Ce rapport présente les résultats obtenus du projet « Amélioration de la performance des outils de coupe par traitement par nanodéposition plasma » qui a débuté le 1er avril 2011 et s’est terminé le 31 mars 2012. L’objectif du projet était de traiter des outils afin d’en améliorer la performance en usine.
Cette étude a permis de faire des avancées dans la connaissance et dans l’expérimentation du traitement des outils de coupe par dépôts de couches minces par pulvérisation cathodique. Des collaborations entreprises avec l’Université de Montréal et Arts et Métiers ParisTech de Cluny en France ont permis d’avancer nos connaissances; de même, des traitements effectués chez ces partenaires ont pu être expérimentés en conditions industrielles dans des usines au Québec.
Cette étude a permis aussi de corroborer les résultats obtenus dans des tests effectués l’année dernière et qui avaient permis d’atteindre une amélioration de la durée de vie d’environ 35 % pour des outils de canter dans une étude préliminaire. Par la suite, des gains de 43 % ont été obtenus pour une étude plus étendue pour les couteaux de canter. Un autre test effectué avec des scies circulaires dans du bois feuillu avait permis d’obtenir une longévité de 50 %.
Ces tests ont permis de corroborer les résultats du test préliminaire et démontrent l’efficacité des traitements de surface des outils par pulvérisation cathodique pour l’industrie de la transformation primaire. Une expertise a pu être montée dans l’opération du réacteur et les paramètres ont été obtenus afin de faire du dépôt avec du CrN. Un service direct de traitement d’outils de coupe est maintenant disponible chez FPInnovations pour effectuer des dépôts de CrN et qui peuvent aider l’entreprise canadienne à mieux d’être plus compétitive.
Les principales méthodes utilisées pour fabriquer des couches minces sous vide font appel à la technique de dépôt en phase vapeur chimique (CVD : Chemical Vapor Deposition) et de dépôt en phase vapeur physique (PVD : Physical Vapor Deposition). L’industrie du bois peut utiliser avec succès ces méthodes pour obtenir des produits à grande valeur ajoutée. Le présent projet a eu pour objectif principal l’étude de faisabilité des systèmes multicouches pour la protection du bois (érable à sucre - Acer saccharum) déposés par plasma.
Les absorbeurs des UV comme ZnO et TiO2 ont été choisis pour fabriquer des couches minces résistantes à la photodégradation. Al2O3 a été choisi pour ses excellentes propriétés mécaniques.
Les systèmes multicouches de TiO2, ZnO et Al2O3 pour le bois ont été réalisés par la pulvérisation cathodique magnétron. La couche mince polymère a été obtenue par la polymérisation en plasma d’argon de l’éthane à l’aide d’une source ICP (Inductivly Coupled Plasma). La spectroscopie à photoélectrons X a été utilisée pour caractériser les couches minces. L’épaisseur des couches minces a été mesurée par la profilométrie optique. Les couches minces avec TiO2 et ZnO ont montré leur transparence simultanément avec une absorption efficace dans le domaine UVB et UVA et UVB respectivement.
Afin de simuler l’exposition extérieure, les systèmes monocouches et multicouches ont été soumis au vieillissement accéléré pendant 400 heures. Le système multicouche TiO2/ZnO/polymère et les monocouches de TiO2 et polymère (réalisé avec C2H6) ont stabilisé le changement de la couleur de l’érable. Le système multicouches Al2O3/polymère (C2H6) a amélioré la dureté de la surface de l’érable simultanément avec une augmentation du module d’élasticité (donc de la rigidité).
Les résultats obtenus ont démontré la faisabilité des systèmes multicouches pour le bois réalisés par la déposition en plasma d’argon. L’ingénierie de systèmes multicouches ouvre de multiples possibilités dans la conception de revêtements pour la protection du bois en fonction de propriétés à améliorer ciblées (résistance mécanique, résistance aux UV, hydrophobicité, effet barrière au feu, antimicrobien, etc.).
IMPREGNATION
PLASMA
WOOD
Abstract
Les principales méthodes utilisées pour fabriquer des couches minces sous vide font appel à la technique de dépôt en phase vapeur chimique (CVD : Chemical Vapor Deposition) et de dépôt en phase vapeur physique (PVD : Physical Vapor Deposition). L’industrie du bois peut utiliser avec succès ces méthodes pour obtenir des produits à grande valeur ajoutée. Le présent projet a eu pour objectif principal l’étude de faisabilité des systèmes multicouches pour la protection du bois (érable à sucre - Acer saccharum) déposés par plasma.
Les absorbeurs des UV comme ZnO et TiO2 ont été choisis pour fabriquer des couches minces résistantes à la photodégradation. Al2O3 a été choisi pour ses excellentes propriétés mécaniques.
Les systèmes multicouches de TiO2, ZnO et Al2O3 pour le bois ont été réalisés par la pulvérisation cathodique magnétron. La couche mince polymère a été obtenue par la polymérisation en plasma d’argon de l’éthane à l’aide d’une source ICP (Inductivly Coupled Plasma). La spectroscopie à photoélectrons X a été utilisée pour caractériser les couches minces. L’épaisseur des couches minces a été mesurée par la profilométrie optique. Les couches minces avec TiO2 et ZnO ont montré leur transparence simultanément avec une absorption efficace dans le domaine UVB et UVA et UVB respectivement.
Afin de simuler l’exposition extérieure, les systèmes monocouches et multicouches ont été soumis au vieillissement accéléré pendant 400 heures. Le système multicouche TiO2/ZnO/polymère et les monocouches de TiO2 et polymère (réalisé avec C2H6) ont stabilisé le changement de la couleur de l’érable. Le système multicouches Al2O3/polymère (C2H6) a amélioré la dureté de la surface de l’érable simultanément avec une augmentation du module d’élasticité (donc de la rigidité).
Les résultats obtenus ont démontré la faisabilité des systèmes multicouches pour le bois réalisés par la déposition en plasma d’argon. L’ingénierie de systèmes multicouches ouvre de multiples possibilités dans la conception de revêtements pour la protection du bois en fonction de propriétés à améliorer ciblées (résistance mécanique, résistance aux UV, hydrophobicité, effet barrière au feu, antimicrobien, etc.).
Le présent projet avait pour objectif principal l’étude de la faisabilité de déposer des systèmes multicouches pour le bois (érable à sucre - Acer saccharum) par plasma. Les objectifs spécifiques étaient les suivants:
1. Déposition par pulvérisation magnétron de couches minces d’oxydes métalliques pour améliorer la résistance aux UV et les propriétés mécaniques du bois;
2. Déposition chimique en phase vapeur de couches minces pour améliorer l’hydrophobicité;
3. Bâtir et caractériser des systèmes multicouches pour la protection du bois.
