Procedimiento para la texturación de revestimientos tipo DLC, y revestimientos tipo DLC texturados de esta forma.
Procedimiento de texturación de un revestimiento DLC que consiste en:
- depositar una monocapa de bolas o esferas sobre la superficie libre del revestimiento DLC,
- realizar un grabado en seco de revestimiento DLC por plasma de oxígeno,
- finalmente limpiar la superficie de dicho revestimiento por eliminación de las bolas o esferas.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2010/051144.
Solicitante: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES.
Nacionalidad solicitante: Francia.
Dirección: BATIMENT "LE PONANT D" 25, RUE LEBLANC 75015 PARIS FRANCIA.
Inventor/es: DUCROS,CEDRIC, SANCHETTE,FREDERIC, Gavillet,Jérôme, CHOUQUET,CAROLINE.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- C23C16/56 QUIMICA; METALURGIA. › C23 REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO QUIMICO DE LA SUPERFICIE; TRATAMIENTO DE DIFUSION DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL; MEDIOS PARA IMPEDIR LA CORROSION DE MATERIALES METALICOS, LAS INCRUSTACIONES, EN GENERAL. › C23C REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO DE MATERIALES METALICOS POR DIFUSION EN LA SUPERFICIE, POR CONVERSION QUIMICA O SUSTITUCION; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL (fabricación de productos revestidos de metal por extrusión B21C 23/22; revestimiento metálico por unión de objetos con capas preexistentes, ver las clases apropiadas, p. ej. B21D 39/00, B23K; metalización del vidrio C03C; metalización de piedras artificiales, cerámicas o piedras naturales C04B 41/00; esmaltado o vidriado de metales C23D; tratamiento de superficies metálicas o revestimiento de metales mediante electrolisis o electroforesis C25D; crecimiento de monocristales C30B; mediante metalización de textiles D06M 11/83; decoración de textiles por metalización localizada D06Q 1/04). › C23C 16/00 Revestimiento químico por descomposición de compuestos gaseosos, no quedando productos de reacción del material de la superficie en el revestimiento, es decir, procesos de deposición química en fase vapor (pulverización catódica reactiva o evaporación reactiva en vacío C23C 14/00). › Tratamiento posterior.
PDF original: ES-2436075_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Procedimiento para la texturación de revestimientos tipo DLC, y revestimientos tipo DLC texturados de esta forma.
SECTOR DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere en primer lugar a un procedimiento específico que permite modificar y en especial texturar un revestimiento superficial tipo, DLC, según el acrónimo inglés “Diamond Like Carbon” (Carbono Similar a Diamante) .
Estos revestimientos o películas son bien conocidos en la actualidad y de manera típica están constituidos por una película de carbono amorfo hidrogenado, cuyas características de elevada dureza, reducido coeficiente de rozamiento, adherencia, aislamiento eléctrico e inercia química se utilizan en especial para aplicaciones tribológicas
Con la expresión “tipo DLC”, se comprende en especial un material llamado carbono amorfo hidrogenado que se designa a-C:H; sabiendo que el DLC está bien definido en la literatura (J. Robertson, Materials Science y Engineering R (27) , 2002, 129-281.)
En la técnica anterior es conocido modificar por texturación la superficie de revestimientos de tipo DLC para influir sobre las características tribológicas (F.R. Marciano y otros, Surface & Coatings Technology 204, 2009, 64-68; N Yakamura y otros, Applied Surface Science 254, 2008, 2364-2368; U. Pettersson y otros, Tribology Letters 17 (3) , 2004, 553-559) .
A pesar de las cualidades de reducido coeficiente de rozamiento de los revestimientos DLC conocidos actualmente, se intenta optimizar estas características para aplicaciones específicas.
Este es el objetivo de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere a un procedimiento de texturación de revestimientos tipo DLC que consiste en:
- depositar una monocapa de bolas o esferas sobre la superficie libre o superficie superior del revestimiento DLC,
- realizar un grabado en seco de revestimiento DLC por plasma de oxígeno, -finalmente limpiar la superficie de dicho revestimiento por eliminación de las bolas o esferas.
