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WO2018172816A1 - Procede de traitement de surface d'un article en titane ou en alliage de titane et produit d'un tel procede - Google Patents

Procede de traitement de surface d'un article en titane ou en alliage de titane et produit d'un tel procede Download PDF

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WO2018172816A1
WO2018172816A1 PCT/IB2017/051668 IB2017051668W WO2018172816A1 WO 2018172816 A1 WO2018172816 A1 WO 2018172816A1 IB 2017051668 W IB2017051668 W IB 2017051668W WO 2018172816 A1 WO2018172816 A1 WO 2018172816A1
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WO
WIPO (PCT)
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titanium
plasma
article
μηη
preferably greater
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/IB2017/051668
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English (en)
Inventor
Serguei Mikhailov
Sergey Goloviatinski
Anna CHIZHIK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nci-Swissnanocoat SA
Original Assignee
Nci-Swissnanocoat SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nci-Swissnanocoat SA filed Critical Nci-Swissnanocoat SA
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Priority to PCT/IB2018/050256 priority patent/WO2018172859A1/fr
Publication of WO2018172816A1 publication Critical patent/WO2018172816A1/fr
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Ceased legal-status Critical Current

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    • C23C16/545—Apparatus specially adapted for continuous coating for coating elongated substrates
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
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    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc

Definitions

  • the present invention relates to a method of high-pressure plasma jet treatment of metal articles, particularly, but not exclusively, titanium or titanium alloy.
  • the inventive method improves the surface micro-hardness, reduces the coefficient of friction of the surfaces, and can modify the surface condition and the roughness and reduces the variations of these parameters, so that the method of the invention can also be used to standardize metal items.
  • the treated surfaces have a characteristic color, so that the method can also be used for the marking and coding of the treated products.
  • Titanium and its alloys are used in a large number of applications of the art, because of their lightness, toughness, and resistance to corrosion. However, these materials do not have a very high hardness. For example, titanium can be used to produce lightweight and robust screws.
  • a disadvantage of this approach is that tightening and loosening by conventional tools can irreparably damage the surfaces to receive and resume the tightening torque.
  • a related limitation is the strong adhesion of the tight metal elements together, if on the one hand it contributes to the strength of the junction, disassembly of parts is more difficult, especially when the application of lubricant is not or no more possible. This situation often leads to the application of excessive force to the screw footprint, and to their destruction.
  • These same problems are also present for other metallic materials, for example stainless steel and aluminum.
  • titanium and many of its alloys are known. These materials are widely used to produce implantable devices, such as prostheses for orthopedics, osteosynthesis plates, orthopedic screws, etc. In these applications, the need for a stronger alloy, which can withstand easier handling, tightening and loosening, is particularly acute.
  • Titanium alloys include titanium-aluminum-niobium (TAN) and titanium-aluminum-vanadium (TAV). These elements improve the mechanical performance of titanium, however, failures remain frequent.
  • TAN titanium-aluminum-niobium
  • TAV titanium-aluminum-vanadium
  • Anodic oxidation processes are known which make it possible to create a titanium oxide layer T1 O2 that is thicker than the natural oxide layer.
  • Anodizing gives rise to color layers by interference effect: The colors thus obtained are very stable and are determined by the thickness of the oxide layer, and therefore by the applied voltage. However, it is difficult to obtain very saturated hues by this route.
  • Anodizing improves the superficial micro-hardness of titanium. Nevertheless, the anodized layers are fragile and can separate from the metal substrate during clamping and loosening procedures. It is also observed that the hardness of the anodized titanium layers is very influenced by the environmental characteristics, such as temperature and humidity, so that several copies of the same product may have strong deviations in surface hardness.
  • Anodizing is often followed by a finishing microballing step. This operation is intended to clean the product and improve its surface condition. However, it is usually manual, which further increases quality deviations. Galvanic processes, including titanium anodizing, use harmful chemicals and are generally perceived as dangerous to workers and the environment and generate toxic waste. It is also known that titanium nitride (TiN) can be deposited in layers, for example by plasma spraying or sputtering, and that these layers are very hard and biocompatible.
