BE1031682A1 - UNIFORM COATING OF A HOLLOW OBJECT AND METHOD FOR SAME - Google Patents
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Abstract
La courante invention porte sur une méthode de revêtement DPV d’une surface interne d’un objet creux, dans laquelle la surface interne de l’objet creux définit un volume interne, la méthode comprenant les étapes de : fourniture d’une électrode cylindrique ayant une surface externe radiale, ladite électrode cylindrique comprenant un matériau cible, dans laquelle ladite surface externe radiale comprend ledit matériau cible, à l’intérieur du volume interne de l’objet creux, de préférence coaxialement positionnée pour un revêtement uniforme, dans laquelle ladite électrode cylindrique et ladite surface interne de l’objet creux sont séparées d’une distance moyenne De,s d’au moins 0,5 mm et d’au plus 20 mm ; et la génération d’un champ électrique entre l’électrode cylindrique et la surface interne de l’objet creux, dans laquelle un produit d’une pression de travail et de la distance moyenne De,s se trouve entre 0,01 Torr.cm et 10 Torr.cm.The current invention relates to a method of DPV coating an internal surface of a hollow object, wherein the internal surface of the hollow object defines an internal volume, the method comprising the steps of: providing a cylindrical electrode having a radial external surface, said cylindrical electrode comprising a target material, wherein said radial external surface comprises said target material, within the internal volume of the hollow object, preferably coaxially positioned for uniform coating, wherein said cylindrical electrode and said internal surface of the hollow object are separated by an average distance De,s of at least 0.5 mm and at most 20 mm; and generating an electric field between the cylindrical electrode and the internal surface of the hollow object, wherein a product of a working pressure and the average distance De,s is between 0.01 Torr.cm and 10 Torr.cm.
Description
1 | BE2023/54681 | BE2023/5468
REVETEMENT UNIFORME D’UN OBJET CREUX ET METHODE POURUNIFORM COATING OF A HOLLOW OBJECT AND METHOD FOR
CELUI-CITHIS ONE
La présente invention porte sur une méthode de revêtement DPV d’une surface 5 interne d’un objet creux, en particulier d’un tube creux, en utilisant une électrode cylindrique.The present invention relates to a method of DPV coating an internal surface of a hollow object, particularly a hollow tube, using a cylindrical electrode.
Dans un deuxième aspect, la présente invention porte également sur un objet creux ayant une surface interne comprenant un revêtement DPV.In a second aspect, the present invention also relates to a hollow object having an internal surface comprising a DPV coating.
ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
Les objets creux, tels que les tuyaux, les boîtiers et les valves, sont souvent exposés à des conditions extrêmes, y compris des températures élevées, des contraintes mécaniques et une exposition à des substances chimiques. Pour prolonger la durée de vie de ces objets et améliorer leurs propriétés de surface, des revêtements sont couramment appliqués sur leurs surfaces internes. Toutefois, le revêtement des surfaces internes des objets creux peut être délicat en raison de facteurs tels que l'accessibilité, la géométrie.Hollow objects, such as pipes, casings, and valves, are often exposed to extreme conditions, including high temperatures, mechanical stress, and exposure to chemicals. To extend the service life of these objects and improve their surface properties, coatings are commonly applied to their internal surfaces. However, coating the internal surfaces of hollow objects can be challenging due to factors such as accessibility, geometry.
Diverses techniques ont été mises au point pour le revêtement de surfaces avec différents matériaux. Une méthode couramment utilisée pour revêtir les composants est le dépôt physique en phase vapeur (DPV), qui implique le dépôt de minces films de matériaux sur diverses surfaces. Les procédés DPV, tels que la pulvérisation,Various techniques have been developed for coating surfaces with different materials. A commonly used method for coating components is physical vapor deposition (PVD), which involves depositing thin films of materials on various surfaces. PVD processes, such as sputtering,
Vévaporation par arc cathodique, l'évaporation thermique ou l’évaporation par faisceau électronique, sont souvent réalisés dans des chambres à vide, où des substrats ou des pièces à travailler sont placés sur un porte-substrat et exposés à une source de revêtement. Toutefois, l'application de revêtements DPV sur les surfaces internes des objets creux peut être difficile étant donné que ces procédés sont basés sur une visibilité directe et ne sont pas aptes à déposer des revêtements à l’intérieur de cavités profondes.Cathodic arc evaporation, thermal evaporation or electron beam evaporation, are often performed in vacuum chambers, where substrates or workpieces are placed on a substrate holder and exposed to a coating source. However, applying DPV coatings to the internal surfaces of hollow objects can be difficult since these processes rely on line-of-sight and are not suitable for depositing coatings inside deep cavities.
Un exemple est connu dans le WO2022261684A1 et décrit un appareil et une méthode de revêtement ou de modification de la surface interne d'un article creux en utilisant une source de plasma ayant une forme allongée. La source de plasma inclut une cathode et une cible de source d'émission d'électrons thermioniques, connectées d'une manière électriquement conductrice. L'appareil a également un élément de masquage qui recouvre partiellement la surface externe de la cathode etAn example is known in WO2022261684A1 and describes an apparatus and method for coating or modifying the inner surface of a hollow article using a plasma source having an elongated shape. The plasma source includes a cathode and a thermionic electron emission source target, connected in an electrically conductive manner. The apparatus also has a masking element that partially covers the outer surface of the cathode and
2 BE2023/5468 de la cible pour empêcher la formation de plasma dans la zone masquée pendant l'opération. La cible a une zone de formation de plasma qui n’est pas couverte par l'élément de masquage. L'invention porte également sur une cible, l'agencement de appareil, une méthode et un article creux.2 BE2023/5468 of the target to prevent plasma formation in the masked area during operation. The target has a plasma formation area that is not covered by the masking element. Also provided are a target, apparatus arrangement, method and hollow article.
LUS8110043B2 décrit un appareil et une méthode d'application de revêtements sur les surfaces intérieures de composants, tels que des tuyaux ou des tubes, en utilisant une chambre à vide et une source de produit d'évaporation. Les courants de gaz porteur primaire dévient le flux de vapeur évaporée à partir d’une zone distale et externe au substrat dans la cavité intérieure, revêtant au moins une portion de l’intérieur de la section longitudinale du substrat. La méthode implique l’utilisation d’un faisceau énergétique et de courants de gaz porteur primaire pour diriger le flux de vapeur vers les surfaces intérieures pour le revêtement.LUS8110043B2 describes an apparatus and method for applying coatings to interior surfaces of components, such as pipes or tubes, using a vacuum chamber and a source of evaporant. Primary carrier gas streams divert the flow of evaporated vapor from a region distal and external to the substrate into the interior cavity, coating at least a portion of the interior of the longitudinal section of the substrate. The method involves using an energy beam and primary carrier gas streams to direct the vapor flow to the interior surfaces for coating.
Malgré les avancées des techniques de DPV, aucune des méthodes existantes ne remplit entièrement les exigences du secteur en termes de robustesse, température de procédé, polyvalence, propriétés de revêtement et dimensions des pièces à travailler. De plus, les risques pour la santé et l’environnement associés à certaines des techniques existantes peuvent limiter leur adéquation pour certaines applications.Despite advances in DPV techniques, none of the existing methods fully meet the industry’s requirements in terms of robustness, process temperature, versatility, coating properties and workpiece dimensions. In addition, health and environmental risks associated with some of the existing techniques may limit their suitability for certain applications.
La présente invention vise à résoudre au moins certains des problèmes et désavantages mentionnés ci-dessus. Le but de l'invention est de fournir une méthode qui élimine ces désavantages. La présente invention cible la résolution d'au moins l’un des désavantages mentionnés ci-dessus.The present invention aims to solve at least some of the problems and disadvantages mentioned above. The purpose of the invention is to provide a method that eliminates these disadvantages. The present invention targets the solution of at least one of the disadvantages mentioned above.
La présente invention et les modes de réalisation de celle-ci servent à fournir une solution à un ou plusieurs des désavantages mentionnés ci-dessus. À cette fin, la présente invention porte sur une méthode de revêtement DPV d’une surface interne d’un objet creux selon la revendication 1. Les modes de réalisation préférés de la méthode sont montrés dans l’une quelconque des revendications 2 à 12.The present invention and embodiments thereof serve to provide a solution to one or more of the above-mentioned disadvantages. To this end, the present invention provides a method of DPV coating an internal surface of a hollow object according to claim 1. Preferred embodiments of the method are shown in any one of claims 2 to 12.
La présente invention introduit une méthode de revêtement uniforme de la surface — intérieure d'objets creux, spécifiquement de tubes de petit diamètre, en utilisant unThe present invention introduces a method of uniformly coating the interior surface of hollow objects, specifically small diameter tubes, using a
DPV. Cette méthode offre des avantages distincts par rapport aux autres techniques de revêtement. L'un des avantages de cette méthode est l'aptitude à atteindre une épaisseur de revêtement uniforme à travers la surface interne entière de l’objetDPV. This method offers distinct advantages over other coating techniques. One advantage of this method is the ability to achieve a uniform coating thickness across the entire internal surface of the object.
3 BE2023/5468 creux. Par pulvérisation isotrope du matériau cible d’une manière radialement homogène, le revêtement présente une épaisseur et une qualité constante, assurant une performance fiable et constante dans diverses applications. De plus, cette méthode permet d'obtenir un contrôle précis de l'épaisseur du revêtement. En — sélectionnant soigneusement la pression de travail et la distance entre l’électrode et la surface interne, l'épaisseur du revêtement peut être contrôlée avec exactitude, le rendant idéal pour les applications où une épaisseur de revêtement précise est cruciale.3 BE2023/5468 hollow. By isotropically spraying the target material in a radially homogeneous manner, the coating has a consistent thickness and quality, ensuring reliable and consistent performance in various applications. In addition, this method allows for precise control of the coating thickness. By carefully selecting the working pressure and the distance between the electrode and the internal surface, the coating thickness can be accurately controlled, making it ideal for applications where precise coating thickness is crucial.
Un autre avantage important est que cette méthode est particulièrement bien adaptée au revêtement des tubes de petit diamètre. Le revêtement des tubes de petit diamètre en utilisant des méthodes conventionnelles peut être délicat, mais cette méthode surmonte ces limitations, la rendant hautement avantageuse pour les applications de tubulures de petit diamètre.Another important advantage is that this method is particularly well suited for coating small diameter tubes. Coating small diameter tubes using conventional methods can be tricky, but this method overcomes these limitations, making it highly advantageous for small diameter tubing applications.
En outre, cette méthode est apte à revêtir de longs objets creux. Ceci fait qu’elle est — appropriée pour revêtir des longueurs continues de tubulures ou autres longs objets creux, permettant d'obtenir une opération efficiente et continue dans diverses applications industrielles. De plus, la méthode offre une polyvalence dans la sélection des matériaux, puisqu’elle permet d'obtenir l’utilisation d’une variété de matériaux cibles. Ceci permet une personnalisation des revêtements ayant des caractéristiques spécifiques, telles qu’un faible frottement, une dureté élevée et une résistance aux contraintes mécaniques, thermiques et chimiques, la rendant adaptable à diverses applications.Furthermore, this method is suitable for coating long hollow objects. This makes it suitable for coating continuous lengths of tubing or other long hollow objects, enabling efficient and continuous operation in various industrial applications. In addition, the method offers versatility in material selection, as it enables the use of a variety of target materials. This allows for customization of coatings with specific characteristics, such as low friction, high hardness, and resistance to mechanical, thermal, and chemical stresses, making it adaptable to various applications.
De plus, la méthode peut accueillir de multiples sous-électrodes dans l’électrode cylindrique, permettant d'obtenir le dépôt de revêtements multicouche. Cette — capacité fournit une polyvalence supplémentaire dans l’élaboration de revêtements ayant des compositions ou des propriétés complexes, élargissant ses applications potentielles.In addition, the method can accommodate multiple sub-electrodes within the cylindrical electrode, enabling the deposition of multilayer coatings. This capability provides additional versatility in the development of coatings with complex compositions or properties, expanding its potential applications.
Enfin, la méthode peut être combinée à des étapes de prétraitement additionnelles pour améliorer davantage les propriétés du revêtement. Cette flexibilité permet — d'obtenir une personnalisation et une optimisation additionnelles des propriétés de revêtement pour des applications spécifiques, en faisant une méthode de revêtement polyvalente et adaptable.Finally, the method can be combined with additional pretreatment steps to further improve the coating properties. This flexibility allows for additional customization and optimization of coating properties for specific applications, making it a versatile and adaptable coating method.
La méthode permet ainsi d'obtenir le dépôt de revêtements ayant une épaisseur contrôlée, une excellente adhérence, et des caractéristiques spécifiques, telles qu’unThe method thus makes it possible to obtain the deposition of coatings with a controlled thickness, excellent adhesion, and specific characteristics, such as a
4 BE2023/5468 faible frottement, une dureté élevée, une résistance aux contraintes mécaniques et thermiques, et une résistance aux contraintes chimiques.4 BE2023/5468 low friction, high hardness, resistance to mechanical and thermal stresses, and resistance to chemical stresses.
Dans un deuxième aspect, la présente invention porte sur un objet creux ayant une surface interne comprenant un revêtement DPV selon la revendication 13. Un mode de réalisation préféré de la méthode est montré dans la revendication 14.In a second aspect, the present invention relates to a hollow object having an internal surface comprising a DPV coating according to claim 13. A preferred embodiment of the method is shown in claim 14.
Avoir un objet creux ayant une surface interne qui est revêtue d’un revêtement obtenu par dépôt physique en phase vapeur (DPV) peut offrir plusieurs avantages importants dans diverses applications. L’un des bénéfices clés est la performance améliorée que les revêtements DPV fournissent. Ces revêtements sont connus pour leurs propriétés mécaniques et physiques exceptionnelles, y compris une dureté élevée, un faible coefficient de frottement, une résistance à l’usure et une résistance à la corrosion. Lorsqu'ils sont appliqués sur la surface interne d’un objet creux, les revêtements DPV peuvent significativement améliorer sa performance et sa durabilité. Ceci est particulièrement bénéfique dans les secteurs tels que = l’automobile, l’aérospatial et l'énergie, où les composants sont souvent confrontés à des conditions difficiles telles que des températures élevées, une usure abrasive, ou une exposition à des substances chimiques. Le revêtement DPV agit comme une barrière de protection, prolongeant la durée de vie du composant et assurant sa performance optimale.Having a hollow object with an internal surface that is coated with a physical vapor deposition (PVD) coating can provide several important benefits in a variety of applications. One of the key benefits is the improved performance that PVD coatings provide. These coatings are known for their exceptional mechanical and physical properties, including high hardness, low friction, wear resistance, and corrosion resistance. When applied to the internal surface of a hollow object, PVD coatings can significantly improve its performance and durability. This is particularly beneficial in industries such as automotive, aerospace, and energy, where components often face harsh conditions such as high temperatures, abrasive wear, or exposure to chemicals. The PVD coating acts as a protective barrier, extending the life of the component and ensuring its optimal performance.
Le revêtement DPV peut être élaboré avec précision pour répondre aux exigences de performance spécifiques, telles que l'optimisation des propriétés de frottement ou l'amélioration de la résistance à l’usure, sans altérer les dimensions externes ou la forme de l’objet. Ceci permet d'obtenir une plus grande liberté dans la conception de formes complexes ou de structures légères, ce qui peut être avantageux dans les secteurs où la réduction du poids et l’optimisation de la performance sont des facteurs critiques. La compatibilité avec différents matériaux rend les objets creux revêtus par DPV polyvalents et adaptables à diverses applications dans différents secteurs. De plus, l'épaisseur précise du revêtement atteinterevêtement atteinte par le procédé de revêtement DPV assure une qualité de revêtement constante et uniforme, résultant en une performance et une fonctionnalité fiables dans diverses applications.DPV coating can be precisely engineered to meet specific performance requirements, such as optimizing friction properties or improving wear resistance, without altering the external dimensions or shape of the object. This allows for greater freedom in designing complex shapes or lightweight structures, which can be advantageous in industries where weight reduction and performance optimization are critical factors. Compatibility with different materials makes DPV-coated hollow objects versatile and adaptable to various applications in different industries. In addition, the precise coating thickness achieved by the DPV coating process ensures consistent and uniform coating quality, resulting in reliable performance and functionality in various applications.
Dans un troisième aspect la présente invention porte sur une utilisation selon la revendication 15. L'utilisation telle que décrite ici fournit un effet avantageux en termes de barrière de perméation gazeuse améliorée, protection anticorrosion sans solvant, modification de l'énergie de surface, et résistance à l’érosion dans diverses applications.In a third aspect the present invention relates to a use according to claim 15. The use as described herein provides an advantageous effect in terms of improved gas permeation barrier, solvent-free corrosion protection, surface energy modification, and erosion resistance in various applications.
La description suivante des figures de modes de réalisation spécifiques de l'invention 5 est simplement de nature illustrative et n’est pas destinée à limiter les présents enseignements, leur application ou leurs utilisations. Tout au long des dessins, les numéros de référence correspondants indiquent des pièces et des particularités semblables ou correspondantes.The following description of the figures of specific embodiments of the invention 5 is merely illustrative in nature and is not intended to limit the present teachings, their application or their uses. Throughout the drawings, corresponding reference numerals indicate like or corresponding parts and features.