En otros términos, la invención consiste en realizar una texturación de un revestimiento DLC por un procedimiento simple, limitándose a la puesta en práctica de tres etapas y prescindiendo de las técnicas clásicas de grabado de tipo litografía.
Procediendo de este modo, el procedimiento de la invención permite limitar las averías eventuales susceptibles de afectar al revestimiento DLC que son susceptibles de generar los procedimientos de grabado por ablación láser, por ejemplo, y asimismo una degradación de las propiedades de dicho revestimiento.
La invención esta especialmente bien adaptada para el tratamiento superficial de revestimientos DLC de piezas mecánicas de motores que presenta relieves, es decir que no son planas, en particular, las que tienen geometría 3D.
Según la invención, se comprende por DLC un material de carbono amorfo hidrogenado designado a-C:H.
Según la invención, el depósito monocapa de bolas o esferas se puede realizar por la técnica llamada de ”Langmuir-Blodgett”. Esta técnica que en la actualidad es bien conocida, permite la transferencia de una monocapa de nano o micro partículas de un baño líquido hacia la superficie de un sustrato.
Procediendo de este modo, es posible, con esta técnica, depositar bolas o esferas de naturaleza diferentes, especialmente realizadas en silicio o en polímeros, en especial de tipo látex o poliestireno, siendo susceptibles dichas bolas o esferas de presentar un diámetro comprendido entre 100 nanómetros y más de 10 micras.
Esta técnica es conocida para permitir la obtención de monocapas de bolas o esferas uniformes, con una proporción de ordenación elevada.
De manera alternativa, el depósito de la monocapa de bolas o esferas puede ser realizado por la tecnología llamada ”dip coating” (recubrimiento por inmersión) igualmente conocida con el nombre “trempage/retrait” (humedecimiento/retirada) . Esta tecnología será preferente cuando se desee texturar superficies importantes o de geometrías tridimensionales Además, el baño líquido puede contener, aparte del disolvente de dispersión de las bolas o esferas un tensoactivo, por ejemplo, el tritón X-100®.
Según la invención, el grabado en seco del revestimiento DLC es realizado por química selectiva, en especial bajo plasma de oxígeno que permite un ataque preferente de revestimiento DLC en lugar y en sustitución del material constitutivo de las bolas o esferas, típicamente sílice. De manera alternativa, las bolas pueden estar compuestas de polímero de tipo Látex o poliestireno.
Según la invención, la limpieza de la superficie del revestimiento DLC después de grabado, se puede realizar en un baño de etanol que permite eliminar dichas bolas o esferas. Por eliminación se comprende la retirada de las bolas de la superficie.
En razón del tratamiento realizado, la texturación realizada en la superficie del revestimiento DLC se caracteriza por la presencia de aberturas o de cavidades de dimensiones variables, estando condicionada la dimensión de dichas cavidades por la dimensión de las bolas utilizadas. Eventualmente, las cavidades pueden estar comunicadas entre sí.
Según la invención, esta proporción de aberturas, es decir, el número de aberturas por unidad de superficie, se puede aumentar realizando una capa intermedia de grabado bajo plasma SF6+CHF3, previamente al grabado bajo plasma de oxígeno.
La invención se refiere igualmente a las piezas mecánicas de desgaste o de rozamiento que presenta un revestimiento de superficie de tipo DLC, texturado según el procedimiento de la invención.
De este modo, el revestimiento de estas piezas mecánicas puede presentar una relación aberturas, es decir, el número de aberturas o de cavidades por unidad de superficie de dicho revestimiento, superior al 10%.
Además, al menos una parte de las aberturas o cavidades presentes en la superficie de revestimiento tipo DLC se encuentran en comunicación, de manera que favorezcan la circulación de un lubrificante.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La forma en la que la invención puede ser realizada y las ventajas que se deducen resultaran mejor con el ejemplo de realización siguiente que se facilita a título indicativo y no limitativo, con el soporte de las figuras adjuntas entre las cuales:
La figura 1 es una representación esquemática en vista lateral de un sustrato dotado de un revestimiento DLC y de la monocapa de bolas o esferas, de acuerdo con el procedimiento de la invención.