  • US5326362 also describes a surface hardening process of a titanium implant, including a hip prosthesis, by heat treatment in a nitrogen atmosphere. This process, like those mentioned above, is based on the diffusion of nitrogen at high temperature, and is very slow. Even with a treatment duration of several days, only very thin nitride layers, of a micrometer or fraction of a micrometer, are obtained.
  • An object of the present invention is to provide a component surface hardening process of titanium, or titanium alloy, by a plasma jet. This method has proved very effective, requiring only a few seconds of treatment, and allows the creation of thick nitride layers, with a gradual chemical transition in the substrate.
  • Another object is a product made of titanium or titanium alloy with a homogeneous protective, decorative layer, and with
  • Another object of the present invention is to provide a production system for treating metal articles with the method raised in an efficient and economical way, to obtain a product
  • Figure 1 is a simplified diagram, not to scale, of a plasma nozzle facing a target
  • FIGS. 3 and 4 are two photomicrographs of the surface of the products treated according to the invention.
  • Figure 5 schematically illustrates a processing facility
  • Figure 6 shows a detail.
  • the invention comprises a plasma jet treatment at atmospheric pressure of nitrogen.
  • atmospheric pressure plasma is meant, in the context of this invention, a plasma jet in an environment in which the pressure approaches that of the atmosphere. It should not be believed, however, that the invention is limited to a limited range of pressures.
  • the method of the invention in particular, may include supersonic plasma jets that strike the target at high speed in a confined reactor.
  • the reactor is not in a state of static equilibrium and the pressure inside it can vary considerably. To fix ideas, it is conceivable that the average pressure in the active region of the reactor is somewhat higher than atmospheric pressure, possibly decreasing gradually to the reactor openings. Locally, however, the total pressure, including the dynamic pressure generated when the plasma jet strikes the target, may be much higher. It is estimated that the total pressure at the target is
  • the jet is generated by an electrically excited nozzle, and directed towards the workpiece, as shown in FIG. 1.
  • the illustrated device is similar to that described by W01 1 161251, and to the sources produced by Swissnanocoat SA. Its structure will be recalled here briefly.
  • a hollow metal cathode 65 encloses a discharge chamber 107 and, at one end, a coaxial anode 60.
  • the pressurized gas enters the injector device configured to generate a vortex 105 in the axis of the device, for example by virtue of the combined action of the axial injector 104 and the tangential injector 103.
  • the anode 104 is connected to a positive voltage source relative to the cathode, which can be connected to the earth.
  • the swirling motion inside the anode gives rise to an extended electric discharge, and produces a plasma jet 120 at high temperature and velocity.
  • the outlet port 68 is configured to produce a turbulent plasma stream.
  • the mouth 68 may have an abrupt termination, with a cylindrical channel terminating directly on the outer surface of the cathode 65, or a diverging diffuser, approximately conical, the major base towards the surface of the object to be treated. Its internal diameter d is preferably between 1 mm and 3 mm. We can also consider, if the dimensions of the object to be treated justify it, diameters
  • This form of plasma source is characterized by the axial extension of the discharge, and by relatively high values of the voltage drop, for example between 800V and 2000V, with an anode current of between 1 and 2A.
  • These values of tension can be obtained by an elongated discharge chamber 107, in which the ratio between the length L and the internal diameter D is greater than 1 1.
  • Particularly satisfactory results have been obtained with nozzles in which the L / D ratio is between 16 and 20, or higher.
  • the electrical power absorbed by each nozzle 20 is greater than 2.5 kW.
  • the method of the invention can also be realized by different sources, for example conventional low voltage DC sources, or AC or RF sources.
  • sources for example conventional low voltage DC sources, or AC or RF sources.
  • discharge gases can be used in the method of the invention. In the case of treatment aimed at improving the
  • the article to be treated is positioned at a short distance from of the nozzle 20, and the size of the orifice 68 is determined because of the size of the target 30 and its anfractuosities.