La Figure 1 montre une représentation schématique d’une vue en coupe transversale d’un objet creux avec sa surface interne visible, soulignant le positionnement coaxial d’une électrode cylindrique selon un mode de réalisation de l'invention.Figure 1 shows a schematic representation of a cross-sectional view of a hollow object with its internal surface visible, highlighting the coaxial positioning of a cylindrical electrode according to one embodiment of the invention.
La Figure 2 montre une représentation schématique d’une section longitudinale d'une chambre de réaction avec un objet creux devant être revêtu, où l’électrode cylindrique est positionnée coaxialement à l’intérieur de l’objet creux selon un mode de réalisation de la présente invention.Figure 2 shows a schematic representation of a longitudinal section of a reaction chamber with a hollow object to be coated, where the cylindrical electrode is positioned coaxially inside the hollow object according to one embodiment of the present invention.
La Figure 3 montre une représentation schématique d’une section longitudinale d’une chambre de réaction, d’un objet creux et d'une électrode cylindrique positionnée coaxialement avec un seul type de matériau cible, dans laquelle l’électrode cylindrique est plus courte que l’objet creux selon un mode de réalisation de l'invention.Figure 3 shows a schematic representation of a longitudinal section of a reaction chamber, a hollow object and a cylindrical electrode positioned coaxially with a single type of target material, wherein the cylindrical electrode is shorter than the hollow object according to one embodiment of the invention.
La Figure 4 montre une représentation schématique d’une section longitudinale d’une chambre de réaction illustrant une électrode cylindrique avec trois sous- — électrodes positionnées coaxialement avec un objet creux selon un mode de réalisation de l'invention.Figure 4 shows a schematic representation of a longitudinal section of a reaction chamber illustrating a cylindrical electrode with three sub-electrodes positioned coaxially with a hollow object according to one embodiment of the invention.
La Figure 5 montre une représentation schématique d’une section longitudinale d’un objet creux revêtu ayant de multiples couches de différents matériaux de revêtement formant une structure à multiples revêtements sur sa surface interne selon un mode de réalisation de l'invention.Figure 5 shows a schematic representation of a longitudinal section of a coated hollow object having multiple layers of different coating materials forming a multi-coated structure on its internal surface according to one embodiment of the invention.
La Figure 6 montre un exemple d’une section longitudinale d’une surface d’un objet creux revêtu selon un mode de réalisation de l'invention.Figure 6 shows an example of a longitudinal section of a surface of a hollow object coated according to one embodiment of the invention.
6 BE2023/54686 BE2023/5468
La présente invention concerne une méthode de revêtement DPV d'une surface interne d’un objet creux, en particulier d’un tube creux, en utilisant une électrode cylindrique.The present invention relates to a method of DPV coating an internal surface of a hollow object, in particular a hollow tube, using a cylindrical electrode.
Sauf indication contraire, tous les termes utilisés dans la divulgation de l'invention, y compris les termes techniques et scientifiques, ont la signification généralement admise par l’homme du métier auquel appartient cette invention. Des définitions des termes sont incluses à titre indicatif pour mieux apprécier l'enseignement de la présente invention. «Un», «une», « le » et « la » tels qu'utilisés ici désignent à la fois le singulier et le pluriel, à moins que le contexte n'indique clairement le contraire. À titre d'exemple, « un compartiment » désigne un ou plusieurs compartiments. « Environ » tel qu'utilisé ici en référence à une valeur mesurable telle qu’un paramètre, une quantité, une durée temporelle et autres, est destiné à englober les — variations de +/-20 % ou moins, de préférence de +/-10 % ou moins, de manière davantage préférée de +/-5 % ou moins, de manière encore davantage préférée de +/-1 % ou moins, et de manière encore davantage préférée de +/-0,1 % ou moins de la valeur spécifiée et par rapport à celle-ci, dans la mesure où de telles variations sont appropriées à l'invention divulguée. Toutefois, il est entendu que la valeur à laquelle le modificateur « environ » fait référence est elle-même également spécifiquement divulguée. « Comprendre », « comprenant », et « comprend » et « composé de », tels qu'ils sont utilisés ici, sont synonymes de «inclure », «incluant», «inclut» ou « contenir », « contenant », « contient » et sont des termes inclusifs ou ouverts qui — spécifient la présence de ce qui suit, par exemple un composant, et n'excluent ni n'empêchent la présence de composants, points caractéristiques, éléments, membres, étapes non cités additionnels, connus dans l’art ou divulgués ici.Unless otherwise indicated, all terms used in the disclosure of the invention, including technical and scientific terms, have the meanings generally recognized by those skilled in the art to which this invention pertains. Definitions of terms are included for convenience to better appreciate the teaching of the present invention. “A,” “an,” “the” and “the” as used herein denote both the singular and the plural, unless the context clearly indicates otherwise. For example, “a compartment” denotes one or more compartments. "About" as used herein in reference to a measurable value such as a parameter, quantity, time duration and the like, is intended to encompass variations of +/-20% or less, preferably +/-10% or less, more preferably +/-5% or less, even more preferably +/-1% or less, and even more preferably +/-0.1% or less from and relative to the specified value, to the extent that such variations are appropriate to the disclosed invention. However, it is understood that the value to which the modifier "about" refers is itself also specifically disclosed. “Comprise,” “comprising,” and “comprises” and “composed of,” as used herein, are synonymous with “include,” “including,” “includes,” or “contain,” “containing,” “contains,” and are inclusive or open terms that — specify the presence of the following, e.g., a component, and do not exclude or preclude the presence of additional uncited components, features, elements, members, steps known in the art or disclosed herein.
Par ailleurs, les termes premier, deuxième, troisième et autres dans la description et dans les revendications, sont utilisés pour faire la distinction entre éléments — similaires et pas nécessairement pour décrire un ordre séquentiel ou chronologique, sauf si cela est spécifié. Il est entendu que les termes ainsi utilisés sont interchangeables dans des circonstances appropriées et que les modes de réalisation de l'invention décrite ici peuvent fonctionner dans d’autres séquences que celles décrites ou illustrées ici.Furthermore, the terms first, second, third and the like in the description and claims are used to distinguish between similar elements and not necessarily to describe a sequential or chronological order, unless otherwise specified. It is understood that the terms so used are interchangeable in appropriate circumstances and that embodiments of the invention described herein may operate in sequences other than those described or illustrated herein.
7 BE2023/54687 BE2023/5468
La citation des plages numériques par les bornes inclut tous les nombres et fractions subsumés à l'intérieur de cette plage, ainsi que les bornes citées.The citation of numerical ranges by bounds includes all numbers and fractions subsumed within that range, as well as the bounds cited.
L'expression « % en poids » ou « pour cent en poids », ici et tout au long de la description, sauf définition contraire, fait référence au poids relatif du composant respectif sur la base du poids global de la formulation.The term “% by weight” or “percent by weight,” herein and throughout the specification, unless otherwise defined, refers to the relative weight of the respective component based on the overall weight of the formulation.
Tandis que les termes « un ou plusieurs » ou « au moins un », tels qu’un ou plusieurs ou au moins un membre(s) d’un groupe de membres, est clair per se, à titre d’exemplification supplémentaire, le terme englobe entre autres une référence à l’un quelconque desdits membres, ou à deux quelconques ou plus desdits membres, tels que, par ex., tout nombre > 3, > 4, > 5, > 6 ou > 7 etc. desdits membres, et jusqu'à la totalité desdits membres.While the terms "one or more" or "at least one", such as one or more or at least one member(s) of a group of members, are clear per se, by way of further exemplification, the term encompasses inter alia a reference to any one of said members, or to any two or more of said members, such as, e.g., any number > 3, > 4, > 5, > 6 or > 7 etc. of said members, and up to all of said members.
Sauf définition contraire, tous les termes utilisés dans la divulgation de l'invention, y compris les termes techniques et scientifiques, ont la signification généralement admise par l'homme du métier auquel appartient cette divulgation. Des définitions des termes utilisés dans la description sont incluses à titre indicatif pour mieux apprécier l’enseignement de la présente divulgation. Les termes ou définitions utilisés ici sont fournis uniquement pour faciliter la compréhension de la divulgation.Unless otherwise defined, all terms used in the disclosure of the invention, including technical and scientific terms, have the meanings generally recognized by those skilled in the art to which this disclosure pertains. Definitions of terms used in the description are included for convenience in understanding the teaching of this disclosure. The terms or definitions used herein are provided solely to facilitate understanding of the disclosure.
La référence tout au long du présent mémoire descriptif à « un mode de réalisation » signifie qu’un point caractéristique, une structure ou une caractéristique particulier — (particulière) décrit(e) en lien avec le mode de réalisation est inclus(e) dans au moins un mode de réalisation de la présente invention. Ainsi, l’apparition de l’expression « dans un mode de réalisation » à divers endroits tout au long du présent mémoire descriptif ne fait pas nécessairement toujours référence au même mode de réalisation, mais le peut. De plus, les points caractéristiques, structures ou — caractéristiques particuliers peuvent être combinés de toute manière adaptée, comme cela apparaîtrait évident à l'homme du métier d’après cette divulgation, dans un ou plusieurs modes de réalisation. De plus, alors que certains modes de réalisation décrits ici incluent certains mais pas d’autres points caractéristiques inclus dans d’autres modes de réalisation, les combinaisons de points caractéristiques de différents modes de réalisation sont destinées à être dans la portée de l'invention, et à former différents modes de réalisation, comme le comprendrait l'homme du métier. Par exemple, dans les revendications suivantes, des quelconques des modes de réalisation revendiqués peuvent être utilisés en toute combinaison.Reference throughout this specification to “an embodiment” means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the present invention. Thus, the occurrence of the phrase “in an embodiment” at various locations throughout this specification does not necessarily always refer to the same embodiment, but may. Additionally, the particular feature, structure, or characteristic may be combined in any suitable manner, as would be apparent to those skilled in the art from this disclosure, in one or more embodiments. Furthermore, while some embodiments described herein include some but not other feature elements included in other embodiments, combinations of feature elements from different embodiments are intended to be within the scope of the invention, and to form different embodiments, as would be understood by those skilled in the art. For example, in the following claims, any of the claimed embodiments may be used in any combination.
8 BE2023/54688 BE2023/5468
Dans un premier aspect, l'invention fournit une méthode de revêtement DPV d’une surface interne d’un objet creux, dans laquelle la surface interne de l’objet creux définit un volume interne.In a first aspect, the invention provides a method of DPV coating an internal surface of a hollow object, wherein the internal surface of the hollow object defines an internal volume.
Selon l'invention, le terme « objet creux » fait référence à tout objet qui comprend une surface interne. Des exemples non limitants d'objets creux sont les tubes, les tuyaux, les arbres creux, ou autres.According to the invention, the term "hollow object" refers to any object that includes an internal surface. Non-limiting examples of hollow objects are tubes, pipes, hollow shafts, or the like.
Selon l'invention, le terme « surface interne » fait référence à une surface d'une ouverture qui s'étend dans l’objet creux. Des exemples non limitants de surfaces internes sont les surfaces internes de trous de forage, ou les surfaces s'étendant le long des surfaces de diamètre interne de tuyaux, tubes, arbres creux, ou autres.According to the invention, the term "internal surface" refers to a surface of an opening that extends into the hollow object. Non-limiting examples of internal surfaces are the internal surfaces of boreholes, or surfaces extending along the internal diameter surfaces of pipes, tubes, hollow shafts, or the like.
Selon l'invention, le terme « DPV » fait référence à un procédé utilisé pour déposer des films minces de matériau sur une surface. Dans un procédé DPV, un matériau est tout d’abord évaporé à partir d’une source solide, typiquement en utilisant une source à énergie élevée. Ceci crée une vapeur du matériau, qui se condense alors sur un substrat, formant un film mince. Le procédé a lieu dans une chambre à vide, ce qui est important puisque l’absence d'air et d'autres gaz empêche la contamination du film et assure que le matériau puisse être déposé uniformément.According to the invention, the term "DPV" refers to a process used to deposit thin films of material onto a surface. In a DPV process, a material is first evaporated from a solid source, typically using a high-energy source. This creates a vapor of the material, which then condenses on a substrate, forming a thin film. The process takes place in a vacuum chamber, which is important because the absence of air and other gases prevents contamination of the film and ensures that the material can be deposited uniformly.
Dans ce contexte, le type de technique DPV est appelé pulvérisation. Dans la pulvérisation, les atomes sont éjectés à partir d'un matériau cible en le bombardant avec des ions à énergie élevée ou un plasma. Les atomes éjectés se condensent alors sur le substrat et forment un revêtement en film mince.In this context, the type of DPV technique is called sputtering. In sputtering, atoms are ejected from a target material by bombarding it with high-energy ions or plasma. The ejected atoms then condense on the substrate and form a thin-film coating.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, la méthode comprend la fourniture d’une électrode cylindrique ayant une surface externe radiale, ladite électrode cylindrique comprenant un matériau cible, dans laquelle ladite surface externe radiale comprend ledit matériau cible, à l’intérieur du volume interne de l’objet creux. Ceci permet d'obtenir une pulvérisation isotrope, ce qui signifie que le matériau cible est pulvérisé de manière radialement homogène de sorte que toutes les zones de la surface interne sont couvertes par le matériau cible. Ceci conduit à une épaisseur de revêtement plus uniforme et constante sur la surface interne de — l'objet creux. Dans un mode de réalisation préféré supplémentaire de l’invention, l’électrode cylindrique est positionnée coaxialement pour un revêtement uniforme.In a preferred embodiment of the invention, the method comprises providing a cylindrical electrode having a radial outer surface, said cylindrical electrode comprising a target material, wherein said radial outer surface comprises said target material, within the internal volume of the hollow object. This allows for isotropic sputtering, meaning that the target material is sputtered in a radially homogeneous manner such that all areas of the inner surface are covered by the target material. This leads to a more uniform and constant coating thickness on the inner surface of the hollow object. In a further preferred embodiment of the invention, the cylindrical electrode is positioned coaxially for uniform coating.
Dans ce contexte, « positionnée coaxialement » signifie que l’électrode cylindrique est placée au centre de l’objet creux devant être revêtu, de telle manière que l’axe longitudinal de l’électrode est aligné avec l’axe longitudinal de l’objet. Ceci assure que le revêtement est déposé uniformément et régulièrement sur la surface interneIn this context, “coaxially positioned” means that the cylindrical electrode is placed in the center of the hollow object to be coated, such that the longitudinal axis of the electrode is aligned with the longitudinal axis of the object. This ensures that the coating is deposited uniformly and evenly on the internal surface.
9 BE2023/5468 entière de la pièce creuse. Autrement dit, la distance entre la surface interne et l’électrode cylindrique est sensiblement homogène au niveau de chaque position. Le positionnement coaxial de l’électrode cylindrique assure que la distance entre la surface interne de l’objet creux et l’électrode est sensiblement homogène au niveau de chaque position. Ceci signifie que le revêtement est déposé de manière constante à la même distance de la surface interne tout au long de l’intérieur entier de l’objet creux, résultant en une épaisseur de revêtement uniforme et constante.9 BE2023/5468 entire hollow part. In other words, the distance between the inner surface and the cylindrical electrode is substantially uniform at each position. The coaxial positioning of the cylindrical electrode ensures that the distance between the inner surface of the hollow object and the electrode is substantially uniform at each position. This means that the coating is deposited consistently at the same distance from the inner surface throughout the entire interior of the hollow object, resulting in a uniform and constant coating thickness.
Dans un mode de réalisation préféré supplémentaire, l’électrode cylindrique et la surface interne de l’objet creux sont séparées d’une distance moyenne Des d'au moins 0,5 mm, de manière davantage préférée d’au moins 1,5 mm, de manière davantage préférée d’au moins 2,0 mm, de manière davantage préférée d’au moins 2,5 mm, de manière davantage préférée d'au moins 3,0 mm, de manière davantage préférée d'au moins 3,5 mm, de manière davantage préférée d’au moins 4,0 mm, de manière davantage préférée d'au moins 4,5 mm, de manière davantage préférée d’au moins 5 mm, de manière davantage préférée d'au moins 5,5 mm, de manière davantage préférée d’au moins 6,0 mm, de manière davantage préférée d’au moins 6,5 mm, de manière davantage préférée d'au moins 7,0 mm, de manière davantage préférée d'au moins 7,5 mm, de manière davantage préférée d’au moins 8,0 mm, de manière davantage préférée d'au moins 8,5 mm, de manière davantage préférée d'au moins 9,0 mm, de manière davantage préférée d’au moins 10,0 mm.In a further preferred embodiment, the cylindrical electrode and the inner surface of the hollow object are separated by an average distance Des of at least 0.5 mm, more preferably at least 1.5 mm, more preferably at least 2.0 mm, more preferably at least 2.5 mm, more preferably at least 3.0 mm, more preferably at least 3.5 mm, more preferably at least 4.0 mm, more preferably at least 4.5 mm, more preferably at least 5 mm, more preferably at least 5.5 mm, more preferably at least 6.0 mm, more preferably at least 6.5 mm, more preferably at least 7.0 mm, more preferably at least 7.5 mm, more preferably at least 8.0 mm, more preferably at least 8.5 mm, more preferably at least 9.0 mm, more preferably at least 10.0 mm.
