dépôts en phase vapeur

Les procédés en phase vapeur sous-vide, offrent la possibilité de réaliser des revêtements avec une très large variété de matériaux (polymères, métaux et céramiques). Ces technologies innovantes sont respectueuses de l’environnement et elles permettent de réaliser des couches minces nano-structurées (0,1 à quelques dizaines de micromètres) présentant une qualité nettement supérieure aux dépôts réalisés en voie humide. Les procédés en phase vapeur permettent de répondre à de nombreuses applications du fait de l’amélioration des propriétés mécaniques, thermiques, électriques, esthétiques,…des couches. Les dépôts sont réalisés dans une enceinte sous-vide plus ou moins poussé (<10^-2 mbar) en présence d’un plasma froid ; la matière à déposer est transférée à l’état gazeux vers le substrat à revêtir.

Il existe deux grandes familles de techniques de déposition sous-vide :

• PVD/IPVD (Ionized Physical Vapor Deposition), dépôt physique en phase vapeur : Cette technique utilise un mode de production de la vapeur à partir d’une cible solide (arrachement de la matière, vaporisation thermique).

• CVD (Chemical Vapor Deposition), dépôt chimique en phase vapeur : Cette technique utilise directement des précurseurs sous forme gazeux qui réagissent ensuite (décomposition et réactions chimiques) pour former un dépôt à la surface du substrat.

 Image d'un réacteur de dépôt physique en phase vapeur

3- Modification de la surface par plasma

Les étapes de préparation de surfaces sont souvent indissociables de la phase de dépôt, puisque la qualité d’un revêtement dépend de la qualité de l’interface substrat/dépôt. Le traitement des surfaces peut aussi intervenir pour améliorer la qualité d’une surface sans pour autant la revêtir. Afin de traiter des surfaces fragiles, les torches à pression atmosphérique par plasma froid et la décharge à barrière diélectrique (DBD) permettent de répondre à de nombreux problèmes de surfaces. Ces torches produisent un gaz ionisé froid (plasma inférieur à 200°C) qui entraîne une faible élévation de température du substrat (quelques dizaines de degrés). Le traitement par un gaz ionisé à forte énergie permet suivant les conditions d’apporter :

• Une meilleur adhésion des supports : En effet au passage du plasma il y a une rupture des chaînes moléculaires en surface et de nouvelles liaisons chimiques sont crées en surface. L’énergie de surface qui joue sur l’adhésion est donc modifiée. Il est donc possible de modifier l’adhérence d’une surface en fonction du traitement.

• Le nettoyage/dégraissage des surfaces : cela permet d’éliminer de la surface de l’échantillon, les contaminants de diverse nature : huile, poussières, agents chimiques ou biologiques. Dans ce cas, la durée du traitement et la composition du plasma (air, O2, N2, He,…) sont des paramètres essentiels.

• L’activation de surfaces : cela consiste à greffer des fonctions chimiques (espèces actives du plasma) à la surface du matériau. On obtient alors des propriétés de surfaces hydrophobes, hydrophiles, d’ignifugation, de stérilisation,…

4- Procédés Laser

Les traitements de surface par laser ont un champ d'applications très vaste. La diversité des lasers aujourd’hui disponibles permet d'adapter les procédés laser aux propriétés requises pour les matériaux. Les traitements par laser peuvent être utilisés pour plusieurs applications :

• Brasage
• Marquage, gravure
• Nettoyage, préparation surfaces
• Rechargement / Alliage de surface
• Dursissement/refusion
Les procédés Lasers présentent aussi des avantages dans d’autres domaines technologiques :

• Découpe
• Soudage métallique / plastique
• Soudo-brasage
• Usinage assisté laser
• Usinage de précision