  • FIG. 6 shows that when treating a screw head, the nozzle 68 is preferably dimensioned so as to send a turbulent plasma jet over the entire head of the screw 30, and also inside the slot 38. The jet velocity at the outlet of the nozzle is typically greater than 500 m / s.
  • the shape and the section of the nozzle can be adapted according to the surface to be treated and the parameters of the plasma.
  • the diameter of the orifice 68 is preferably between 1 and 8 mm, it will be for example 2-4 mm for the treatment of an orthopedic screw.
  • the distance a between the nozzle and the target is typically 10mm.
  • the nitrogen mixture with hydrogen, argon or other inert gas also modifies the surface state of the part, and can be considered when trying to give roughness to the part, or we want a surface appearance mast.
  • the jet of plasma 120 at high speed and concentration causes a rapid surface heating of the target 30.
  • the target Preferably it is positioned on a support 35 which makes it possible to hold the target firmly in place, and to cool it down.
  • the support may be made of metal, for example copper, and cooling is preferably provided by a circuit 1 in which water, or other refrigerant, is circulated at a controlled temperature.
  • the inventors have determined that rapid surface heating at high temperatures is beneficial for the process of the invention.
  • the power of the source is chosen so as to obtain, for example, a surface temperature of 1100 ° C after 3s of treatment.
  • the density and the velocity of the plasma on the surface of the target are very high.
  • the heat exchange coefficient is
  • the cooling circuit 1 15 limits the rise in temperature along the treatment, for example we seek a
  • the process comprises a preparation step which precedes the nitriding phase mentioned above. All common chemical and mechanical cleaning processes, for example with solvents, detergents, ultrasounds, etc. are compatible with the method of the invention and can be used in combination.
  • a thin oxide layer such as for example that derived from a brief exposure to the atmosphere, is not detrimental, but deeper alterations, as well as contaminations of the surface by solvents or moisture are very harmful. Therefore, a suitable cleaning and drying treatment is recommended, followed immediately by exposure to the nitrogen plasma jet.
  • the nitriding was preceded by a cleaning step by an inert plasma jet, for example an argon plasma jet.
  • the velocity characteristics and thermal distribution of the plasma jet of preparation may be substantially the same as those of the nitrogen plasma jet.
  • the plasma jet of preparation can be generated by the same nozzle as the jet of nitrogen plasma, or by a nozzle provided for this purpose. Exposure to argon plasma at low pressure has also been shown to be effective.
  • the cleaning and nitriding treatment are carried out under a protective atmosphere, for example nitrogen and / or argon, in order to avoid any contact with the atmosphere.
  • FIG. 5 diagrammatically illustrates a processing device that can be used in the context of the invention.
  • the workpieces 30, fixed on their supports, are moved by a transport device 195 in a tunnel reactor 190.
  • the workpieces 30 pass successively opposite one or more atmospheric pressure plasma sources 20, for example an Ar source for cleaning and removing the oxide layer, and one or more N sources for deep nitriding of the surface.
  • the reactor 190 can be opened to the atmosphere, through the slots 198, so as to evacuate the gas blown by the sources 20.
  • the openings 198 are dimensioned so as to give rise to an overpressure between the inside of the reactor and the atmospheric pressure sufficient to exclude any contamination of oxygen, water vapor, and other impurities.
  • the treatment system of the invention may include one or more vacuum pumps, a gas supply system at the desired pressure, as well as pipes and valves adapted to isolate the reactor from the atmosphere, the communicating with the suction port of the pump and / or with the gas supply lines.
  • the gases blown by the sources 20 can be discharged directly towards
  • the jets of plasmas give rise to a temperature and pressure gradient inside the reactor 190, the treatment zone being
  • the inside of the reactor 190 provides preheating of the parts before the treatment.