Dans un mode de réalisation préféré supplémentaire, l’électrode cylindrique et la surface interne de l’objet creux sont séparées d’une distance moyenne Des d'au plus 25,0 mm, de manière davantage préférée d’au plus 20,0 mm, de manière davantage préférée d'au plus 19,5 mm, de manière davantage préférée d'au plus 19,0 mm, de manière davantage préférée d’au plus 18,5 mm, de manière davantage préférée d'au plus 18,0 mm, de manière davantage préférée d’au plus 17,5 mm, de manière davantage préférée d'au plus 17,0 mm, de manière davantage préférée d’au plus 16,5 mm, de manière davantage préférée d'au plus 16,0 mm, de manière davantage préférée d'au plus 15,5 mm, de manière davantage préférée d'au plus 15,0 mm, de manière davantage préférée d’au plus 14,5 mm, de manière davantage préférée d'au plus 14,0 mm, de manière davantage préférée d’au plus 13,5 mm, de manière davantage préférée d'au plus 13,0 mm, de manière davantage préférée d’au plus 12,5 mm, de manière davantage préférée d'au plus 12,0 mm, de manière davantage préférée d'au plus 11,5 mm, de manière davantage préférée d'au plus 11,0 mm, de manière davantage préférée d'au plus 10,5 mm.In a further preferred embodiment, the cylindrical electrode and the inner surface of the hollow object are separated by an average distance Des of at most 25.0 mm, more preferably at most 20.0 mm, more preferably at most 19.5 mm, more preferably at most 19.0 mm, more preferably at most 18.5 mm, more preferably at most 18.0 mm, more preferably at most 17.5 mm, more preferably at most 17.0 mm, more preferably at most 16.5 mm, more preferably at most 16.0 mm, more preferably at most 15.5 mm, more preferably at most 15.0 mm, more preferably at most 14.5 mm, more preferably at most 14.0 mm, more preferably at most 15.5 mm. more preferably not more than 13.5 mm, more preferably not more than 13.0 mm, more preferably not more than 12.5 mm, more preferably not more than 12.0 mm, more preferably not more than 11.5 mm, more preferably not more than 11.0 mm, more preferably not more than 10.5 mm.
10 BE2023/546810 BE2023/5468
Selon l'invention, le terme « distance moyenne », désigné par Des, représente l'espace type entre l’électrode cylindrique et la surface interne de l’objet creux. II est important de noter que le terme « distance moyenne » implique qu'il peut exister de légères variations ou fluctuations dans la séparation ou l’espace réel(le) entre l’électrode et la surface interne, mais la valeur moyenne ou type doit tomber à l’intérieur de la plage spécifiée.According to the invention, the term "average distance", denoted by Des, represents the typical space between the cylindrical electrode and the inner surface of the hollow object. It is important to note that the term "average distance" implies that there may be slight variations or fluctuations in the actual separation or space between the electrode and the inner surface, but the average or typical value must fall within the specified range.
La distance entre l’électrode cylindrique et la surface interne de l’objet creux peut être contrôlée avec précision, ce qui permet un réglage fin des paramètres du procédé de revêtement tels que le taux de dépôt, la tension et le courant, conduisant à une qualité et une reproductibilité améliorées du revêtement. En plaçant l’électrode cylindrique au centre de l’objet creux, la distance maximale possible entre la surface interne et l’électrode cylindrique peut être atteinte, sans que l’électrode cylindrique ne vienne en contact avec la surface interne. Ceci permet d'obtenir un procédé de revêtement efficient et efficace, étant donné que le revêtement peut être déposé — régulièrement à travers la surface interne entière de l’objet creux sans aucune zone n’étant omise. Un tel positionnement de l’électrode cylindrique assure que le revêtement est déposé uniformément et régulièrement sur la surface interne entière de l’objet creux. Ceci aide à atteindre une épaisseur constante du revêtement déposé dans tout l’intérieur de l’objet creux, résultant en un revêtement uniforme et de haute qualité. Le revêtement uniforme atteint par un tel positionnement de l’électrode cylindrique aide à améliorer la qualité globale du revêtement. II réduit au maximum le risque d'épaisseur de revêtement irrégulière, de couverture irrégulière, ou d’omission de points, ce qui peut résulter en une qualité médiocre du revêtement et en une performance réduite de l’objet revêtu. II est en outre entendu que la distance maximale possible dépend du diamètre interne de l’objet creux.The distance between the cylindrical electrode and the inner surface of the hollow object can be precisely controlled, which allows fine adjustment of the coating process parameters such as deposition rate, voltage and current, leading to improved coating quality and reproducibility. By placing the cylindrical electrode at the center of the hollow object, the maximum possible distance between the inner surface and the cylindrical electrode can be achieved, without the cylindrical electrode coming into contact with the inner surface. This allows for an efficient and effective coating process, since the coating can be deposited—evenly across the entire inner surface of the hollow object without any area being missed. Such positioning of the cylindrical electrode ensures that the coating is deposited uniformly and evenly over the entire inner surface of the hollow object. This helps to achieve a consistent thickness of the deposited coating throughout the interior of the hollow object, resulting in a uniform and high-quality coating. The uniform coating achieved by such positioning of the cylindrical electrode helps to improve the overall coating quality. It minimizes the risk of uneven coating thickness, uneven coverage, or omitted spots, which can result in poor coating quality and reduced performance of the coated object. It is further understood that the maximum possible distance depends on the internal diameter of the hollow object.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la forme de l’électrode cylindrique peut être adaptée au diamètre et à la taille de la surface interne de l’objet creux à traiter. Pour l'insertion dans l’objet creux, le diamètre externe de l’électrode cylindrique doit être inférieur au diamètre interne de l’objet creux à traiter. La longueur de l’électrode cylindrique peut être aussi longue que nécessaire pour que la surface interne soit traitée complètement.In a preferred embodiment of the invention, the shape of the cylindrical electrode can be adapted to the diameter and size of the inner surface of the hollow object to be treated. For insertion into the hollow object, the outer diameter of the cylindrical electrode must be smaller than the inner diameter of the hollow object to be treated. The length of the cylindrical electrode can be as long as necessary for the inner surface to be treated completely.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l’électrode cylindrique et l’objet creux sont configurés pour se déplacer l’un par rapport à l’autre, pour permettre d'obtenir le revêtement de tubes ou une opération continue, dans lequel le — mouvement est parallèle pour maintenir le positionnement coaxial de l’électrode cylindrique à l’intérieur du volume interne de l’objet creux.In a preferred embodiment of the invention, the cylindrical electrode and the hollow object are configured to move relative to each other, to enable tube coating or continuous operation, wherein the movement is parallel to maintain coaxial positioning of the cylindrical electrode within the internal volume of the hollow object.
11 BE2023/546811 BE2023/5468
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le matériau cible forme une surface externe radiale continue et uniforme de l’électrode cylindrique. Ceci signifie que l’électrode cylindrique utilisée pour le revêtement a une surface externe radiale continue et uniforme qui est faite du même matériau que le matériau cible.In a preferred embodiment of the invention, the target material forms a continuous and uniform radial outer surface of the cylindrical electrode. This means that the cylindrical electrode used for coating has a continuous and uniform radial outer surface that is made of the same material as the target material.
Autrement dit, la surface externe entière de l’électrode cylindrique est constituée du même matériau que celui qui doit être déposé sur la surface de l’objet creux étant revêtu. Ceci aide à assurer que le matériau de revêtement soit déposé régulièrement et uniformément sur la surface de l’objet, résultant en un revêtement de haute qualité.In other words, the entire outer surface of the cylindrical electrode is made of the same material that is to be deposited on the surface of the hollow object being coated. This helps ensure that the coating material is deposited evenly and uniformly on the surface of the object, resulting in a high-quality coating.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l’électrode cylindrique comprend une pluralité de sous-électrodes agencées en série pour atteindre un revêtement multicouche, dans lequel chaque sous-électrode comprend le matériau cible. Le matériau cible d'au moins deux de la pluralité de sous-électrodes peut être identique ou peut être différent. Les sous-électrodes peuvent être séquentiellement activées et désactivées pour déposer différentes couches de matériau sur la surface interne de la pièce creuse.In a preferred embodiment of the invention, the cylindrical electrode comprises a plurality of sub-electrodes arranged in series to achieve a multi-layer coating, wherein each sub-electrode comprises the target material. The target material of at least two of the plurality of sub-electrodes may be the same or may be different. The sub-electrodes may be sequentially activated and deactivated to deposit different layers of material on the internal surface of the hollow part.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les matériaux cibles de l’électrode cylindrique et/ou des sous-électrodes sont choisis dans un groupe comprenant un métal, un alliage de métaux, un matériau céramique et des combinaisons de ceux- ci. En variante ou de plus, le métal est du chrome. En variante ou de plus, le matériau cible comprend un matériau céramique. De manière davantage préférée, la cible peut comprendre un ou plusieurs matériaux/éléments choisis dans un groupe comprenant : l’aluminium, le bore, le carbone, le chrome, le cobalt, le cuivre, l'or, l’holmium, le fer, le lanthane, le lithium, le magnésium, le manganèse, le molybdène, le nickel, le silicium, l'argent, l’étain, le titane, le vanadium, l’ytterbium, l’yttrium, le zinc, le zirconium, l’hafnium, le tantale, les alliages de ceux-ci. Ces matériaux cibles permettent d'obtenir une personnalisation des propriétés de revêtement sur la base des exigences spécifiques de l’objet creux étant revêtu. Les matériaux cibles spécifiés sont connus pour leurs propriétés souhaitables, telles qu’une conductivité thermique et électrique élevée, une excellente résistance à la corrosion, une bonne résistance mécanique, et autres caractéristiques fonctionnelles. Revêtir la surface interne de l’objet creux avec ces matériaux peut conférer ces propriétés à l’objet revêtu, améliorant sa performance et sa durabilité globales. Le procédé de revêtement peut être optimisé pour différentes applications, tels que l'automobile, — l’aérospatial, l’électronique, l'énergie, la médecine, et autres.In a preferred embodiment of the invention, the target materials of the cylindrical electrode and/or sub-electrodes are selected from a group consisting of a metal, a metal alloy, a ceramic material and combinations thereof. Alternatively or additionally, the metal is chromium. Alternatively or additionally, the target material comprises a ceramic material. More preferably, the target may comprise one or more materials/elements selected from a group consisting of: aluminum, boron, carbon, chromium, cobalt, copper, gold, holmium, iron, lanthanum, lithium, magnesium, manganese, molybdenum, nickel, silicon, silver, tin, titanium, vanadium, ytterbium, yttrium, zinc, zirconium, hafnium, tantalum, alloys thereof. These target materials enable customization of coating properties based on the specific requirements of the hollow object being coated. The specified target materials are known for their desirable properties, such as high thermal and electrical conductivity, excellent corrosion resistance, good mechanical strength, and other functional characteristics. Coating the inner surface of the hollow object with these materials can impart these properties to the coated object, improving its overall performance and durability. The coating process can be optimized for different applications, such as automotive, aerospace, electronics, energy, medical, and others.
12 BE2023/546812 BE2023/5468
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, l’objet creux devant être revêtu est fourni, à savoir agencé ou positionné ou placé, dans une chambre de réaction.In a preferred embodiment of the invention, the hollow object to be coated is provided, i.e. arranged or positioned or placed, in a reaction chamber.
L'objet creux peut être fourni dans une position verticale par rapport à la surface de la Terre, dans une position horizontale, ou au niveau d’une position inclinée selon un angle entre 0° et 180° par rapport à la surface de la Terre.The hollow object may be provided in a vertical position relative to the surface of the Earth, in a horizontal position, or at a position inclined at an angle between 0° and 180° relative to the surface of the Earth.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, une fois que l’électrode cylindrique est agencée coaxialement avec l’objet creux, la chambre de réaction est fermée et évacuée pour réduire la pression de travail à l’intérieur de la chambre jusqu’à ce qu’une valeur prédéterminée soit atteinte. Ceci permet d'extraire tout contaminant de la chambre de réaction, tel que l'humidité.In a preferred embodiment of the invention, once the cylindrical electrode is arranged coaxially with the hollow object, the reaction chamber is closed and evacuated to reduce the working pressure inside the chamber until a predetermined value is reached. This allows any contaminants, such as moisture, to be removed from the reaction chamber.
Dans un mode de réalisation préféré supplémentaire, un gaz est passé à travers la chambre de réaction. En conséquence, le gaz est fourni dans le volume interne de l’objet creux comprenant l’électrode cylindrique. La pression de travail est choisie de sorte que le produit de la pression de travail et de la distance moyenne De,s est entre 0,01 Torr.cm et 10 Torr.cm, de manière davantage préférée entre 0,02 Torr.cm et 9 Torr.cm, de manière davantage préférée entre 0,03 Torr.cm et 8 Torr.cm, de manière davantage préférée entre 0,04 Torr.cm et 7 Torr.cm, de manière davantage préférée entre 0,05 Torr.cm et 6 Torr.cm, de manière davantage préférée entre 0,06 Torr.cm et 5 Torr.cm, de manière davantage préférée entre 0,07 de manière davantage préférée entre 0,08 Torr.cm et 4 Torr.cm, Torr.cm et 3 Torr.cm, de manière davantage préférée entre 0,09 Torr.cm et 2 Torr.cm, de manière davantage préférée entre 0,1 Torr.cm et 1 Torr.cm, de manière davantage préférée entre 10° > Torr.cm et 45 Torr.cm, de manière davantage préférée entre 10% Torr.cm et 40 Torr.cm, de manière davantage préférée entre 103 Torr.cm et 35 Torr.cm, de manière davantage préférée entre 0,01 Torr.cm et 30 Torr.cm, de manière davantage préférée entre 0,1 Torr.cm et 25 Torr.cm, de manière davantage préférée entre 1 Torr.cm et 20 Torr.cm. Il s’agit de l’un des paramètres clés puisqu'il affecte un grand nombre des caractéristiques du plasma et ceci n’est rendu possible que parce que la distance entre les électrodes est petite, en raison du diamètre limité de — l'objet creux à revêtir. La raison pour spécifier cette plage de pression de travail est qu'il a été déterminé qu'elle était optimale pour le procédé de revêtement. À l’intérieur de cette plage, le champ électrique généré entre l’électrode cylindrique (cathode) et la surface interne de l’objet creux (anode) est suffisant pour faciliter le procédé de revêtement et assurer un dépôt uniforme du matériau de revêtement.In a further preferred embodiment, a gas is passed through the reaction chamber. As a result, the gas is supplied into the internal volume of the hollow object comprising the cylindrical electrode. The working pressure is chosen such that the product of the working pressure and the average distance De,s is between 0.01 Torr.cm and 10 Torr.cm, more preferably between 0.02 Torr.cm and 9 Torr.cm, more preferably between 0.03 Torr.cm and 8 Torr.cm, more preferably between 0.04 Torr.cm and 7 Torr.cm, more preferably between 0.05 Torr.cm and 6 Torr.cm, more preferably between 0.06 Torr.cm and 5 Torr.cm, more preferably between 0.07 Torr.cm and 4 Torr.cm, Torr.cm and 3 Torr.cm, more preferably between 0.09 Torr.cm and 2 Torr.cm, more preferably between 0.1 Torr.cm and 1 Torr.cm, more preferably between 0.2 Torr.cm and 2 Torr.cm, more preferably between 0.3 Torr.cm and 3 Torr.cm, more preferably between 0.4 Torr.cm and 4 Torr.cm, more preferably between 0.5 Torr.cm and 5 Torr.cm, more preferably between 0.6 Torr.cm and 6 Torr.cm, more preferably between 0.7 Torr.cm and 8 Torr.cm, more preferably between 0.8 Torr.cm and 1 Torr.cm, more preferably between 0.9 Torr.cm and 2 Torr.cm, more preferably between 0.10 Torr.cm and 2 Torr.cm, more preferably between 0.11 Torr.cm and 2 Torr.cm, more preferably between 0.12 Torr.cm and 2 Torr.cm, more preferably between 0.13 Torr.cm and 2 Torr.cm, more preferably between 0.14 Torr.cm and 2 Torr.cm, more preferably between 0.15 Torr.cm and 2 Torr.cm, more preferably between 0.16 Torr.cm and 2 Torr.cm, more preferably between 0.17 more preferably between 10° > Torr.cm and 45 Torr.cm, more preferably between 10% Torr.cm and 40 Torr.cm, more preferably between 103 Torr.cm and 35 Torr.cm, more preferably between 0.01 Torr.cm and 30 Torr.cm, more preferably between 0.1 Torr.cm and 25 Torr.cm, more preferably between 1 Torr.cm and 20 Torr.cm. This is one of the key parameters since it affects many of the plasma characteristics and this is only possible because the distance between the electrodes is small, due to the limited diameter of the hollow object to be coated. The reason for specifying this working pressure range is that it has been determined to be optimal for the coating process. Within this range, the electric field generated between the cylindrical electrode (cathode) and the internal surface of the hollow object (anode) is sufficient to facilitate the coating process and ensure uniform deposition of the coating material.