La figura 2 es una vista análoga a la figura 1 obtenida consecutivamente de la etapa de grabado.
La figura 3 es una vista de la superficie de revestimiento después de limpieza, es decir, después de retirar la capa de bolas o esferas de las que la figura 4 es una vista superior.
Las figuras 5 y 6 son gráficos que muestran la variación del coeficiente de rozamiento en función de la distancia recorrida por una bola de acero en el seno de un dispositivo tribométrico del tipo “ball-on-disck” (“bola sobre disco”) , respectivamente para un revestimiento DLC no texturado y para un revestimiento texturado de acuerdo con la invención
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Según la invención, la primera etapa del procedimiento consiste en depositar una monocapa (4) de bolas o esferas en la superficie de un revestimiento DLC (1) . Esta es depositada de manera clásica sobre un sustrato (3) , previamente revestido de una capa de fijación (2) que puede ser, por ejemplo, un carburo de silicio hidrogenado.
A estos efectos, se puede utilizar un equipo de la sociedad NANOMETRIX adaptado a la técnica “Langmuir-Blodgett”.
Se ha utilizado a estos efectos bolas realizadas en sílice que presentan un diámetro de una micra con un dispersión aproximada de 10%, siendo puestas dichas bolas en solución en un disolvente ventajosamente constituido por butanol.
De manera alternativa, se puede utilizar una mezcla de agua y de etanol. La condición requerida es la de disponer de una humectabilidad suficiente del DLC por el disolvente que contiene las bolas.
La solución utilizada presenta una concentración en bolas del orden de 37, 5 g/l. Esta concentración debe estar comprendida, en general, entre 30 y 50 g/l.
Una vez efectuado el depósito de bolas, la evaporación del disolvente mediante aire permite fijar la estructura autoordenada de las bolas en la superficie del revestimiento.
Se procede, a continuación, a una segunda etapa del procedimiento de la invención, que se refiere al grabado... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Procedimiento de texturación de un revestimiento DLC que consiste en:
- depositar una monocapa de bolas o esferas sobre la superficie libre del revestimiento DLC, 5 -realizar un grabado en seco de revestimiento DLC por plasma de oxígeno,
-finalmente limpiar la superficie de dicho revestimiento por eliminación de las bolas o esferas.
2. Procedimiento de texturación de un revestimiento DLC, según la reivindicación 1, caracterizado porque el depósito de la monocapa de bolas o esferas es realizado por la técnica de “Langmuir-Blodgett”. 10
3. Procedimiento de texturación de un revestimiento DLC, según la reivindicación 1, caracterizado porque el depósito de la monocapa de bolas o esferas es realizado por la tecnología de “dip coating” (recubrimiento por inmersión) o “termpage/retrait” (humedecimiento/retirada) .
4. Procedimiento de texturación de un revestimiento DLC, según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque previamente al grabado en seco del revestimiento DLC se realiza un grabado controlado de las bolas o esferas, por química selectiva, especialmente bajo plasma SF6+CHF3.
5. Procedimiento de texturación de un revestimiento DLC, según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la limpieza de la superficie del revestimiento DLC, después de grabado, es realizada por humedecimiento en un baño de etanol, que permite eliminar dichas bolas o esferas.
6. Procedimiento de texturación de un revestimiento DLC, según la reivindicación 5, caracterizado porque el baño de etanol es sometido, además, a ultrasonidos. 25
7. Procedimiento de texturación de un revestimiento DLC, según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las bolas o esferas son realizadas en sílice o en polímeros especialmente de tipo Látex o poliestireno.
8. Procedimiento de texturación de un revestimiento DLC, según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado 30 porque el diámetro de las bolas o esferas está comprendido entre 100 nanómetros y 10 micras.
9. Utilización del procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, para la realización de piezas mecánicas sometidas a desgaste o rozamiento por fricción.
10. Pieza mecánica de desgaste o de rozamiento que presenta un revestimiento superficial de tipo DLC texturado, según el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que presenta cavidades a causa de la texturación, cuyo volumen V viene determinado por la relación siguiente:
expresión en la que:
-r indica el radio de una bola o esfera,
-y d es la profundidad de la cavidad.
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