  • Cooling 1 (see Fig. 1) has a relatively high temperature, eg 40 ° C, to aid preheating and drying. So Generally, the temperature of the outgoing gases is much lower than 1000 ° C., and there is no formation of NO x when these are mixed with the oxygen of the atmosphere.
  • the processing device of FIGS. 5 and 6 operates in "batch" mode, in the sense that the parts to be loaded are
  • the invention also includes continuous flow embodiments and variations in which the articles are stationary, while the plasma nozzles 20 move to treat one after the other.
  • the transport system 195 and the sources 20 are arranged so that each source processes a single piece 30 at a time, each piece 30 being presented to a single source 20 at a time, for a maximum bombardment intensity.
  • the processing device of FIGS. 5 and 6 admits
  • the transport system 195 can assume all shapes known in the art, including ribbons, carousels, etc.
  • the transport device could move the pieces along a linear path, or curve.
  • Treatment plants without a solid enclosure could also be envisaged, in which the treatment region is kept free of oxygen by a dynamic flow of protective gas.
  • nitrogen is used for the generation of plasma which, therefore, is not limited to heat the room but brings a high concentration of ion, radicals, and excited nitrogen atoms.
  • the process of the invention is characterized by
  • nitrided layers are formed at a much higher speed than that which is obtained when the article is heated to comparable temperatures by other means, for example in an oven, by an arc, or with a plasma of another chemical species.
  • the high temperature is also advantageous because higher than those to which the formation of T12N is favored. It is considered that the formation of T12N in conventional methods limits diffusion depth. Since the formation temperature of T12N is about 1100 ° C, rapid heating to a higher temperature limits the concentration of this chemical species in the surface layers.
  • the treatment method comprises the following phases: ⁇
  • the treatment method comprises the phases
  • Plasma jet heating at a temperature of 1300 ° C-1500 ° C, so as to increase the formation of TiN and limit the formation of T12N to the deepest possible layers.
  • FIG. 2 illustrates the Ti and N concentration profiles after 3s (curve 140) and 20s (curve 130) of treatment.
  • the double scale of the abscissa indicates the energy of the probe beam and the depth
  • HIT (O & P) average 2060.518 9665.076 10415.305
  • HVIT (O & P) average 190,826 895,091 964,571
  • Table 1 [0049] A very significant increase in surface hardness is observed, and also a smaller deviation than that obtained, for example, by conventional anodizing processes, so that the method of the invention also allows standardization of hardness, at the same time as its increase.
  • the thickness of the TiN layer is greater than 5 ⁇ , for example 10 ⁇ .
  • FIGS 3 and 4 show the surface condition after 3
  • the nitride layer is homogeneous, without continuity solution or steep transitions, the concentration of nitrogen decreasing
  • T12N is formed below the TiN layer at an estimated depth of 10-50 ⁇ .
  • the layers thus produced have the yellow color proper to TiN, and this color is resistant to the usual mechanical and galvanic treatments and localized in the areas affected by the plasma. It is possible to envisage applications for marking and decorating parts made of titanium or titanium alloy. Furthermore, a particularity of the inventive method is that the yellow layer extends inside the cavities and crevices of the product, in particular in a screw head, the vertical walls of the notch, as well as the bottom of the notch , are covered by a uniform yellow layer.
  • the process of the invention it is also possible to produce products whose part of the surface is yellow-gold, resulting from the nitriding process, and another has a different color, obtained by another route, for example by anodizing.
  • the parts will be prepared in order to protect from the plasma jet the surfaces that will have to be
  • the nitrided surface is not affected by the galvanic bath and it is not necessary to protect it.
  • the pieces thus obtained have two or more surface colors obtained by two different treatments, and the color combinations can be used in a coding.
  • the method of the invention can be advantageously also applied to threaded rods of orthopedic screws, to increase the hardness and tribological performance.
  • the method is not limited to screws, but is also applicable to osteosynthesis plates that the screws must fix on the bone, to take advantage of the tribological characteristics and higher hardness of the TiN at these locations. It is also possible, by the method of the invention, implantable titanium devices with hardened articulation and friction surfaces and with a reduced coefficient of friction, for example total hip, shoulder prosthesis, etc.