La plage de pression de travail est soigneusement sélectionnée pour créer un environnement approprié pour le procédé de revêtement, permettant d'obtenir uneThe working pressure range is carefully selected to create a suitable environment for the coating process, achieving a
13 BE2023/5468 ionisation efficiente du matériau cible, un transport des ions, et un dépôt sur la surface interne de l’objet creux. Cette plage s’est avérée être efficace pour atteindre la qualité, l'épaisseur et l’uniformité souhaitées du revêtement pour l'application spécifique de l'invention. La plage de pression de travail spécifiée peut également être influencée par d’autres facteurs tels que les propriétés du matériau cible, le type de procédé de revêtement étant utilisé, la géométrie et la taille de l’objet creux, et d’autres paramètres de procédé. Par conséquent, il est important de contrôler et de maintenir soigneusement la pression de travail à l’intérieur de la plage spécifiée pour optimiser le procédé de revêtement et atteindre les résultats de revêtement souhaités.13 BE2023/5468 efficient ionization of the target material, ion transport, and deposition on the inner surface of the hollow object. This range has been found to be effective in achieving the desired coating quality, thickness, and uniformity for the specific application of the invention. The specified working pressure range may also be influenced by other factors such as the properties of the target material, the type of coating process being used, the geometry and size of the hollow object, and other process parameters. Therefore, it is important to carefully control and maintain the working pressure within the specified range to optimize the coating process and achieve the desired coating results.
Selon l'invention, le terme « pression de travail » fait référence à la pression absolue locale où le plasma est formé. La pression de travail est mesurée près ou au niveau de la surface de la cible. Elle représente ainsi la pression absolue au niveau ou près de la surface de la cible où le plasma est formé. La pression de travail porte sur la pression à l'équilibre qui est atteinte en injectant un gaz et en pompant simultanément dans un système de plasma. Elle est typiquement exprimée comme un produit de la pression et de la distance, qui fournit une description plus exacte du type de régime de plasma qui est présent. Dans les cas où un mélange gazeux est injecté, la pression de travail est la somme des pressions des gaz injectés individuels. Lorsqu’aucun gaz n’est injecté, la pression résultante est appelée pression de base, qui est significativement inférieure, approximativement un million de fois, comparativement à la pression de travail.According to the invention, the term "working pressure" refers to the local absolute pressure where the plasma is formed. The working pressure is measured near or at the target surface. It thus represents the absolute pressure at or near the target surface where the plasma is formed. The working pressure refers to the equilibrium pressure that is achieved by injecting a gas and pumping simultaneously into a plasma system. It is typically expressed as a product of pressure and distance, which provides a more accurate description of the type of plasma regime that is present. In cases where a gas mixture is injected, the working pressure is the sum of the pressures of the individual injected gases. When no gas is injected, the resulting pressure is called the base pressure, which is significantly lower, approximately one million times, compared to the working pressure.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le gaz fourni dans le volume interne peut comprendre un seul gaz ou un mélange de deux gaz ou plus. De préférence, le gaz comprend un gaz inerte, un gaz réactif ou une combinaison de ceux-ci. De manière davantage préférée, le gaz inerte est choisi dans un groupe comprenant l’hélium, le néon, l’argon, le krypton. De manière davantage préférée le gaz réactif est choisi dans un groupe comprenant l'azote, l'oxygène, le méthane, l’ammoniac, l’acétylène ou un gaz fluoré.In a preferred embodiment of the invention, the gas provided in the internal volume may comprise a single gas or a mixture of two or more gases. Preferably, the gas comprises an inert gas, a reactive gas or a combination thereof. More preferably, the inert gas is selected from a group comprising helium, neon, argon, krypton. More preferably the reactive gas is selected from a group comprising nitrogen, oxygen, methane, ammonia, acetylene or a fluorinated gas.
Dans un mode de réalisation préféré supplémentaire de l'invention, la méthode comprend en outre la génération d’un champ électrique entre l’électrode cylindrique et la surface interne de l’objet creux, avec l’électrode cylindrique servant de cathode et l’objet creux servant d'anode. Le champ électrique appliqué sur l’électrode est utilisé pour activer le gaz en un gaz de plasma et pour extraire au moins une portion du matériau cible de la cathode, qui est alors déposé sur la surface interne de la pièce creuse ou du tube.In a further preferred embodiment of the invention, the method further comprises generating an electric field between the cylindrical electrode and the inner surface of the hollow object, with the cylindrical electrode serving as a cathode and the hollow object serving as an anode. The electric field applied to the electrode is used to activate the gas into a plasma gas and to extract at least a portion of the target material from the cathode, which is then deposited on the inner surface of the hollow part or tube.
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Lorsqu'un champ électrique est appliqué sur une électrode cylindrique, il active ou décharge le gaz l’entourant, le convertissant en un gaz de plasma ou une décharge de plasma, à savoir, le champ électrique allume un plasma comprenant le gaz activé.When an electric field is applied to a cylindrical electrode, it activates or discharges the gas surrounding it, converting it into a plasma gas or a plasma discharge, i.e., the electric field ignites a plasma comprising the activated gas.
Ce gaz de plasma, également appelé gaz activé, est alors utilisé pour extraire au moins une portion du matériau cible de la cathode, en particulier par l’interaction des ions dans le gaz de plasma avec la cathode. Le matériau cible extrait est alors déposé sur la surface interne de l’objet creux, connu comme étant l’anode, résultant en la création d'un objet creux traité. Plus spécifiquement, pour la formation d’un revêtement. Cette méthode de dépôt est couramment connue sous le nom de pulvérisation. Par conséquent, l’électrode cylindrique fonctionne comme une source de plasma dans cette méthode spécifique. L'utilisation d’une électrode cylindrique dans ce procédé conduit à une pulvérisation isotrope, où le matériau cible est pulvérisé uniformément d’une manière radialement homogène, assurant que toutes les zones de la surface interne de l’objet creux sont régulièrement revêtues du matériau cible.This plasma gas, also called activated gas, is then used to extract at least a portion of the target material from the cathode, particularly through the interaction of ions in the plasma gas with the cathode. The extracted target material is then deposited onto the inner surface of the hollow object, known as the anode, resulting in the creation of a treated hollow object. More specifically, for the formation of a coating. This method of deposition is commonly known as sputtering. Therefore, the cylindrical electrode functions as a plasma source in this specific method. The use of a cylindrical electrode in this process results in isotropic sputtering, where the target material is uniformly sprayed in a radially homogeneous manner, ensuring that all areas of the inner surface of the hollow object are evenly coated with the target material.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la décharge de gaz a lieu en régime Townsend. Le régime Townsend est un concept en physique des plasmas qui fait référence à une plage spécifique d'intensités de champ électrique dans laquelle une décharge de plasma se produit. En régime Townsend, le champ électrique est — suffisamment fort pour ioniser les particules de gaz, créant un plasma, mais pas suffisamment fort pour provoquer une multiplication électronique importante par émission d'électrons secondaires. En régime Townsend, l'intensité du champ électrique est typiquement modérée, permettant d’obtenir une décharge de plasma stable et autonome. Le comportement du plasma en régime Townsend est — caractérisé par une relation linéaire entre le champ électrique et le taux d'ionisation, connue comme étant la loi de décharge de Townsend. Ce régime est couramment observé dans de nombreuses applications pratiques de plasma, telles que dans les décharges de gaz utilisées dans les lumières fluorescentes, les écrans à plasma, et certains types de techniques de traitement par plasma. Comprendre le régime deIn a preferred embodiment of the invention, the gas discharge occurs in the Townsend regime. The Townsend regime is a concept in plasma physics that refers to a specific range of electric field strengths in which a plasma discharge occurs. In the Townsend regime, the electric field is — strong enough to ionize gas particles, creating a plasma, but not strong enough to cause significant electron multiplication by secondary electron emission. In the Townsend regime, the electric field strength is typically moderate, allowing for a stable, self-sustaining plasma discharge. Plasma behavior in the Townsend regime is — characterized by a linear relationship between the electric field and the ionization rate, known as the Townsend discharge law. This regime is commonly observed in many practical plasma applications, such as in the gas discharges used in fluorescent lights, plasma displays, and certain types of plasma processing techniques. Understanding the Townsend Regime
Townsend est important pour contrôler et optimiser les procédés au plasma dans diverses applications technologiques. Ceci résulte en une décharge homogène d’un grand rayon, et contribue à l’'homogénéité et à l’uniformité du revêtement obtenu.Townsend is important for controlling and optimizing plasma processes in various technological applications. This results in a homogeneous discharge of a large radius, and contributes to the homogeneity and uniformity of the coating obtained.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le type de champ électrique appliqué sur l’électrode cylindrique pour le procédé d'activation et de pulvérisation de gaz de plasma peut varier. Un CA (courant alternatif) et un CC (courant continu) peuvent potentiellement être utilisés à cette fin, tant que le champ électrique estIn a preferred embodiment of the invention, the type of electric field applied to the cylindrical electrode for the plasma gas activation and spraying process can vary. Both AC (alternating current) and DC (direct current) can potentially be used for this purpose, as long as the electric field is
15 BE2023/5468 appliqué pendant une durée suffisamment longue pour former une couche de matériau cible sur la surface interne.15 BE2023/5468 applied for a period of time long enough to form a layer of target material on the internal surface.
Dans certains cas, une alimentation CC est couramment utilisée pour la pulvérisation, où une tension ou un courant constant est appliqué sur l’électrode pour générer le gaz de plasma et faciliter l’extraction et le dépôt de matériau cible.In some cases, a DC power supply is commonly used for sputtering, where a constant voltage or current is applied to the electrode to generate the plasma gas and facilitate the extraction and deposition of target material.
La pulvérisation CC est connue pour sa simplicité et sa facilité de contrôle, en faisant un choix populaire pour de nombreuses applications. D'autre part, une alimentationCC spraying is known for its simplicity and ease of control, making it a popular choice for many applications. On the other hand, a power supply
CC peut également être utilisée pour la pulvérisation, où la polarité du champ électrique alterne périodiquement. La pulvérisation CA inclut des techniques telles que la pulvérisation RF et l’HiPIMS (pulvérisation magnétron à impulsions haute puissance). Ces méthodes offrent des avantages spécifiques dans certaines situations. La pulvérisation CA est connue pour fournir certains avantages dans certaines situations, tels qu’une uniformité améliorée du revêtement déposé et une formation d'arc réduite. Le choix entre l'alimentation CA et CC pour la pulvérisation dépend de divers facteurs, y compris du matériau spécifique étant déposé, des propriétés de revêtement souhaitées, et de l’installation de l'équipement.DC can also be used for sputtering, where the polarity of the electric field alternates periodically. AC sputtering includes techniques such as RF sputtering and HiPIMS (high-power pulsed magnetron sputtering). These methods offer specific advantages in certain situations. AC sputtering is known to provide certain advantages in certain situations, such as improved uniformity of the deposited coating and reduced arcing. The choice between AC and DC power for sputtering depends on a variety of factors, including the specific material being deposited, the desired coating properties, and the equipment setup.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, une densité de puissance appliquée à la cathode est de préférence entre 0,01 W/cm? et 50 W/cm?, de préférence entre 0,01 W/cm? et 40 W/cm?, de préférence entre 0,05 W/cm? et 30 W/cm?, de préférence entre 0,1 W/cm2 et 35 W/cm?2, de préférence entre 0,03 W/cm2 et 25 W/cm?, de préférence entre 0,01 W/cm2 et 5 W/cm?, de préférence entre 0,05 W/cm2 et 2 W/cm?, de préférence entre 0,1 W/cm? et 2 W/cm2, de préférence entre 0,1 W/cm2 et 8 W/cm?, de préférence entre 0,1 W/cm? et 25 W/cm2, de préférence entre 0,2 W/cm? et 5 W/cm2, de préférence entre 0,5 W/cm2 et 10 W/cm?, de préférence entre 0,5 W/cm? et 15 W/cm?, de préférence entre 1 W/cm? et 10 W/cm?, de préférence entre 1 W/cm? et 20 W/cm?, de préférence entre 0,05 W/cm? et 25 W/cm? , de préférence entre 0,2 W/cm? et 10 W/cm?, de préférence entre 0,2 W/cm2 et 15 W/cm2, de préférence entre 0,01 W/cm? et 20 W/cm?, de préférence entre 0,05 W/cm? et 10 W/cm2. La densité de puissance fait référence à la quantité de puissance appliquée par unité d’aire de la surface de la cathode. Les densités proposées peuvent résulter en une énergie de bombardement ionique accrue, ce qui peut affecter les propriétés de revêtement telles que l’adhérence du revêtement, la microstructure, et le contrôle de l'épaisseur.In a preferred embodiment of the invention, a power density applied to the cathode is preferably between 0.01 W/cm? and 50 W/cm?, preferably between 0.01 W/cm? and 40 W/cm?, preferably between 0.05 W/cm? and 30 W/cm?, preferably between 0.1 W/cm2 and 35 W/cm?2, preferably between 0.03 W/cm2 and 25 W/cm?, preferably between 0.01 W/cm2 and 5 W/cm?, preferably between 0.05 W/cm2 and 2 W/cm?, preferably between 0.1 W/cm? and 2 W/cm2, preferably between 0.1 W/cm2 and 8 W/cm?, preferably between 0.1 W/cm? and 25 W/cm2, preferably between 0.2 W/cm? and 5 W/cm2, preferably between 0.5 W/cm2 and 10 W/cm?, preferably between 0.5 W/cm? and 15 W/cm?, preferably between 1 W/cm? and 10 W/cm?, preferably between 1 W/cm? and 20 W/cm?, preferably between 0.05 W/cm? and 25 W/cm?, preferably between 0.2 W/cm? and 10 W/cm?, preferably between 0.2 W/cm2 and 15 W/cm2, preferably between 0.01 W/cm? and 20 W/cm?, preferably between 0.05 W/cm? and 10 W/cm2. Power density refers to the amount of power applied per unit area of the cathode surface. The proposed densities may result in increased ion bombardment energy, which may affect coating properties such as coating adhesion, microstructure, and thickness control.
Des densités de puissance supérieures peuvent également conduire à des taux de dépôt supérieurs, ce qui peut affecter l’efficience et la productivité du procédé global.Higher power densities can also lead to higher deposition rates, which can affect the efficiency and productivity of the overall process.
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Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, une densité moyenne de courant appliquée à la cathode est de préférence entre 0,001 A/cm2 et 10 A/cm?, de préférence entre 0,002 A/cm? et 9 A/cm?, de préférence entre 0,003 A/cm? et 8 A/cm?, de préférence entre 0,004 A/cm2 et 7 A/cm?, de préférence entre 0,005 A/cm2 et 6 A/cm?, de préférence entre 0,001 A/cm2 et 0,5 A/cm?, de préférence entre 0,001 A/cm? et 1 A/cm?, de préférence entre 0,001 A/cm2 et 5 A/cm2, de préférence entre 0,001 A/cm2 et 10 A/cm?, de préférence entre 0,005 A/cm2 et 0,5 A/cm?, de préférence entre 0,005 A/cm2 et 1 A/cm?, de préférence entre 0,005 A/cm2 et 5 A/cm?, de préférence entre 0,01 A/cm2 et 0,5 A/cm?, de préférence entre 0,01 A/cm2 et 1 A/cm2, de préférence entre 0,01 A/cm? et 5 A/cm?, de préférence entre 0,01 A/cm? et 10 A/cm2. La densité moyenne de courant fait référence à la quantité de courant électrique passant à travers la cathode par unité d’aire. La densité moyenne de courant affecte l’ionisation du gaz de procédé et la génération de plasma, qui à son tour influence l'énergie de bombardement ionique et les caractéristiques de revêtement résultantes. Pour les films très minces, de faibles courants tels que de 0,001 A/cm2 peuvent être particulièrement utiles. Des densités de courant moyennes supérieures peuvent résulter en des densités de plasma supérieures et en une énergie de bombardement ionique accrue, ce qui peut affecter les propriétés de revêtement telles que — l’adhérence du revêtement, la densité et la microstructure.In a preferred embodiment of the invention, an average current density applied to the cathode is preferably between 0.001 A/cm2 and 10 A/cm?, preferably between 0.002 A/cm? and 9 A/cm?, preferably between 0.003 A/cm? and 8 A/cm?, preferably between 0.004 A/cm2 and 7 A/cm?, preferably between 0.005 A/cm2 and 6 A/cm?, preferably between 0.001 A/cm2 and 0.5 A/cm?, preferably between 0.001 A/cm? and 1 A/cm?, preferably between 0.001 A/cm2 and 5 A/cm2, preferably between 0.001 A/cm2 and 10 A/cm?, preferably between 0.005 A/cm2 and 0.5 A/cm?, preferably between 0.005 A/cm2 and 1 A/cm?, preferably between 0.005 A/cm2 and 5 A/cm?, preferably between 0.01 A/cm2 and 0.5 A/cm?, preferably between 0.01 A/cm2 and 1 A/cm2, preferably between 0.01 A/cm? and 5 A/cm?, preferably between 0.01 A/cm? and 10 A/cm2. The average current density refers to the amount of electric current passing through the cathode per unit area. The average current density affects the ionization of the process gas and the generation of plasma, which in turn influences the ion bombardment energy and the resulting coating characteristics. For very thin films, low currents such as 0.001 A/cm2 can be particularly useful. Higher average current densities can result in higher plasma densities and increased ion bombardment energy, which can affect coating properties such as — coating adhesion, density, and microstructure.
