Revêtements décoratifs déposés en phase vapeur

Elle débute par une présentation générale des différents procédés de dépôts en phase vapeur (des descriptifs plus détaillés sont présentés en annexes 1 et 2) puis dresse un inventaire des principaux fournisseurs et solutions décoratives proposés actuellement sur le marché.

Les dépôts en phase vapeur regroupent des techniques de revêtement sous vide visant à appliquer des couches minces de matière à l’état atomique sur des substrats.

Ces procédés sont classés en deux grandes familles bien distinctes selon le processus, physique ou chimique, qui est utilisé pour générer la vapeur à l’origine de la formation du dépôt : le dépôt physique en phase vapeur (PVD) et le dépôt chimique en phase vapeur (CVD).

Le PVD repose sur la vaporisation physique de la matière. Le matériau à déposer est transformé en vapeur par bombardement ionique dans un plasma ou par évaporation thermique. Les atomes sont ensuite dirigés vers le substrat où ils se condensent, formant un revêtement. Les techniques de pulvérisation cathodique et d’évaporation sous vide sont les plus courantes.

Les dépôts couramment réalisés incluent des métaux (titane, chrome) et des céramiques (carbure, nitrure). Les couches obtenues peuvent être monocouches, multicouches ou graduées, et la rotation des pièces dans l’enceinte assure l’uniformité du revêtement.

Le CVD, quant à lui, repose sur des réactions chimiques entre espèces gazeuses après décomposition thermique afin de former un troisième corps qui sera lié chimiquement à la surface de la pièce à revêtir. Des gaz réactifs (azote, oxygène) ou des précurseurs (hydrocarbures, métaux volatils) sont utilisés.

Les technologies PECVD (dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma) et ALD (dépôt de couche atomique) sont des variantes du CVD qui exploitent des plasmas ou le dépôt séquentiel de couches atomiques pour pallier les conditions sévères de températures et de pression des techniques classiques.

Le CVD offre des avantages comme la conformité du revêtement aux surfaces complexes, un meilleur contrôle de la composition chimique, et des couches bien adhérentes. En revanche, l’épaisseur du dépôt, souvent entre 5 et 12 μm, peut créer des contraintes résiduelles qui fragilisent le revêtement.

En conclusion, PVD et CVD sont deux technologies complémentaires qui permettent de doter les matériaux de propriétés de surface avancées. Le choix entre ces techniques dépend des spécificités de l’application : le PVD est privilégié pour des couches fines et des matériaux résistant à haute température, tandis que le CVD s’adapte bien aux revêtements plus épais et aux structures complexes, avec une précision de composition chimique.

Les revêtements en phase vapeur décoratifs, utilisés principalement dans l'industrie horlogère, reposent en grande majorité sur deux procédés courants : l'évaporation par arc cathodique et la pulvérisation magnétron.

Les matériaux les plus fréquemment utilisés incluent le nitrure de titane (TiN), le nitrure de zirconium (ZrN), le carbonitrure de zirconium (ZrCN) et le Diamond Like Carbon (DLC), qui est souvent confondu avec le PVD. En réalité, le DLC est un type de traitement qui peut être déposé par diverses technologies, notamment PVD.

Dans le cadre de l'évaporation par arc cathodique, les revêtements décoratifs courants comme le TiN et le ZrCN sont prisés pour leur capacité à réfléchir la lumière visible de la même manière que l'or. Les revêtements appliqués ont généralement une épaisseur variant entre 0,1 et 1 μm.

La pulvérisation magnétron, quant à elle, permet de déposer des revêtements ayant la même composition chimique que le matériau source dans une atmosphère inerte, comme les alliages d'or ou d'argent.

Une technique hybride consiste à combiner un revêtement de base dur, tel que TiN ou ZrCN, avec une fine couche d’or pulvérisé, offrant à la fois durabilité et une esthétique proche de l'or.

Les substrats adaptés aux procédés PVD doivent avoir une faible pression de vapeur à haute température. Les alliages de nickel et les aciers inoxydables sont idéaux, tandis que les métaux comme l'étain et le zinc posent des problèmes en raison de leur volatilité. Pour ces derniers, une sous-couche, le plus souvent déposée par galvanoplastie, devra être réalisée.

Avant la réalisation du dépôt, les pièces doivent être soigneusement préparées. Cela inclut un polissage de surface si un aspect lisse est souhaité, ainsi qu'un nettoyage minutieux pour éliminer toute contamination. Ce nettoyage doit être réalisé juste avant le chargement dans la chambre de revêtement.

Contrairement à certains procédés de galvanoplastie qui ajoutent de l'éclat aux pièces, les PVD ne modifient pas l'état de la surface. Si un résultat final très poli est requis, la pièce doit être hautement polie avant d'être revêtue.

Les techniques PVD assurent une durabilité aux dépôts décoratifs qui peut être comparable à celle des dépôts utilisés pour prolonger la durée de vie des outils de coupe, bien que les dépôts décoratifs soient généralement plus fins. En outre, les techniques sont respectueuses de l'environnement, étant entièrement sèches et ne nécessitant pas de produits chimiques toxiques.

Les gammes de revêtements en phase vapeur décoratifs de 7 fournisseurs : ARCTEC, BLOESCH, DAUMET, IONBOND, OERLIKON BALZERS, POSITIVE COATING, SURCOTEC sont ensuite présentées et leurs coordonnées sont indiquées en annexe 3.