  • the process of the invention is not limited to a nitrogen plasma but may use other inert or reactive gases. Among the inert gases argon may be mentioned. These gases do not chemically bond to the substrate, but the bombardment with an inert gas is useful for preparing the surface, as already mentioned, and can modify the roughness of the treated object.
  • oxygen can be used to create surface layers of titanium oxide or oxynitride TiO x N y , for example to achieve color effects. It is also possible to envisage the use of nitrogen mixtures and carbon compounds to obtain TiCN titanium carbonitride layers. For example, a gaseous mixture comprising nitrogen and hydrocarbons could be used.
  • SNC technology can be applied to titanium parts to manufacture a new product, characterized by the concentration profile shown in Figure 7.
  • the product comprises a homogeneous surface layer 41 of TiN, TiCn, or TiO x N y , with a thickness greater than 5 ⁇ , for example 10 ⁇ , followed by a transition zone 44 with a
  • the method can be used also for curing other materials, especially for surface treatment of steel articles.

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Abstract

Procédé de traitement de surface par exposition à un jet de plasma d'azote à haute pression et vitesse. Le procédé de l'invention permet d'atteindre des duretés superficielles très élevées, notamment dans les articles en titane, et peut être avantageusement appliqués aux dispositifs implantables, car le substrat est durci en profondeur, sans déposition de couches hétérogènes, qui pourraient se séparer. Le procédé de l'invention est rapide et peut être appliqué à des pièces de géométrie complexe, avec des cavités, comme par exemple des vis orthopédiques.

Description

PROCEDE DE TRAITEMENT DE SURFACE D'UN ARTICLE EN TITANE OU
EN ALLIAGE DE TITANE ET PRODUIT D'UN TEL PROCEDE
Domaine technique
[0001] La présente invention se rapporte à un procédé de traitement par jet de plasma à haute pression d'articles métalliques, particulièrement, mais pas exclusivement, en Titane ou en alliage de Titane. Le procédé inventif améliore la micro-dureté de surface, réduit le coefficient de friction des surfaces, et peut modifier l'état de surface et la rugosité et réduit les variations de ces paramètres, en sorte que le procédé de l'invention peut aussi être utilisé pour standardiser des articles métallique.
[0002] Les surfaces traitées présentent une couleur caractéristique, en sorte que le procédé peut aussi être utilisé pour le marquage et codage des produits traités.
Etat de la technique
[0003] Le titane et ses alliages sont utilisés dans un grand nombre d'applications de la technique, en raison de leur légèreté, ténacité, et résistance à la corrosion. Cependant, ces matériaux ne présentent pas une dureté très élevée. On peut utiliser par exemple le titane pour produire des vis légères et robustes. Un inconvénient de cette approche est que le serrage et le desserrage par des outils conventionnels peuvent abîmer de façon irrémédiable les surfaces destinés à recevoir et reprendre le couple de serrage. [0004] Une limitation apparentée est la forte adhésion des éléments métalliques serrés ensemble, si d'une part cela contribue à la solidité de la jonction, le démontage des pièces est plus difficile, spécialement lorsque l'application de lubrifiant n'est pas ou plus possible. Cette situation conduit souvent à l'application d'une force excessive à l'empreinte des vis, et à leur destruction. [0005] Ces mêmes problèmes se présentent aussi pour d'autres matériaux métalliques, par exemple l'acier inox et l'aluminium.
[0006] La biocompatibilité du titane et de beaucoup de ses alliages est connue. Ces matériaux sont largement employés pour produire des dispositifs implantables, comme des prothèses pour orthopédie, des plaques d'ostéosynthèse, des vis orthopédiques, etc. Dans ces applications, le besoin d'un alliage plus résistant, qui puisse supporter plus facilement les manipulations, serrages et desserrages, est particulièrement aigu.