Optimiser la densité de puissance et la densité moyenne de courant à l’intérieur des plages préférées peut aider à atteindre les résultats souhaités dans le procédé de revêtement. Toutefois, les effets spécifiques de la densité de puissance et de la densité moyenne de courant sur le procédé de revêtement dépendent de divers — facteurs tels que le matériau étant traité, la configuration de l’électrode, le gaz de procédé, et autres paramètres de procédé. Par conséquent, une considération et un ajustement soigneux de ces paramètres sur la base des exigences et des conditions de procédé du revêtement spécifique sont nécessaires pour atteindre les propriétés de revêtement et la performance souhaitées.Optimizing power density and average current density within preferred ranges can help achieve desired results in the coating process. However, the specific effects of power density and average current density on the coating process depend on various factors—such as the material being processed, electrode configuration, process gas, and other process parameters. Therefore, careful consideration and adjustment of these parameters based on the requirements and process conditions of the specific coating is necessary to achieve the desired coating properties and performance.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la méthode comprend une étape de prétraitement de la surface interne de l’objet creux avant le dépôt du matériau cible sur la surface interne, à savoir, avant le revêtement de la surface interne. De préférence, le prétraitement est effectué avant de placer l’objet creux dans la chambre de réaction. Idéalement, le prétraitement est accompli dans la même chambre de réaction que celle utilisée pour le procédé de dépôt de revêtement, offrant commodité et efficience. Pour le prétraitement, une approche assistée parIn a preferred embodiment of the invention, the method comprises a step of pretreating the inner surface of the hollow object prior to depositing the target material on the inner surface, i.e., prior to coating the inner surface. Preferably, the pretreatment is performed prior to placing the hollow object in the reaction chamber. Ideally, the pretreatment is accomplished in the same reaction chamber as that used for the coating deposition process, providing convenience and efficiency. For the pretreatment, a coating-assisted approach
17 BE2023/5468 plasma est préférée. Ce prétraitement peut être accompli exclusivement ou principalement à l’intérieur de la chambre de réaction elle-même. Le prétraitement assisté par plasma se produit après avoir atteint la valeur de pression de travail prédéterminée mais avant d'introduire le gaz utilisé pour extraire le matériau cible de l’électrode. Cette séquence assure un moment optimal pour l’étape de prétraitement en relation avec le procédé global. II est important de noter que les spécificités du prétraitement peuvent varier. Le prétraitement peut être effectué à la même pression que le procédé de pulvérisation ou à une pression différente. De même, le prétraitement peut utiliser le même gaz que le procédé de pulvérisation ou un gaz différent. Toutefois, dans l’étape de prétraitement, la polarité est inversée pour assurer que c'est l’objet creux lui-même qui subit le procédé de « pulvérisation », en nettoyant et en préparant efficacement sa surface interne.17 BE2023/5468 plasma is preferred. This pretreatment may be accomplished exclusively or primarily within the reaction chamber itself. The plasma-assisted pretreatment occurs after reaching the predetermined working pressure value but before introducing the gas used to extract the target material from the electrode. This sequence ensures optimal timing of the pretreatment step in relation to the overall process. It is important to note that the specifics of the pretreatment may vary. The pretreatment may be performed at the same pressure as the sputtering process or at a different pressure. Similarly, the pretreatment may use the same gas as the sputtering process or a different gas. However, in the pretreatment step, the polarity is reversed to ensure that it is the hollow object itself that undergoes the “sputtering” process, effectively cleaning and preparing its internal surface.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le prétraitement comprend une étape de nettoyage et/ou de gravure, par exemple un nettoyage par ultrasons ou un sablage. Selon la présente divulgation, le terme « nettoyage » fait référence au procédé d'extraction des contaminants, en particulier des contaminants organiques, d’une surface. Autrement dit, un « nettoyage » fait référence à l'extraction basique des contaminants. D'autre part, dans le contexte de la présente invention, une « gravure » fait référence à un procédé qui implique à la fois l'extraction des — contaminants et la fixation de groupes fonctionnels spécifiques à la surface interne d’un objet creux. Ces groupes fonctionnels sont destinés à améliorer l’adhérence d’un revêtement de matériau cible à la surface. Autrement dit, une « gravure » englobe un procédé plus complet qui non seulement extrait les contaminants mais modifie également la surface par ajout de groupes fonctionnels qui facilitent la liaison d'un matériau de revêtement.In a preferred embodiment of the invention, the pretreatment comprises a cleaning and/or etching step, for example ultrasonic cleaning or sandblasting. According to the present disclosure, the term "cleaning" refers to the process of removing contaminants, in particular organic contaminants, from a surface. In other words, "cleaning" refers to the basic removal of contaminants. On the other hand, in the context of the present invention, "etching" refers to a process that involves both the removal of contaminants and the attachment of specific functional groups to the inner surface of a hollow object. These functional groups are intended to improve the adhesion of a target material coating to the surface. In other words, "etching" encompasses a more comprehensive process that not only removes contaminants but also modifies the surface by adding functional groups that facilitate the bonding of a coating material.
Dans un mode de réalisation préféré supplémentaire de l'invention, le prétraitement comprend une étape de gravure. De préférence, la gravure au plasma est effectuée dans la chambre de réaction lorsqu’est atteinte la pression de travail prédéterminée et avant le passage du gaz à travers la chambre de réaction. La gravure au plasma — comprend le passage d’un gaz de gravure à travers la chambre de réaction, fournissant ainsi le gaz de gravure dans le volume interne de l’objet creux. Ensuite, un deuxième champ électrique est appliqué sur l’objet creux, avec l’électrode cylindrique servant d’anode et l’objet creux servant de cathode. Le deuxième champ électrique active avantageusement le gaz de gravure, en obtenant ainsi un plasma de gravure. Les ions du plasma de gravure dissocient les contaminants organiques au niveau de la surface de la surface interne de l’objet creux, résultant en l'extraction des composants volatils par le gaz de gravure. Les ions du plasma de gravure seIn a further preferred embodiment of the invention, the pretreatment comprises an etching step. Preferably, the plasma etching is performed in the reaction chamber when the predetermined working pressure is reached and before the gas passes through the reaction chamber. Plasma etching—comprises passing an etching gas through the reaction chamber, thereby providing the etching gas into the internal volume of the hollow object. Then, a second electric field is applied to the hollow object, with the cylindrical electrode serving as an anode and the hollow object serving as a cathode. The second electric field advantageously activates the etching gas, thereby obtaining an etching plasma. The ions of the etching plasma dissociate organic contaminants at the surface of the internal surface of the hollow object, resulting in the extraction of volatile components by the etching gas. The ions of the etching plasma
18 BE2023/5468 fixent également à la surface interne, dotant ainsi la surface interne de groupes fonctionnels.18 BE2023/5468 also attach to the inner surface, thereby providing the inner surface with functional groups.
Dans un mode de réalisation préféré supplémentaire de l'invention, le gaz de gravure est choisi dans un groupe comprenant l’argon, l’hélium, l’azote, l'oxygène, le méthane, l’éthylène, le dioxyde d'azote, l’oxyde nitreux ou le fluor.In a further preferred embodiment of the invention, the etching gas is selected from a group consisting of argon, helium, nitrogen, oxygen, methane, ethylene, nitrogen dioxide, nitrous oxide or fluorine.
Dans un deuxième aspect, l'invention fournit un objet creux ayant une surface interne comprenant un revêtement DPV.In a second aspect, the invention provides a hollow object having an internal surface comprising a DPV coating.
Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, l’objet creux a un diamètre interne inférieur à 5 cm, le revêtement a une épaisseur entre 0,01 um et 50 um, et un écart relatif de l’épaisseur du revêtement est d'au plus 20 %.In a particularly preferred embodiment, the hollow object has an internal diameter of less than 5 cm, the coating has a thickness between 0.01 µm and 50 µm, and a relative deviation in the thickness of the coating is at most 20%.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, un rapport d’une longueur de l’objet creux à son diamètre interne est d'au moins 10, de préférence d’au moins 15, de manière davantage préférée d'au moins 20, de manière davantage préférée d'au moins 25, de manière davantage préférée d'au moins 30, de manière davantage préférée d’au moins 40, de manière davantage préférée d'au moins 45, de manière davantage préférée d'au moins 50, de manière davantage préférée d'au moins 50, de manière davantage préférée d'au moins 60, de manière davantage préférée d'au moins 70, de manière davantage préférée d'au moins 80, de manière davantage préférée d'au moins 90, de manière davantage préférée d’au moins 100.In a preferred embodiment of the invention, a ratio of a length of the hollow object to its inner diameter is at least 10, preferably at least 15, more preferably at least 20, more preferably at least 25, more preferably at least 30, more preferably at least 40, more preferably at least 45, more preferably at least 50, more preferably at least 50, more preferably at least 60, more preferably at least 70, more preferably at least 80, more preferably at least 90, more preferably at least 100.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, un rapport d’une longueur de l’objet creux à son diamètre interne est d’au plus 10 000, de manière davantage préférée d'au plus 5 000, de manière davantage préférée d’au plus 4 500, de manière davantage préférée d'au plus 4 000, de manière davantage préférée d'au plus 3 500, de manière davantage préférée d’au plus 3 000, de manière davantage préférée d'au plus 2 500, de manière davantage préférée d’au plus 2 000, de manière davantage préférée d'au plus 1 500, de manière davantage préférée d'au plus 1 000, de manière davantage préférée d'au plus 500, de manière davantage préférée d'au plus 400, de manière davantage préférée d'au plus 300, de manière davantage préférée d’au plus 200.In a preferred embodiment of the invention, a ratio of a length of the hollow object to its inner diameter is at most 10,000, more preferably at most 5,000, more preferably at most 4,500, more preferably at most 4,000, more preferably at most 3,500, more preferably at most 3,000, more preferably at most 2,500, more preferably at most 2,000, more preferably at most 1,500, more preferably at most 1,000, more preferably at most 500, more preferably at most 400, more preferably at most 300, more preferably at most 200.
De manière préférée entre toutes, le rapport de la longueur de l’objet creux à son diamètre interne se situe dans une plage entre 10 et 2 000, de préférence entre 15 et 1 500, de manière davantage préférée entre 20 et 1 000, de manière davantage préférée entre 25 et 500, de manière davantage préférée entre 30 et 400, deMost preferably, the ratio of the length of the hollow object to its internal diameter is in a range between 10 and 2,000, preferably between 15 and 1,500, more preferably between 20 and 1,000, more preferably between 25 and 500, more preferably between 30 and 400,
19 BE2023/5468 manière davantage préférée entre 40 et 300, de manière davantage préférée entre 50 et 200.19 BE2023/5468 more preferably between 40 and 300, more preferably between 50 and 200.
De préférence, le diamètre interne de l’objet creux est d'au moins 0,1 mm, de préférence d'au moins 0,5 mm, de manière davantage préférée d'au moins 1,0 mm, de manière davantage préférée d'au moins 2,0 mm, de manière davantage préférée d’au moins 3,0 mm, de manière davantage préférée d'au moins 4,0 mm, de manière davantage préférée d’au moins 5,0 mm, de manière davantage préférée d’au moins 6,0 mm, de manière davantage préférée d'au moins 7,0 mm, de manière davantage préférée d'au moins 8,0 mm, de manière davantage préférée d’au moins 9,0 mm, de manière davantage préférée d'au moins 10,0 mm, de manière davantage préférée d’au moins 15,0 mm, de manière davantage préférée d’au moins 20,0 mm, de manière davantage préférée d'au moins 25,0 mm.Preferably, the inner diameter of the hollow object is at least 0.1 mm, preferably at least 0.5 mm, more preferably at least 1.0 mm, more preferably at least 2.0 mm, more preferably at least 3.0 mm, more preferably at least 4.0 mm, more preferably at least 5.0 mm, more preferably at least 6.0 mm, more preferably at least 7.0 mm, more preferably at least 8.0 mm, more preferably at least 9.0 mm, more preferably at least 10.0 mm, more preferably at least 15.0 mm, more preferably at least 20.0 mm, more preferably at least 25.0 mm.
De préférence, le diamètre interne de l’objet creux est d’au plus 50,0 mm, de préférence d'au plus 49,0 mm, de manière davantage préférée d’au plus 48,0 mm, de manière davantage préférée d’au plus 47,0 mm, de manière davantage préférée d’au plus 46,0 mm, de manière davantage préférée d’au plus 45,0 mm, de manière davantage préférée d'au plus 44,0 mm, de manière davantage préférée d’au plus 43,0 mm, de manière davantage préférée d'au plus 42,0 mm, de manière davantage préférée d'au plus 41,0 mm, de manière davantage préférée d'au plus 40,0 mm, de manière davantage préférée d’au plus 39,0 mm, de manière davantage préférée d'au plus 38,0 mm, de manière davantage préférée d’au plus 37,0 mm, de manière davantage préférée d'au plus 36,0 mm, de manière davantage préférée d’au plus 35,0 mm, de manière davantage préférée d’au plus 34,0 mm, de manière davantage préférée d'au plus 33,0 mm, de manière davantage préférée d'au plus 32,0 mm, de manière davantage préférée d’au plus 31,0 mm, de manière davantage préférée d'au plus 30,0 mm.Preferably, the inner diameter of the hollow object is at most 50.0 mm, preferably at most 49.0 mm, more preferably at most 48.0 mm, more preferably at most 47.0 mm, more preferably at most 46.0 mm, more preferably at most 45.0 mm, more preferably at most 44.0 mm, more preferably at most 43.0 mm, more preferably at most 42.0 mm, more preferably at most 41.0 mm, more preferably at most 40.0 mm, more preferably at most 39.0 mm, more preferably at most 38.0 mm, more preferably at most 37.0 mm, more preferably at most 36.0 mm, more preferably at most 35.0 mm, more preferably at most 34.0 mm, more preferably at most 33.0 mm, more preferably at most 32.0 mm, more preferably at most 31.0 mm, more preferably at most 30.0 mm.
Dans un mode de réalisation préféré supplémentaire de l'invention, l’objet creux a la forme d'un tube creux ou d'un cylindre. Autrement dit, la surface interne de l’objet creux définit un volume interne. L'objet creux est par exemple fait d'acier et d'alliages à base d'acier.In a further preferred embodiment of the invention, the hollow object has the shape of a hollow tube or a cylinder. In other words, the inner surface of the hollow object defines an internal volume. The hollow object is for example made of steel and steel-based alloys.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le revêtement formé est un revêtement tribologique. Les revêtements tribologiques sont utilisés dans les applications qui sont exposées à des forces de contact sévères sous l'effet desquelles des revêtements en film mince normaux se fractureraient et perdant leur adhérence, perdant ainsi leur fonction protectrice. Ces revêtements sont conçus pour avoir deIn one embodiment of the invention, the coating formed is a tribological coating. Tribological coatings are used in applications that are exposed to severe contact forces under which normal thin film coatings would fracture and lose their adhesion, thereby losing their protective function. These coatings are designed to have
20 BE2023/5468 faibles coefficients de frottement, une dureté élevée, et une durabilité accrue pour résister à l’usure causée par différentes formes telles que le soudage par adhérence, le cisaillement, l’abrasion, l'impact de particules à vitesse élevée, l'érosion, la corrosion, et l'interaction chimique induite par des températures élevées. Les exemples d'applications qui bénéficient des revêtements tribologiques incluent les outils de coupe en métal, les surfaces opérant à des températures élevées, les surfaces optiques exposées à des impacts de haute vélocité, et les surfaces exposées à Vabrasion de contact et aux liquides corrosifs.20 BE2023/5468 low coefficients of friction, high hardness, and increased durability to resist wear caused by various forms such as bond welding, shearing, abrasion, high-velocity particle impact, erosion, corrosion, and chemical interaction induced by high temperatures. Examples of applications that benefit from tribological coatings include metal cutting tools, surfaces operating at high temperatures, optical surfaces exposed to high-velocity impacts, and surfaces exposed to contact abrasion and corrosive liquids.
Les revêtements tribologiques trouvent des applications dans une large plage de secteurs, y compris l’usinage, les implants médicaux, les véhicules militaires aériens et marins, les métaux décoratifs commerciaux, et les surfaces polymères. Un exemple de revêtements tribologiques dans l’utilisation commerciale est l’adaptation de la technologie militaire pour les aéronefs supersoniques, où des revêtements tels que le carbone sous forme de diamant amorphe (DLC), le carbure de germanium (Gec), le nitrure de bore (BN) et autres sont utilisés pour protéger les fenêtres optiques contre l’érosion due au sable, à la poussière et à la pluie. Ces revêtements trouvent également une utilité dans les fenêtres d'imagerie infrarouge (IR) thermique pour les voitures haut de gamme et la protection environnementale dans les opérations militaires dans les environnements difficiles.Tribological coatings find applications in a wide range of industries, including machining, medical implants, military air and marine vehicles, commercial decorative metals, and polymer surfaces. An example of tribological coatings in commercial use is the adaptation of military technology for supersonic aircraft, where coatings such as diamond-like carbon (DLC), germanium carbide (Gec), boron nitride (BN), and others are used to protect optical windows from erosion by sand, dust, and rain. These coatings also find use in thermal infrared (IR) imaging windows for high-end automobiles and environmental protection in military operations in harsh environments.
