Le plus grand système de revêtement par projection plasma sous vide au monde utilisant la technologie de vide sèche

L’entreprise Medicoat AG a fourni le plus grand système de revêtement par projection plasma sous vide au monde à un institut de recherche américain. La projection plasma sous vide est un procédé de revêtement grâce auquel les surfaces peuvent être ecouvertes à l’aide d’une procédure plasma améliorée sous vide. Il est ainsi possible de conférer aux surfaces certaines propriétés que le matériau support ne possède pas. Avec une chambre à vide d’un volume de 19 000 litres, il ne s’agit pas seulement du plus grand système de projection plasma sous vide, mais également du premier système utilisant la technologie totalement sèche de Busch par le biais d’une pompe à vide à vis COBRA.

Depuis 30 ans, Medicoat AG travaille avec plusieurs procédés de revêtement en Suisse. Sur son site de Magenwil en Suisse, Medicoat intervient en tant que sous-traitant afin d'offrir à ses clients différents revêtements obtenus par projection thermique. L'entreprise est principalement spécialisée dans le revêtement par projection plasma sous vide, par projection plasma atmosphérique et par projection par flamme supersonique (HVOF).

Medicoat se sert de ses nombreuses années d'expérience dans le domaine des procédés de revêtement complexes lors de la création de ses propres systèmes de revêtement. L'usine de fabrication de « systèmes de projection thermique » est implantée à Wohlenen Suisse. Des systèmes de revêtement par projection plasma sous vide ainsi que des systèmes par projection plasma atmosphérique et par projection par flamme supersonique y sont conçus et fabriqués. L'atout majeur de Medicoat est de répondre aux exigences pécifiques de ses différents clients et de créer des systèmes de revêtement sur mesure. Au cours du processus, la taille de la chambre de traitement, le débit de gaz, l'alimentation en vide ainsi que les systèmes de contrôle et de refroidissement sont définis et conçus individuellement. À l'origine, la société Medicoat était principalement active dans le domaine des technologies médicales et utilisait le procédé par projection plasma sous vide pour créer des revêtements biocompatibles pour implants afin d'offrir les conditions les plus favorables à la croissance des cellules osseuses. Parallèlement, Medicoat propose des systèmes de revêtement pour de nombreux domaines, notamment pour les lames de turbines auxquelles le processus permet de conférer une grande résistance à la corrosion des gaz à des températures élevées. Medicoat AG emploie actuellement 70 personnes à Magenwil et Wohlen. 95 % de l'ensemble des systèmes fabriqués sont exportés.

Particulièrement exigeant sur le plan technologique, le procédé de revêtement par projection plasma sous vide requiert une chambre à vide à double paroi refroidie à l'eau. Les pièces à traiter sont placées à l'intérieur de cette chambre qui est ensuite fermée. Le système de vide évacue l'air de la chambre jusqu'à atteindre une pression de 0,08 millibar. Cela permet ainsi de garantir l'évacuation totale de l'oxygène dans l'atmosphère et de la vapeur d'eau adhérente aux pièces et éviter de ce fait toute influence négative de leur part. Cela crée également des conditions propices à la formation d'une atmosphère de gaz extrêmement pure. Ensuite, la chambre est rincée à l'aide d'argon à une pression de 100 millibars puis évacuée à 1 millibar.

Ce n'est qu'à ce moment que le véritable procédé de revêtement commence, lorsque le mélange de gaz de process est introduit et que la torche plasma est allumée. Ce procédé est à chaque fois adapté en fonction des différents revêtements et matériaux. En effet, l'apport énergétique, les gaz et les mélanges de gaz utilisés, la température, la durée de revêtement ainsi que le niveau de pression des étapes de procédé individuelles peuvent avoir un impact sur le revêtement.

Avec un courant élevé, le plasma crée un arc électrique qui transfère l'énergie vers la pièce à recouvrir. La poudre de pulvérisation est mélangée au jet de gaz, où des gouttelettes se forment dans une plage de température supérieure à 20 000 °C et sont accélérées, comprimées et pulvérisées sur la surface de la pièce à traiter. Un robot de manutention dans la chambre à vide déplace la torche plasma pendant ce processus (fig. 1) et garantit que toutes les pièces sont vaporisées de façon homogène. L'ensemble du procédé de revêtement dure environ 30 minutes.

