La métallisation de polymères et de céramiques est une technique en plein essor. Elle permet à des substrats non conducteurs d’allier des performances de légèreté et de souplesse à des propriétés tribologiques, conductrices (électriques, magnétiques, thermiques) et esthétiques propres aux revêtements métalliques. D’élégantes solutions techniques permettent la mise sur le marché d’éléments sophistiqués destinés à de grands secteurs industriels comme la téléphonie, l’informatique, ou au contrôle médical. Si l’on trouve des produits comme les connecteurs, les transducteurs ou les blindages électromagnétiques, la plus grosse part des applications de la métallisation des plastiques concerne la finition haut de gamme de produits liés à l’industrie cosmétique, sanitaire, ou automobile : flacons de parfum, robinetterie, habillage automobile et autres objets de la vie courante.
• Le procédé de métallisation par voie chimique n’a cessé d’évoluer depuis sa création dans les années cinquante. Néanmoins, les procédés mis en oeuvre actuels trouvent leurs limites vis-à-vis des vitesses de dépôts et des propriétés telles que l’épaisseur, l’adhérence ou le taux de contraintes. En d’autres termes, l’élaboration de ces dépôts est lente et leur durée de vie est courte surtout si ces matériaux sont soumis à des contraintes mécaniques et/ou climatiques importantes. Ce procédé est pourtant assez simple en apparence, tant sur le plan chimique que technologique. Il consiste en une soigneuse préparation de surface, suivie d’une réduction du métal par catalyse avec un donneur d’électron présent dans la solution. En revanche, son optimisation dépend de trois phases essentielles : la rugosité contrôlée de la surface, l’activation engendrée par du palladium sous forme métallique, et le dégazage de l’hydrogène inhérent à la réaction chimique pendant la métallisation proprement dite.
• L’équipe Sonoélectrochimie et développement de procédés du laboratoire de Chimie des matériaux et des interfaces de l’université de Franche-Comté a ouvert une nouvelle voie de recherche en utilisant l’agitation spécifique apportée par des ultrasons de puissance. Il s’agit de soumettre les échantillons à une vibration acoustique de forte amplitude, ce qui provoque l’implosion asymétrique de bulles de cavitation directement à la surface du substrat à revêtir. Ainsi, sans modifier ni la nature du procédé, ni la séquence réactionnelle, un effet bénéfique est observé sous certaines conditions.
• Plusieurs paramètres ont d’abord été étudiés, et leurs effets mesurés en termes de vitesse de dépôts, d’adhérence et de taux de contraintes internes. Il s’agit de la séquence réactionnelle (choix du moment et de la durée de l’irradiation ultrasonore), de la puissance et de la fréquence des ultrasons. Les résultats ont été complétés par des études plus systématiques visant à expliquer et quantifier les phénomènes (mesure du catalyseur actif en surface par XPS, suivi des concentrations en espèces actives dans les bains pendant l’irradiation ultrasonore…).
• Les résultats obtenus montrent qu’avec une utilisation à bon escient des ultrasons, on parvient à une augmentation des vitesses de déposition et des propriétés des dépôts très significative. Les travaux publiés montrent : – l’augmentation, de l’ordre de 50 %, de la vitesse de cuivrage d’une résine époxyde, si on applique consécutivement une irradiation ultrasonore de 500 kHz : . de forte puissance (15 watts) pendant la phase d’activation . de puissance réduite (5 watts) pendant les premières minutes du cuivrage. L’apport des ultrasons pendant la phase d’activation permet une meilleure dissolution des agglomérats de palladium colloïdaux en palladium métal et augmente de ce fait la densité de sites de nucléation sous vibration de haute fréquence et de forte puissance – l’amélioration, de l’ordre de 30 % de l’adhérence du revêtement sur le substrat et une prolongation notable de sa durée de vie lorsque l’on impose une irradiation ultrasonore de 5 watts au début du cuivrage. Un meilleur ancrage mécanique de la première couche métallique apparaît lorsque les ultrasons sont employés – la diminution dans les mêmes proportions du taux de contraintes résiduelles du revêtement. Ces contraintes sont essentiellement dues à l’incorporation d’hydrogène pendant la formation du film ; elles engendrent une tension permanente du dépôt dans le sens de l’arrachement. L’application des ultrasons à 5 watts semble faciliter la désorption de l’hydrogène.
• Même si les valeurs absolues des vitesses de dépôt comme des forces d’adhésion restent modestes, les ultrasons de puissance apportent un gain significatif dans un domaine où toute amélioration représente un progrès considérable. L’étape de mise au point étant maintenant terminée, l’équipe recherche des partenaires industriels pour tester de nouveaux couples métal/substrat ou réaliser une transition vers un procédé industriel.
Francis Touyeras – Jean-Yves HihnLaboratoire de Chimie des matériauxet interfacesEquipe Sonoélectrochimieet développement de procédésUniversité de Franche-ComtéTél. 03 81 66 68 62 / 68 92francis.touyeras@univ-fcomte.frjean-yves.hihn@univ-fcomte.fr