Des revêtements multicouche sont souvent employés pour les applications tribologiques, puisqu'ils offrent une performance améliorée comparativement aux revêtements monocouche. Typiquement, les revêtements tribologiques ont une épaisseur se situant dans une plage de 5 à 30 um, et les revêtements multicouche sont constitués de couches alternées de matériaux résistants durs et de matériaux plus mous pour réduire les contraintes internes et augmenter la durabilité. Notre méthode permet d'obtenir le développement commode de revêtements multicouche par simple commutation du gaz utilisé. Les exemples de paires de matériaux hautement intéressantes pour les revêtements tribologiques incluent le Ti/TiC, leMultilayer coatings are often used for tribological applications, as they offer improved performance compared to single-layer coatings. Typically, tribological coatings have a thickness ranging from 5 to 30 um, and multilayer coatings consist of alternating layers of hard and softer materials to reduce internal stresses and increase durability. Our method allows for the convenient development of multilayer coatings by simply switching the gas used. Examples of highly attractive material pairs for tribological coatings include Ti/TiC,
Ti/TiN, le TiAI/TiAIN, le Cr/CrN et le Ta/TaN. De plus, les matériaux tels que les nitrures, les carbures, et le carbone sous forme de diamant amorphe (DLC) sont d'excellents candidats pour les revêtements tribologiques en raison de leurs propriétés de résistance à l'usure, qui ne peuvent pas être atteintes par des méthodes d'électrodéposition.Ti/TiN, TiAI/TiAIN, Cr/CrN, and Ta/TaN. In addition, materials such as nitrides, carbides, and diamond-like carbon (DLC) are excellent candidates for tribological coatings due to their wear-resistant properties, which cannot be achieved by electrodeposition methods.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le revêtement formé est destiné à — permettre une perméation gazeuse. La perméation gazeuse est un procédé à multiples facettes impliquant une absorption, une dissociation, une diffusion, uneIn one embodiment of the invention, the formed coating is for — enabling gas permeation. Gas permeation is a multifaceted process involving absorption, dissociation, diffusion,
21 BE2023/5468 recombinaison et une désorption de molécules de gaz, similaire au phénomène de dégazage de matériau. Le revêtement est spécifiquement conçu pour faciliter le mouvement contrôlé de molécules de gaz à travers sa structure, tout en maintenant son intégrité et ses caractéristiques de performance. Cette capacité de perméation gazeuse du revêtement le rend approprié pour les applications où un transport contrôlé des gaz ou des propriétés de barrière sont souhaitées, telles que dans la séparation de gaz, le conditionnement, ou autres environnements spécialisés. Pour les barrières de perméation gazeuse, un revêtement dense est typiquement nécessaire, qui peut être obtenu par pulvérisation. Les matériaux considérés pour les barrières de perméation gazeuse sont principalement les nitrures, comme pour les applications tribologiques. Toutefois, l'épaisseur du revêtement est généralement plus fine, autour de 1 um. Certains des matériaux les plus prometteurs pour les barrières de perméation à l’hydrogène sont le TiN, le TiAIN, le SiN et le SiC. Pour d’autres gaz, des oxydes tels que l’AI203 ou le SiO2 peuvent également être inclus en tant que matériaux de revêtement.21 BE2023/5468 recombination and desorption of gas molecules, similar to the phenomenon of material outgassing. The coating is specifically designed to facilitate the controlled movement of gas molecules through its structure, while maintaining its integrity and performance characteristics. This gas permeation capability of the coating makes it suitable for applications where controlled gas transport or barrier properties are desired, such as in gas separation, packaging, or other specialized environments. For gas permeation barriers, a dense coating is typically required, which can be achieved by sputtering. The materials considered for gas permeation barriers are mainly nitrides, as for tribological applications. However, the thickness of the coating is typically thinner, around 1 um. Some of the most promising materials for hydrogen permeation barriers are TiN, TiAIN, SiN and SiC. For other gases, oxides such as AI203 or SiO2 can also be included as coating materials.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le revêtement formé est destiné à fournir une résistance à la corrosion. Ce revêtement peut être appliqué sur des tuyaux ou autres composants qui sont en contact avec des fluides corrosifs, fournissant une barrière de protection pour empêcher la corrosion et prolonger la durée de vie du matériau. Le revêtement est typiquement composé d’oxydes ou de nitrures, avec des épaisseurs se situant dans une plage de 1 à 10 um. Les matériaux couramment utilisés pour les revêtements résistant à la corrosion incluent le SiO2, l’AI203, leIn one embodiment of the invention, the coating formed is intended to provide corrosion resistance. This coating can be applied to pipes or other components that are in contact with corrosive fluids, providing a protective barrier to prevent corrosion and extend the life of the material. The coating is typically composed of oxides or nitrides, with thicknesses ranging from 1 to 10 µm. Commonly used materials for corrosion resistant coatings include SiO2, Al203,
ZrO2, le ZrSiO4, le TiN et le TiAIN. Ces matériaux sont choisis pour leurs excellentes propriétés de résistance à la corrosion, qui peuvent empêcher ou réduire la =— dégradation du matériau sous-jacent en raison de réactions chimiques avec les fluides corrosifs. Ce revêtement résistant à la corrosion peut trouver des applications dans divers secteurs où la protection contre les environnements corrosifs est critique, tels que les secteurs du pétrole et du gaz, du traitement chimique, maritime et automobile.ZrO2, ZrSiO4, TiN and TiAIN. These materials are chosen for their excellent corrosion resistance properties, which can prevent or reduce the =— degradation of the underlying material due to chemical reactions with corrosive fluids. This corrosion resistant coating can find applications in various industries where protection against corrosive environments is critical, such as oil and gas, chemical processing, marine and automotive.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le revêtement formé est destiné à fonctionner en tant que catalyseur. Ce revêtement peut être appliqué sur les tubes à l’intérieur de ou après un réacteur chimique, où il peut favoriser ou accélérer des réactions chimiques spécifiques. Le choix du matériau de catalyseur dépendra de la réaction et des conditions d'opération souhaitées, mais généralement, des — revêtements métalliques, en particulier des métaux nobles tels que le Pt, le Pd, Au ou leurs oxydes, sont couramment utilisés pour la catalyse.In one embodiment of the invention, the formed coating is intended to function as a catalyst. This coating can be applied to tubes within or after a chemical reactor, where it can promote or accelerate specific chemical reactions. The choice of catalyst material will depend on the desired reaction and operating conditions, but generally, metallic coatings, particularly noble metals such as Pt, Pd, Au or their oxides, are commonly used for catalysis.
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Contrairement aux revêtements à perméation gazeuse ou résistant à corrosion, les revêtements catalytiques sont typiquement bien plus minces, souvent à l’échelle nanométrique, pour augmenter au maximum la surface disponible pour l’activité catalytique. Le revêtement est conçu pour fournir une activité catalytique et une — sélectivité élevées, tout en maintenant stabilité et durabilité dans les conditions d'opération de la réaction chimique. Les propriétés du revêtement de catalyseur, telles que sa composition, sa morphologie et son épaisseur, peuvent être adaptées sur la base des exigences spécifiques de la réaction chimique ciblée. Revêtir des objets tubulaires avec des catalyseurs peut significativement améliorer l'efficience et la performance des procédés chimiques dans les secteurs tels que les produits pétrochimiques, les produits pharmaceutiques et les applications environnementales. L'utilisation de revêtements de catalyseur peut permettre d'obtenir des taux de conversion supérieurs, des températures de réaction inférieures, une consommation d'énergie réduite et une sélectivité améliorée des produits, les rendant utiles pour diverses applications catalytiques dans différents secteurs.Unlike gas permeation or corrosion resistant coatings, catalytic coatings are typically much thinner, often in the nanoscale, to maximize the surface area available for catalytic activity. The coating is designed to provide high catalytic activity and selectivity, while maintaining stability and durability under the operating conditions of the chemical reaction. The properties of the catalyst coating, such as its composition, morphology, and thickness, can be tailored based on the specific requirements of the targeted chemical reaction. Coating tubular objects with catalysts can significantly improve the efficiency and performance of chemical processes in industries such as petrochemicals, pharmaceuticals, and environmental applications. The use of catalyst coatings can achieve higher conversion rates, lower reaction temperatures, reduced energy consumption, and improved product selectivity, making them useful for a variety of catalytic applications in different industries.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le revêtement formé est destiné à être conducteur. Ce revêtement conducteur peut être appliqué à l’intérieur d’un tube, et il peut servir diverses fins en fonction de l’application spécifique. Par exemple, le cuivre (Cu) et l’argent (Ag) sont couramment utilisés en tant que matériaux de revêtement conducteurs lorsque la transparence n’est pas une exigence. Ces revêtements peuvent permettre d'obtenir une conductivité électrique, les rendant appropriés pour les applications où un courant électrique doit circuler à travers la surface revêtue, tel que dans les dispositifs électroniques, les capteurs ou les câblages. Dans certains cas, une transparence peut être souhaitée, tel que dans les tubes de verre ou autres substrats transparents. Dans de tels scénarios, l’oxyde d’indium et d’étain (OIE) peut être utilisé en tant que matériau de revêtement. L'OIE est un matériau conducteur transparent qui peut être déposé en tant que revêtement mince, permettant à la lumière de passer à travers tout en maintenant ses propriétés — conductrices. Ceci fait qu’il est approprié pour les applications où une conductivité électrique et une transparence sont toutes deux requises, tel que dans les écrans tactiles, les dispositifs d'affichage ou les capteurs optiques. L’épaisseur et la composition du revêtement conducteur peuvent être optimisées sur la base des exigences spécifiques de l’application, y compris les facteurs tels que la conductivité électrique, la transparence, l’adhérence et la durabilité. Les revêtements conducteurs peuvent fournir une fonctionnalité et une performance améliorées à uneIn one embodiment of the invention, the formed coating is intended to be conductive. This conductive coating can be applied to the interior of a tube, and it can serve a variety of purposes depending on the specific application. For example, copper (Cu) and silver (Ag) are commonly used as conductive coating materials when transparency is not a requirement. These coatings can provide electrical conductivity, making them suitable for applications where an electrical current must flow through the coated surface, such as in electronic devices, sensors, or wiring. In some cases, transparency may be desired, such as in glass tubes or other transparent substrates. In such scenarios, indium tin oxide (ITO) can be used as the coating material. ITO is a transparent conductive material that can be deposited as a thin coating, allowing light to pass through while maintaining its conductive properties. This makes it suitable for applications where both electrical conductivity and transparency are required, such as in touch screens, displays or optical sensors. The thickness and composition of the conductive coating can be optimized based on the specific requirements of the application, including factors such as electrical conductivity, transparency, adhesion and durability. Conductive coatings can provide enhanced functionality and performance at a
23 BE2023/5468 large plage d'applications, les rendant utiles dans divers secteurs, y compris l'électronique, l'optique, l’automobile et l’aérospatial.23 BE2023/5468 wide range of applications, making them useful in various industries including electronics, optics, automotive and aerospace.
Dans un troisième aspect, l’invention fournit une utilisation d’une méthode selon le premier aspect de l'invention, et pour obtenir un objet creux ayant une surface interne comprenant un revêtement selon le deuxième aspect de l'invention.In a third aspect, the invention provides a use of a method according to the first aspect of the invention, and for obtaining a hollow object having an internal surface comprising a coating according to the second aspect of the invention.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le revêtement est utilisé en tant que barrière de perméation gazeuse, qui est particulièrement cruciale dans le contexte du développement de technologies à base d'hydrogène. Une application importante est le revêtement de la surface interne d'objets creux utilisés pour la distribution de l'hydrogène pour empêcher la fragilisation de l’objet creux. Ceci est considéré comme un défi important dans le transport et le stockage de l'hydrogène, et le développement de barrières de perméation gazeuse efficaces est très important. Le revêtement formant barrière de perméation gazeuse peut être conçu pour avoir une épaisseur, une composition et une adhérence optimisées pour répondre aux — exigences spécifiques de l'application. Il peut fournir une protection fiable contre la perméation gazeuse, réduisant au maximum le risque de fragilisation ou autres effets néfastes sur le tuyau ou le matériau de substrat, et assurant l'intégrité et la performance du composant revêtu. Cette application de barrière de perméation gazeuse a des utilisations potentielles dans divers secteurs, y compris les piles à combustible à hydrogène, le stockage de l'énergie, et les systèmes de distribution de gaz, entre autres.In one embodiment of the invention, the coating is used as a gas permeation barrier, which is particularly crucial in the context of the development of hydrogen-based technologies. An important application is the coating of the inner surface of hollow objects used for hydrogen delivery to prevent embrittlement of the hollow object. This is considered a significant challenge in hydrogen transportation and storage, and the development of effective gas permeation barriers is very important. The gas permeation barrier coating can be designed to have an optimized thickness, composition, and adhesion to meet the specific requirements of the application. It can provide reliable protection against gas permeation, minimizing the risk of embrittlement or other adverse effects on the pipe or substrate material, and ensuring the integrity and performance of the coated component. This gas permeation barrier application has potential uses in various industries, including hydrogen fuel cells, energy storage, and gas distribution systems, among others.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le revêtement sert de solution hautement efficace pour la résistance à la corrosion. Contrairement aux options de revêtement humide traditionnelles, cette méthode innovante offre l'avantage d'être sans solvant, la rendant particulièrement appropriée pour développer des revêtements anticorrosion à l’intérieur d'objets creux. La résistance à la corrosion est une exigence critique dans divers secteurs où par exemple des pipelines sont utilisés pour transporter des fluides ou des gaz. L'approche traditionnelle consistant à utiliser des revêtements humides, qui impliquent l’utilisation de solvants, peut avoir des — implications environnementales et de sécurité, étant donné que les solvants peuvent libérer des fumées nocives et contribuer à la pollution de l’air. De plus, les revêtements à base de solvant peuvent nécessiter un temps de séchage et des procédés de durcissement additionnels, conduisant à des cycles de production plus longs et à des coûts accrus. Toutefois, lorsqu'ils sont utilisés en tant que revêtement — présentant une résistance à la corrosion, la nécessité de solvants est éliminée, ce qui en fait une option respectueuse de l’environnement qui réduit au maximum lesIn one embodiment of the invention, the coating serves as a highly effective solution for corrosion resistance. Unlike traditional wet coating options, this innovative method offers the advantage of being solvent-free, making it particularly suitable for developing anti-corrosion coatings inside hollow objects. Corrosion resistance is a critical requirement in various industries where for example pipelines are used to transport fluids or gases. The traditional approach of using wet coatings, which involve the use of solvents, can have environmental and safety implications, as solvents can release harmful fumes and contribute to air pollution. In addition, solvent-based coatings can require additional drying time and curing processes, leading to longer production cycles and increased costs. However, when used as a corrosion-resistant coating, the need for solvents is eliminated, making it an environmentally friendly option that minimizes the
24 BE2023/5468 émissions et réduit le risque de dangers pour la santé. De plus, l’absence de solvants permet d'obtenir un séchage et un durcissement plus rapides, permettant d'obtenir des procédés de production plus efficients et des délais d'approvisionnement plus courts. Le revêtement anticorrosion sans solvant peut être appliqué sur les surfaces internes d'objets creux, tels que des tuyaux. Le revêtement agit comme une barrière, empêchant les substances corrosives de venir en contact avec la surface des tuyaux, réduisant ainsi significativement le risque de corrosion et prolongeant la durée de vie des tuyaux. En fait, il peut même améliorer les propriétés protectrices du revêtement, étant donné qu'il élimine les problèmes potentiels liés au solvant, tels qu’une couverture irrégulière ou une adhérence médiocre.24 BE2023/5468 emissions and reduces the risk of health hazards. In addition, the absence of solvents allows for faster drying and curing, enabling more efficient production processes and shorter lead times. The solvent-free anti-corrosion coating can be applied to the internal surfaces of hollow objects, such as pipes. The coating acts as a barrier, preventing corrosive substances from coming into contact with the pipe surface, thereby significantly reducing the risk of corrosion and extending the service life of the pipes. In fact, it can even improve the protective properties of the coating, as it eliminates potential solvent-related problems, such as uneven coverage or poor adhesion.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le revêtement sert de solution hautement efficace pour les modifications de l’énergie de surface. Cette méthode innovante peut être appliquée à diverses applications où l’objectif est d'améliorer l'aptitude de glissement des fluides sur les parois des tuyaux, tel que dans les injecteurs ou dans le secteur alimentaire. Les revêtements présentant des propriétés hautement hydrophiles ou hydrophobes peuvent être avantageusement déposés en utilisant cette méthode. Les modifications de l'énergie de surface sont cruciales dans de nombreux secteurs où l'interaction entre les fluides et les surfaces joue un rôle important. Par exemple, dans les injecteurs, les revêtements ayant des propriétés de surface spécifiques peuvent optimiser l’écoulement des fluides, améliorant leur performance et leur efficience. De même, dans le secteur alimentaire, les revêtements présentant des caractéristiques d'énergie de surface adaptées peuvent améliorer le traitement et la manipulation des produits alimentaires, assurant des opérations aisées et efficientes. Des revêtements hautement hydrophiles peuvent être déposés pour favoriser le mouillage des fluides sur les parois des tuyaux, réduisant le frottement et améliorant l'écoulement des fluides. D'autre part, des revêtements hautement hydrophobes peuvent être appliqués pour chasser les fluides, réduisant au maximum l’adhérence, et réduisant l’encrassage ou l'accumulation sur les parois des tuyaux. De plus, le revêtement peut être — personnalisé pour présenter d’autres propriétés d'énergie de surface souhaitées, telles que des propriétés oléophobes, amphiphiles ou superhydrophobes, en fonction des exigences des applications spécifiques. Cette polyvalence dans les modifications de l’énergie de surface rend le revêtement hautement adaptable à une large plage d'applications industrielles où les interactions des fluides avec les surfaces sont critiques. En outre, le revêtement peut être uniformément appliqué sur les surfaces intérieures d'objets creux, tels que des tuyaux, assurant des modifications constantes et durables de l'énergie de surface. Le procédé de dépôt précis permetIn one embodiment of the invention, the coating serves as a highly efficient solution for surface energy modifications. This innovative method can be applied to various applications where the objective is to improve the sliding ability of fluids on pipe walls, such as in injectors or in the food sector. Coatings with highly hydrophilic or hydrophobic properties can be advantageously deposited using this method. Surface energy modifications are crucial in many sectors where the interaction between fluids and surfaces plays an important role. For example, in injectors, coatings with specific surface properties can optimize fluid flow, improving their performance and efficiency. Similarly, in the food sector, coatings with suitable surface energy characteristics can improve the processing and handling of food products, ensuring easy and efficient operations. Highly hydrophilic coatings can be deposited to promote the wetting of fluids on pipe walls, reducing friction and improving fluid flow. On the other hand, highly hydrophobic coatings can be applied to repel fluids, minimizing adhesion, and reducing fouling or buildup on pipe walls. In addition, the coating can be customized to exhibit other desired surface energy properties, such as oleophobic, amphiphilic, or superhydrophobic, depending on the requirements of specific applications. This versatility in surface energy modifications makes the coating highly adaptable to a wide range of industrial applications where fluid interactions with surfaces are critical. In addition, the coating can be uniformly applied to the interior surfaces of hollow objects, such as pipes, ensuring consistent and long-lasting surface energy modifications. The precise deposition process allows
25 BE2023/5468 d'obtenir une couverture contrôlée et uniforme, permettant une performance fiable et efficace du revêtement au cours du temps.25 BE2023/5468 to obtain controlled and uniform coverage, allowing reliable and efficient performance of the coating over time.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le revêtement sert de solution hautement efficace pour la résistance à l’érosion. Celui-ci peut être utilisé pour protéger des surfaces de l’érosion provoquée par l’impact de particules solides, qui peut se produire dans diverses applications industrielles, telles que dans les diffuseurs d’aéronef. L'érosion est une préoccupation importante dans de nombreux secteurs où les surfaces sont soumises à des impacts de grande vélocité de particules solides, résultant en une usure et un endommagement progressifs au cours du temps. Par exemple, dans les diffuseurs d’'aéronef, qui conduisent l'air dans la chambre de combustion à travers de nombreuses entrées de gaz étroites agencées autour d’un cadre circulaire, l'érosion provoquée par les particules de poussière présentes dans l'air peut résulter en une augmentation du diamètre des entrées de gaz, conduisant à un endommagement potentiel du moteur d’aéronef. Le revêtement présentant une resistance à l'érosion fournit une couche protectrice robuste qui résiste efficacement à l'érosion des impacts de particules solides. La composition du revêtement est destinée à résister aux impacts de haute vélocité et à empêcher l’usure, réduisantIn one embodiment of the invention, the coating serves as a highly effective solution for erosion resistance. It can be used to protect surfaces from erosion caused by solid particle impact, which can occur in various industrial applications, such as in aircraft diffusers. Erosion is a significant concern in many industries where surfaces are subjected to high velocity impacts from solid particles, resulting in progressive wear and damage over time. For example, in aircraft diffusers, which direct air into the combustion chamber through many narrow gas inlets arranged around a circular frame, erosion caused by dust particles in the air can result in an increase in the diameter of the gas inlets, leading to potential damage to the aircraft engine. The erosion resistant coating provides a robust protective layer that effectively resists erosion from solid particle impacts. The coating composition is designed to resist high velocity impacts and prevent wear, reducing
Vendommagement potentiel et prolongeant la durée de vie de composants critiques.Potential damage and extending the life of critical components.