Le plus grand système de revêtement qu'a aujourd'hui construit Medicoat se compose d'une chambre à vide de 2,2 mètres de diamètre et de 4 mètres de long. La torche plasma fonctionne avec un courant de 3 000 ampères au lieu des 1 700 à 2 000 ampères généralement utilisés dans de plus petits systèmes.

Aujourd'hui, Medicoat innove avec la technologie de vide utilisée. L'entretien précis de certains niveaux de pression étant extrêmement important pour le procédé de revêtement du client, le chef de projet Christian Specht a décidé d'utiliser des pompes à vis COBRA avec variateur de fréquence en guise de pompes primaires pour le système de vide (fig. 2). Le système de vide est configuré sur 3 étages. Dans chaque cas, il se compose de deux pompes boosters Puma qui pré-compriment l'air évacué et le gaz de vidange ou de process, puis les transportent vers deux pompes boosters Puma fonctionnant en parallèle. Ainsi, une compression supplémentaire a lieu avant que le mélange de gaz ou les gaz ne soient davantage comprimés dans les deux pompes à vis COBRA en aval afin d'atteindre le vide limite dans le système. Les dimensions des pompes boosters utilisées sont coordonnées de manière à atteindre une capacité d'aspiration de 12 000 mètres cubes par heure. Le système de vide est capable d'atteindre rapidement la pression souhaitée pour l'évacuation initiale de 0,08 millibar dans la chambre à vide, mais est également capable de fonctionner dans toutes les plages de pression jusqu'à 900 millibars et de maintenir précisément le point déterminé requis pour le processus.


Fig. 2: Le système de vide de Busch avec deux pompes à vis COBRA en guise de pompes primaires et une capacité d'aspiration de 12 000 mètres cubes par heure

Outre l'entraînement avec variateur de fréquence, les pompes à vis COBRA ont également l'avantage d'être refroidies à l'eau. Cela signifie que la température de fonctionnement peut être définie ou amenée à une plage de température empêchant le gaz de process de se condenser dans la pompe à vide. Les deux pompes à vis COBRA sont reliées au système d'eau de refroidissement du système de revêtement par projection plasma sous vide. L'ensemble du système est ainsi approvisionné en eau de refroidissement ionisée. Cette dernière a pour fonction d'empêcher toute émission de chaleur. Les pompes à vis COBRA fonctionnent selon un procédé totalement sec. Cela signifie qu'elles ne nécessitent aucun liquide d'opération à l'intérieur de la chambre de compression qui pourrait se mélanger au gaz de process.

Medicoat travaille avec Busch Pompes à Vide et Systèmes dans le domaine des technologies de vide depuis 25 ans et les deux sociétés conçoivent chaque système de vide ensemble. Il est particulièrement important pour le chef de projet Christian Specht que Busch puisse garantir tout au long du processus une assistance et des conseils compétents, rapides et simples sur site avec son entreprise suisse Busch AG de Magden, dans le canton d'Argovie. Le fait que Busch fournisse un réseau de service mondial grâce à ses 60 entreprises réparties dans 42 pays constitue pour lui également un facteur décisif. Medicoat recommande ainsi à tous ses clients de collaborer et de souscrire un contrat d'entretien avec la société Busch localisée dans leur pays lorsqu'ils installent un nouveau système de revêtement. Cela permet de garantir un service rapide et fiable dans le monde entier.

Jusqu'à présent, Medicoat utilisait principalement pour ses systèmes de revêtement des systèmes de vide fonctionnant avec des pompes à palettes rotatives R 5 en guise de pompes primaires. Christian Specht considère ces pompes à vide lubrifiées à l'huile comme étant des composants très fiables et robustes dans ses systèmes. En raison de leur conception, les pompes à palettes rotatives R 5 peuvent uniquement utiliser le variateur de fréquence dans une plage limitée. Il était donc impossible d'utiliser cette technologie de vide pour le plus grand système de revêtement par projection plasma sous vide.


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