En outre, le procédé de dépôt précis permet d'obtenir une couverture uniforme du revêtement sur les surfaces, assurant une protection complète contre l’érosion à travers la surface entière. Le revêtement adhère fermement au substrat, maintenant ses propriétés de résistance à l'érosion même dans des conditions délicates. Outre les diffuseurs d'aéronef, ce revêtement présentant une résistance à l'érosion peut également trouver des applications dans d’autres secteurs où les surfaces sont — exposées à des impacts de particules solides, tels que dans les turbines à gaz, les pompes, et autres systèmes d'écoulement à haute vélocité. En fournissant une protection fiable contre l’érosion, le revêtement peut aider à réduire les coûts élevés de maintenance, de réparation et de remplacement des composants endommagés, résultant en une efficience opérationnelle accrue et une immobilisation réduite.In addition, the precise deposition process allows for uniform coating coverage on surfaces, ensuring complete erosion protection across the entire surface. The coating adheres firmly to the substrate, maintaining its erosion-resistant properties even under harsh conditions. In addition to aircraft diffusers, this erosion-resistant coating can also find applications in other industries where surfaces are exposed to solid particle impacts, such as in gas turbines, pumps, and other high-velocity flow systems. By providing reliable erosion protection, the coating can help reduce high maintenance, repair, and replacement costs of damaged components, resulting in increased operational efficiency and reduced downtime.
L'invention est en outre décrite par les exemples non limitants suivants qui illustrent davantage l'invention, et ne sont pas destinés à limiter la portée de l'invention, ni ne doivent être interprétés comme tels.The invention is further described by the following non-limiting examples which further illustrate the invention, and are not intended to limit the scope of the invention, nor should they be construed as such.
Avec comme but une meilleure illustration des propriétés de l'invention, ce qui suit présente, à titre d'exemple et ne limitant d’aucune manière d’autres applicationsWith the aim of better illustrating the properties of the invention, the following presents, by way of example and without limiting in any way other applications
26 BE2023/5468 potentielles, une description d’un nombre d'applications préférées de la méthode pour examiner l’état du coulis utilisé dans un raccord mécanique basé sur l’invention.26 BE2023/5468 potential, a description of a number of preferred applications of the method for examining the condition of grout used in a mechanical connection based on the invention.
La numérotation suivante fait référence à : 1. Objet creux 2. Surface interne de l’objet creux 3. Électrode cylindrique 4. Chambre de réaction 5. Matériau cible A 6. Matériau cible B 7. Matériau cible C 8. Sous-électrode A 9. Sous-électrode B 10. Sous-électrode C 11. Revêtement 1 12. Revêtement 2 13. Revêtement 3The following numbering refers to: 1. Hollow object 2. Inner surface of the hollow object 3. Cylindrical electrode 4. Reaction chamber 5. Target material A 6. Target material B 7. Target material C 8. Sub-electrode A 9. Sub-electrode B 10. Sub-electrode C 11. Coating 1 12. Coating 2 13. Coating 3
Dans la plupart des cas, les matériaux cibles A 5, B 6 et C 7 utilisés pour le procédé de revêtement correspondent aux mêmes matériaux que l’électrode cylindrique 3.In most cases, the target materials A 5, B 6 and C 7 used for the coating process correspond to the same materials as the cylindrical electrode 3.
Ceci signifie qu’un fil du matériau cible respectif est utilisé, et différents matériaux sont soudés ensemble pour former un fil avec de multiples cibles. L'utilisation d’un fil constitué de différents matériaux cibles permet d'obtenir un dépôt efficient et commode de divers revêtements. En contrôlant le mouvement relatif entre l’électrode cylindrique 3 et l’objet creux 1, il devient possible de déposer des couches de différents matériaux sur la surface interne. Cette technique permet la création de revêtements multicouche ayant des propriétés et des compositions distinctes. II convient de noter que cette approche contribue à la polyvalence et à la flexibilité du procédé de revêtement. Elle permet le dépôt de revêtements ayant des compositions de matériau variables, conduisant à une fonctionnalité et à une performance améliorées de l’objet creux 1 revêtu.This means that a wire of the respective target material is used, and different materials are welded together to form a wire with multiple targets. The use of a wire made of different target materials allows for efficient and convenient deposition of various coatings. By controlling the relative motion between the cylindrical electrode 3 and the hollow object 1, it becomes possible to deposit layers of different materials on the inner surface. This technique allows for the creation of multilayer coatings having distinct properties and compositions. It should be noted that this approach contributes to the versatility and flexibility of the coating process. It allows for the deposition of coatings having varying material compositions, leading to improved functionality and performance of the coated hollow object 1.
Il est en outre important de clarifier que dans certains cas, l’objet creux 1 peut également fonctionner en tant que chambre de réaction. Dans certaines configurations, telles que celles représentées sur les Figures 2 à 4, une chambre de reaction séparée existe le long de l’objet creux 1. Cette chambre de réaction dédiée est conçue pour faciliter le procédé de revêtement en fournissant des conditions contrôlées pour le dépôt du matériau cible sur la surface interne de l’objet creux 2.It is further important to clarify that in some cases, the hollow object 1 may also function as a reaction chamber. In some configurations, such as those shown in Figures 2-4, a separate reaction chamber exists along the hollow object 1. This dedicated reaction chamber is designed to facilitate the coating process by providing controlled conditions for the deposition of the target material on the internal surface of the hollow object 2.
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L'électrode cylindrique 3 et les matériaux cibles sont positionnes à l’intérieur de cette chambre de réaction, et le procédé de revêtement se produit à l’intérieur de cet espace confiné. Toutefois, il existe des situations où l’objet creux 1 lui-même peut agir en tant que chambre de réaction. Dans de tels cas, le procédé de revêtement a lieu directement à l’intérieur du volume interne de l’objet creux 1, éliminant la nécessité d’une chambre de réaction séparée. Ceci peut simplifier l'installation et potentiellement offrir des avantages en termes d'efficience et de qualité du revêtement.The cylindrical electrode 3 and the target materials are positioned within this reaction chamber, and the coating process occurs within this confined space. However, there are situations where the hollow object 1 itself can act as the reaction chamber. In such cases, the coating process takes place directly within the internal volume of the hollow object 1, eliminating the need for a separate reaction chamber. This can simplify installation and potentially provide benefits in terms of efficiency and coating quality.
Sur la figure 1, l’objet creux 1 est montré avec sa surface interne 2 visible. De plus, une électrode cylindrique 3, fonctionnant comme une cathode, est positionnée coaxialement par rapport à l’objet creux 1, qui sert d’anode. L'électrode cylindrique 3 et la surface interne de l’objet creux 2 sont séparées d’une distance moyenne désignée par Des. Cette représentation souligne l’alignement coaxial précis de l’électrode cylindrique 3 relativement à l’objet creux 1, en tant qu’aspect notable de l'invention.In Figure 1, the hollow object 1 is shown with its inner surface 2 visible. In addition, a cylindrical electrode 3, functioning as a cathode, is positioned coaxially with respect to the hollow object 1, which serves as an anode. The cylindrical electrode 3 and the inner surface of the hollow object 2 are separated by an average distance designated by Des. This representation emphasizes the precise coaxial alignment of the cylindrical electrode 3 relative to the hollow object 1, as a notable aspect of the invention.
La Figure 2 montre une section longitudinale d’une chambre de réaction 4, exposant un mode de réalisation de la présente invention dans lequel un objet creux 1 devant être revêtu est inséré. Notamment, l’objet creux 1 comprend une électrode cylindrique 3 qui fonctionne en tant que cathode, tandis que la surface interne de l’objet creux 2 sert d'anode. L'électrode cylindrique 3 agit comme une cathode sur laquelle le champ électrique est appliqué pour allumer un plasma pour le dépôt du matériau cible de celui-ci sur la surface interne de l’objet creux 2 est fourni.Figure 2 shows a longitudinal section of a reaction chamber 4, showing an embodiment of the present invention in which a hollow object 1 to be coated is inserted. In particular, the hollow object 1 comprises a cylindrical electrode 3 which functions as a cathode, while the inner surface of the hollow object 2 serves as an anode. The cylindrical electrode 3 acts as a cathode on which the electric field is applied to ignite a plasma for deposition of the target material thereof on the inner surface of the hollow object 2 is provided.
L'électrode cylindrique 3 est positionnée coaxialement à l’intérieur de l’objet creux 1. L’électrode cylindrique 3 a un seul type de matériau cible régulièrement distribué sur la surface externe entière de l’électrode.The cylindrical electrode 3 is positioned coaxially inside the hollow object 1. The cylindrical electrode 3 has a single type of target material regularly distributed on the entire outer surface of the electrode.
L'électrode cylindrique 3 a une longueur qui est égale à la longueur du tube creux.The cylindrical electrode 3 has a length which is equal to the length of the hollow tube.
Ceci permet à l’électrode cylindrique 3 d'être fixée ou attachée à des moyens de retenue à l’intérieur de la chambre de réaction 4 pour que l’électrode cylindrique 3 reste en place. La cathode permet la génération du plasma le long de la longueur — entière de l’objet creux 1, résultant en le revêtement simultané de la surface interne entière de l’objet creux 2. Bien qu'une installation horizontale soit montrée, l'installation, à savoir, le positionnement de l’objet creux 1 et de l’électrode cylindrique 3 dans la chambre de réaction 4, peut également être verticale ou selon n'importe quel autre angle.This allows the cylindrical electrode 3 to be fixed or attached to retaining means within the reaction chamber 4 so that the cylindrical electrode 3 remains in place. The cathode allows the generation of plasma along the entire length of the hollow object 1, resulting in the simultaneous coating of the entire internal surface of the hollow object 2. Although a horizontal installation is shown, the installation, i.e., the positioning of the hollow object 1 and the cylindrical electrode 3 in the reaction chamber 4, may also be vertical or at any other angle.
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La Figure 3 montre une section longitudinale d’une chambre de réaction 4 et d’un objet creux 1 ayant une surface interne 2 à traiter définissant un volume interne. En outre cette figure montre une électrode cylindrique 3, fonctionnant en tant que cathode, et elle est utilisée pour générer un champ électrique qui allume un plasma pour le dépôt du matériau cible 5 sur la surface interne de l’objet creux 2. L'électrode cylindrique 3 est positionnée coaxialement avec l’objet creux 1 et est revêtue avec un seul type de matériau cible 5 qui est distribué régulièrement sur sa surface externe entière.Figure 3 shows a longitudinal section of a reaction chamber 4 and a hollow object 1 having an internal surface 2 to be treated defining an internal volume. Furthermore this figure shows a cylindrical electrode 3, functioning as a cathode, and it is used to generate an electric field which ignites a plasma for the deposition of the target material 5 on the internal surface of the hollow object 2. The cylindrical electrode 3 is positioned coaxially with the hollow object 1 and is coated with a single type of target material 5 which is distributed regularly on its entire external surface.
La longueur de l’électrode cylindrique 3 est typiquement conçue pour correspondre à la longueur du tube creux étant revêtu ou la dépasser. Pour les tubes ouverts, l’électrode cylindrique 3 est au moins de longueur égale pour assurer une couverture complète. En fait, il est pratique commune pour l’électrode d’être plus longue que le tube lui-même pour garantir un revêtement uniforme sur toute la longueur.The length of the cylindrical electrode 3 is typically designed to match or exceed the length of the hollow tube being coated. For open tubes, the cylindrical electrode 3 is at least of equal length to ensure complete coverage. In fact, it is common practice for the electrode to be longer than the tube itself to ensure uniform coating over the entire length.
Toutefois, la Figure 3 présente un scénario spécifique représentant une électrode — cylindrique 3 plus courte. Cet agencement est spécifiquement employé pour les tubes semi-ouverts où le matériau cible ne peut pas passer à travers l’ouverture restreinte. Il est important de noter que ce cas particulier est une exception, et que dans toutes les autres situations, l’électrode cylindrique 3 a la même longueur que le tube creux ou une longueur supérieure à celui-ci pour faciliter un procédé de revêtement complet et uniforme.However, Figure 3 shows a specific scenario representing a shorter cylindrical electrode 3. This arrangement is specifically employed for semi-open tubes where the target material cannot pass through the restricted opening. It is important to note that this particular case is an exception, and that in all other situations, the cylindrical electrode 3 is the same length as or greater than the hollow tube to facilitate a complete and uniform coating process.
Il convient de mentionner que les informations suivantes relatives au mouvement relatif ne sont pas applicables lors de l’utilisation d’une seule cible, comme dans notre cas. Toutefois, elles sont pertinentes pour les installations à cibles multiples, tel que montré sur la figure 4. Pour atteindre un revêtement uniforme sur la surface interne de l’objet creux 2, l’électrode cylindrique 3 et l’objet creux 1 sont agencés pour se déplacer l’un par rapport à l'autre tout en maintenant leur position coaxiale.It is worth mentioning that the following information regarding relative motion is not applicable when using a single target, as in our case. However, it is relevant for multiple target setups, as shown in Figure 4. To achieve uniform coating on the inner surface of the hollow object 2, the cylindrical electrode 3 and the hollow object 1 are arranged to move relative to each other while maintaining their coaxial position.
Ce mouvement relatif peut impliquer l’électrode cylindrique 3 se déplaçant seule, ou l’objet creux 1 se déplaçant seul, ou l’électrode cylindrique 3 et l’objet creux 1 se déplaçant tous deux simultanément.This relative motion may involve the cylindrical electrode 3 moving alone, or the hollow object 1 moving alone, or the cylindrical electrode 3 and the hollow object 1 both moving simultaneously.
Pendant le procédé de dépôt, l’électrode cylindrique 3 peut avantageusement se déplacer le long de l'axe central de l’objet creux 1. Si l’électrode cylindrique 3 et l’objet creux 1 sont tous deux déplacés, ils peuvent se déplacer dans la même direction à différentes vitesses, ou dans des directions opposées à la même vitesse ou à différentes vitesses. Ceci permet d'obtenir la création de zones ayant des — densités de décharge de plasma variables sur la surface interne de l’objet creux 2.During the deposition process, the cylindrical electrode 3 can advantageously move along the central axis of the hollow object 1. If both the cylindrical electrode 3 and the hollow object 1 are moved, they can move in the same direction at different speeds, or in opposite directions at the same speed or at different speeds. This makes it possible to achieve the creation of areas having varying plasma discharge densities on the inner surface of the hollow object 2.
Spécifiquement, la densité de plasma la plus élevée est générée au niveau de laSpecifically, the highest plasma density is generated at the
29 BE2023/5468 portion de la surface interne 2 qui est la plus proche, ou à la distance minimale, de l’électrode. D'autre part, des zones de densité de plasma inférieure sont créées au niveau de portions de la surface interne 2 qui sont plus éloignées de l’électrode.29 BE2023/5468 portion of the inner surface 2 which is closest to, or at the minimum distance from, the electrode. On the other hand, areas of lower plasma density are created at portions of the inner surface 2 which are further away from the electrode.
Sur la figure 3, il convient de noter que la configuration représentée est spécifiquement conçue pour le revêtement de la partie interne d'un tube semi- ouvert, comme par exemple une clarinette, où l'accès à l’intérieur est limité. Dans ce scénario particulier, l’électrode cylindrique 3 montrée est plus courte que l’objet creux 1 pour accueillir la forme du tube. Toutefois, il est important de souligner que pour toute autre application de revêtement, où l’objet creux 1 est totalement accessible, l’électrode cylindrique 3 doit être au moins aussi longue que la longueur de l’objet pour assurer un revêtement uniforme et efficace sur sa surface entière.In Figure 3, it should be noted that the configuration shown is specifically designed for coating the internal part of a semi-open tube, such as a clarinet, where access to the interior is limited. In this particular scenario, the cylindrical electrode 3 shown is shorter than the hollow object 1 to accommodate the shape of the tube. However, it is important to emphasize that for any other coating application, where the hollow object 1 is fully accessible, the cylindrical electrode 3 must be at least as long as the length of the object to ensure uniform and efficient coating over its entire surface.
Cette considération assure un dépôt de revêtement optimal et maintient une constance à travers les différents procédés de revêtement.This consideration ensures optimal coating deposition and maintains consistency across different coating processes.
La Figure 4 illustre une section longitudinale d’une chambre de réaction 4 et d’un objet creux 1 devant être revêtu. Un objet creux 1 a une surface interne 2 qui nécessite un traitement, et il englobe un volume interne. Une électrode cylindrique 3, servant de cathode où un champ électrique est appliqué pour générer un plasma pour le dépôt du matériau cible 5, est positionnée coaxialement avec l’objet creux 1, alignée avec son axe central. — L'électrode cylindrique 3 est composée de trois sous-électrodes 8, 9, 10 qui sont agencées en série, offrant des avantages, en particulier pour atteindre des conceptions de revêtement spécifiques et optimiser l'efficience. L'un des avantages est l'aptitude à créer une composition chimique présentant un gradient à l’intérieur de l’objet creux 1 lorsque les cibles et l’objet creux 1 restent stationnaires les uns par rapport aux autres. Ceci signifie que différentes sections de l’objet creux 1 peuvent être revêtues de différents matériaux, résultant en une composition présentant un gradient. Ce gradient peut améliorer les propriétés et la performance du matériau.Figure 4 illustrates a longitudinal section of a reaction chamber 4 and a hollow object 1 to be coated. A hollow object 1 has an internal surface 2 that requires treatment, and it encompasses an internal volume. A cylindrical electrode 3, serving as a cathode where an electric field is applied to generate a plasma for deposition of the target material 5, is positioned coaxially with the hollow object 1, aligned with its central axis. — The cylindrical electrode 3 is composed of three sub-electrodes 8, 9, 10 that are arranged in series, providing advantages, in particular for achieving specific coating designs and optimizing efficiency. One advantage is the ability to create a chemical composition exhibiting a gradient within the hollow object 1 when the targets and the hollow object 1 remain stationary relative to each other. This means that different sections of the hollow object 1 can be coated with different materials, resulting in a composition exhibiting a gradient. This gradient can improve the properties and performance of the material.
Un autre avantage est l’aptitude à concevoir des revêtements multicouche de différents matériaux, tels que A, B et C, tels que représentés sur la figure 5. Ceci est atteint lorsque les cibles et l’objet creux 1 se déplacent les uns par rapport aux autres pendant le procédé de revêtement. Les sous-électrodes, travaillant en série, facilitent le dépôt contrôlé de chaque couche de matériau, permettant d’obtenir la création de revêtements complexes ayant les propriétés souhaitées.Another advantage is the ability to design multilayer coatings of different materials, such as A, B and C, as shown in Figure 5. This is achieved when the targets and the hollow object 1 move relative to each other during the coating process. The sub-electrodes, working in series, facilitate the controlled deposition of each layer of material, allowing the creation of complex coatings with the desired properties.
En utilisant la configuration d’électrode à composants multiples, le procédé de revêtement devient plus efficient, permettant de gagner du temps comparativementBy using the multi-component electrode configuration, the coating process becomes more efficient, saving time comparatively
30 BE2023/5468 à la réalisation de trois étapes de dépôt séparées avec différentes électrodes. De plus, le risque de mauvais alignement ou d'erreurs de positionnement est réduit puisque le nombre d'opérations est réduit au maximum.30 BE2023/5468 to the realization of three separate deposition steps with different electrodes. In addition, the risk of misalignment or positioning errors is reduced since the number of operations is reduced to a minimum.
Sur cette figure, les sous-électrodes 8, 9, 10 comprennent un matériau cible différent (matériau cible A 5, matériau cible B 6, matériau cible C 7), permettant le dépôt de revêtements multicouche ayant des compositions variables le long de la surface interne de l’objet creux 2. Il convient de noter qu’elles peuvent également comprendre le même matériau cible.In this figure, the sub-electrodes 8, 9, 10 comprise a different target material (target material A 5, target material B 6, target material C 7), allowing the deposition of multilayer coatings having variable compositions along the internal surface of the hollow object 2. It should be noted that they can also comprise the same target material.
Il convient en outre de souligner que tandis que la Figure 4 illustre une électrode cylindrique 3 qui est de longueur égale à celle de l’objet creux 1, l’électrode cylindrique 3 peut également avoir une longueur plus courte ou plus longue que l’objet creux 1. Lorsque l’électrode cylindrique 3 est plus longue que l’objet creux 1, elle permet l’utilisation de sous-électrodes 8, 9, 10 ayant différents matériaux cibles.It should further be emphasized that while Figure 4 illustrates a cylindrical electrode 3 which is of equal length to that of the hollow object 1, the cylindrical electrode 3 may also have a shorter or longer length than the hollow object 1. When the cylindrical electrode 3 is longer than the hollow object 1, it allows the use of sub-electrodes 8, 9, 10 having different target materials.
Cette configuration facilite le dépôt de revêtements ayant des compositions variables le long de la longueur de l’objet creux 1. De plus, il est important de noter que des fils plus longs d'un seul matériau sont couramment utilisés pour assurer un revêtement uniforme, même sur les bords de l’objet creux 1. Cette approche aide à maintenir la constance et la qualité des revêtements déposés. En outre, avoir la pièce de centrage positionnée à l’extérieur de l’objet creux 1, tel que représenté sur le dessin joint, permet au plasma de rester non perturbé, contribuant à l'efficacité et à l'efficience du procédé de revêtement.This configuration facilitates the deposition of coatings having varying compositions along the length of the hollow object 1. Additionally, it is important to note that longer wires of a single material are commonly used to ensure uniform coating, even at the edges of the hollow object 1. This approach helps maintain the consistency and quality of the deposited coatings. Furthermore, having the centering piece positioned outside the hollow object 1, as shown in the accompanying drawing, allows the plasma to remain undisturbed, contributing to the effectiveness and efficiency of the coating process.
De plus, la distance moyenne De, entre l’électrode cylindrique 3 et la surface interne de l’objet creux 2 est remarquablement visible sur la figure 1 à 4, étant donné qu'il s’agit d’un paramètre crucial dans le procédé de revêtement selon le mode de réalisation de la présente invention. Ceci souligne importance de l’alignement précis et de la séparation de l’électrode cylindrique 3 et de la surface interne de l’objet creux 2 pour le procédé de revêtement.In addition, the average distance De, between the cylindrical electrode 3 and the inner surface of the hollow object 2 is remarkably visible in FIG. 1 to 4, since it is a crucial parameter in the coating process according to the embodiment of the present invention. This emphasizes the importance of the precise alignment and separation of the cylindrical electrode 3 and the inner surface of the hollow object 2 for the coating process.
Sur la figure 5, un schéma détaillé d’un objet creux 1 revêtu est représenté en section longitudinale. La surface interne de l’objet creux 2 a été revêtue avec de multiples couches de différents matériaux de revêtement, identifiées comme étant les couches 11, 12 et 13. Ces couches forment une structure à multiples revêtements sur la surface interne de l’objet creux 2.In Figure 5, a detailed diagram of a coated hollow object 1 is shown in longitudinal section. The inner surface of the hollow object 2 has been coated with multiple layers of different coating materials, identified as layers 11, 12 and 13. These layers form a multiple coating structure on the inner surface of the hollow object 2.
La Figure 6 montre une section longitudinale d’un objet creux 1 revêtu, exposant un mode de réalisation de l'invention. L'objet revêtu est un tube creux ou un cylindre,Figure 6 shows a longitudinal section of a coated hollow object 1, showing one embodiment of the invention. The coated object is a hollow tube or cylinder,
31 BE2023/5468 et la section traversant le tube révèle sa surface interne, qui a été revêtue d’un seul matériau cible 5. Le revêtement 11 sur la surface interne de l’objet creux 2 apparaît comme une couche uniforme et continue, couvrant la surface interne entière de l’objet creux 1.31 BE2023/5468 and the section through the tube reveals its inner surface, which has been coated with a single target material 5. The coating 11 on the inner surface of the hollow object 2 appears as a uniform and continuous layer, covering the entire inner surface of the hollow object 1.
La présente invention va à présent être exemplifiée en référence à l'exemple suivant.The present invention will now be exemplified with reference to the following example.
La présente invention n’est d'aucune manière limitée à l'exemple donné ou aux modes de réalisation présentés sur les figures.The present invention is in no way limited to the example given or to the embodiments shown in the figures.
Exemple 1 : un objet creux revêtu.Example 1: a coated hollow object.
L'objet creux revêtu, tel que montré sur la figure 6, est un tube de petit diamètre ayant un diamètre interne de 2 mm et une longueur de 50 mm. L'objectif du procédé de revêtement était de déposer un revêtement de nitrure de titane (TiN) sur la surface interne, qui est un revêtement tribologique courant connu pour sa dureté élevée et ses propriétés de résistance à l’usure.The coated hollow object, as shown in Figure 6, is a small diameter tube with an internal diameter of 2 mm and a length of 50 mm. The objective of the coating process was to deposit a titanium nitride (TiN) coating on the internal surface, which is a common tribological coating known for its high hardness and wear resistance properties.
Pour atteindre le revêtement souhaité, une technique de dépôt physique en phase vapeur (DPV) appelée pulvérisation a été employée. La configuration impliquait une électrode cylindrique, agissant en tant que cathode, positionnée à l’intérieur du tube d’une manière coaxiale pour assurer une distribution uniforme de l'épaisseur. Dans ce cas, un matériau cible en titane (Ti) a été utilisé. Pour favoriser la formation du revêtement de TiN, un gaz d'azote pur a été injecté dans la chambre pendant le procédé de pulvérisation. L’interaction du plasma d'azote avec les atomes de Ti pulvérisés a résulté en le revêtement de TiN souhaité sur la surface interne du tube.To achieve the desired coating, a physical vapor deposition (PVD) technique called sputtering was employed. The setup involved a cylindrical electrode, acting as a cathode, positioned inside the tube in a coaxial manner to ensure uniform thickness distribution. In this case, a titanium (Ti) target material was used. To promote the formation of the TiN coating, pure nitrogen gas was injected into the chamber during the sputtering process. The interaction of the nitrogen plasma with the sputtered Ti atoms resulted in the desired TiN coating on the inner surface of the tube.
Le tube a été configuré en tant qu’anode, et un champ électrique a été appliqué sur l’électrode cylindrique, agissant en tant que cathode.The tube was configured as the anode, and an electric field was applied to the cylindrical electrode, acting as the cathode.
Une pression de travail de 5 Torr a été maintenue dans la chambre de réaction, et la puissance a été réglée à 200 W avec une fréquence de 250 KHz. La durée des impulsions a été réglée à 1 600 ns, assurant une pulvérisation efficiente du matériau cible sur la surface interne du tube.A working pressure of 5 Torr was maintained in the reaction chamber, and the power was set to 200 W with a frequency of 250 KHz. The pulse duration was set to 1600 ns, ensuring efficient sputtering of the target material onto the inner surface of the tube.
Après que le procédé de revêtement était achevé, l’objet revêtu a été évalué pour déterminer la qualité et l'homogénéité du revêtement. Des coupes transversales du tube revêtu ont été préparées en utilisant des techniques métallographiques standard. Les coupes transversales ont alors été observées en utilisant une microscopie électronique à balayage (SEM) pour évaluer l’épaisseur du revêtement, la morphologie, et l’adhérence au substrat. Les images MEB montraient un revêtement uniforme et dense ayant une épaisseur d'approximativement 1 um,After the coating process was completed, the coated object was evaluated to determine the quality and homogeneity of the coating. Cross sections of the coated tube were prepared using standard metallographic techniques. The cross sections were then observed using scanning electron microscopy (SEM) to assess coating thickness, morphology, and adhesion to the substrate. SEM images showed a uniform and dense coating with a thickness of approximately 1 µm,
32 BE2023/5468 adhérant bien à la surface interne entière du tube. Le revêtement présentait une morphologie lisse et homogène, indiquant un revêtement de haute qualité.32 BE2023/5468 adhering well to the entire internal surface of the tube. The coating exhibited a smooth and homogeneous morphology, indicating a high quality coating.
De plus, une microscopie optique (MO) a également été utilisée pour observer l’objet revêtu pour détecter tout défaut visible, tel que des fissures ou des vides. Les imagesAdditionally, optical microscopy (OM) was also used to observe the coated object for any visible defects, such as cracks or voids. The images
MO montraient un revêtement visuellement uniforme et sans défaut, confirmant la haute qualité et l’uniformité du revêtement obtenu avec les paramètres donnés.MO showed a visually uniform and defect-free coating, confirming the high quality and uniformity of the coating obtained with the given parameters.
Globalement, l’objet revêtu obtenu avec les paramètres d’une pression de travail de 5 Torr, d’une puissance de 200 W, d’une fréquence de 250 KHz, et d’une durée d’impulsion de 1 600 ns présentait un revêtement uniforme, dense et de haute qualité sur la surface interne entière du tube de petit diamètre, tel qu’évalué par les observations MEB et MO.Overall, the coated object obtained with the parameters of 5 Torr working pressure, 200 W power, 250 KHz frequency, and 1600 ns pulse duration exhibited a uniform, dense, and high-quality coating on the entire inner surface of the small-diameter tube, as evaluated by SEM and MO observations.
La présente invention n’est d'aucune manière limitée aux modes de réalisation décrits dans les exemples et/ou montrés sur les figures. Au contraire, les méthodes selon la présente invention peuvent être réalisées de nombreuses manières différentes sans s'éloigner de la portée de l’invention.The present invention is in no way limited to the embodiments described in the examples and/or shown in the figures. On the contrary, the methods according to the present invention can be carried out in many different ways without departing from the scope of the invention.
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