[0007] Parmi les alliages de titane, on connaît le titane-aluminium- niobium (TAN) et le titane-aluminium-vanadium (TAV). Ces éléments améliorent les performances mécaniques du titane, cependant, les défaillances restent fréquentes.
[0008] On connaît des procédés d'oxydation anodique, qui permettent de créer une couche d'oxyde de Titane T1 O2 plus épaisse que la couche d'oxyde naturel. L'anodisation donne lieu à des couches de couleur par effet d'interférence : Les couleurs ainsi obtenues sont très stable et sont déterminées par l'épaisseur de la couche d'oxyde, donc par la tension électrique appliquée. Cependant, il est difficile d'obtenir des teintes très saturés par cette voie. [0009] L'anodisation améliore la micro-dureté superficielle du titane. Néanmoins, les couches anodisés sont fragiles et peuvent se séparer du substrat métallique lors des procédures de serrage et desserrage. On observe aussi que la dureté des couches anodisées de titane est très influencée par les caractéristiques environnementales, tel que température et humidité, en sorte que plusieurs exemplaires du même produit peuvent présenter des fortes déviations en dureté superficielle.
[0010] L'anodisation est souvent suivie par une étape de microbillage de finition. Cette opération a le but de nettoyer le produit et améliorer son état de surface. Cependant, elle est en générale manuelle, ce qui augmente encore davantage les déviations de qualité. [0011] Les procédés galvaniques, y compris l'anodisation du titane, utilisent des produits chimiques nuisibles et sont généralement perçus comme dangereux pour les travailleurs et pour l'environnement et génèrent des déchets toxiques. [0012] On sait également que le nitrure de titane (TiN) peut être déposé en couches, par exemple par projection de plasma ou par pulvérisation, et que ces couches sont très dures et biocompatibles.
[0013] On sait d'ailleurs utiliser des procédés de pulvérisation pour déposer des couches de TiN sur des outils de coupe, afin d'en améliorer les prestations. Bien qu'efficaces, ces couches hétérogènes peuvent se séparer du substrat. On les évite dans le domaine des dispositifs médicaux
implantables, en raison de ce risque, ce qui peut créer des débris
dangereux.
[0014] Il existe un procédé connu de laser pour durcir la surface du Titane et ses alliages (brevet RU n° 2183692, IPC C22F 1/18, publié le
20.06.2002), comprenant un traitement de surface au laser dans un environnement d'air. Les inconvénients sont la complexité de l'équipement, la faible productivité et une faible profondeur de durcissement.
[0015] Il existe un procédé pour le traitement de surface de Titane et ses alliages de Titane (brevet RU n° 2318077, IPC S23S 8/6, publié le 27.02.2008), comprenant un traitement thermique à 950°C dans une atmosphère de gaz actif constitué de 10% (en poids) d'azote et 90% (en poids), sous argon.
[0016] La demande de brevet W01 1 161251 décrit un dispositif capable de générer un jet de plasma à partir d'un gaz comprimé. [0017] Le brevet US5326362 décrit lui aussi un procédé de durcissement de surface d'un implant en titane, notamment une prothèse de hanche, par traitement thermique en atmosphère d'azote. Ce procédé, comme ceux susmentionnés, se base sur la diffusion de l'azote à température élevée, et est très lent. Même avec une durée de traitement de plusieurs jours, on n'obtient que des couches nitrurées très minces, de quelque micromètre ou fraction de micromètre.
Bref résumé de l'invention
[0018] Un but de la présente invention est de proposer un procédé de durcissement de surface de composant en titane, ou en alliage de titane, par un jet de plasma. Ce procédé s'est avérés très efficace, ne nécessitant que de quelques seconds de traitement, et permet la création de couches nitrurée épaisses, avec une transition chimique graduelle dans le substrat.
[0019] Un autre objet est un produit en titane ou en alliage de titane avec une couche homogène protective, décorative, et avec des
caractéristiques de dureté et de friction supérieures.
[0020] Un autre but de la présente invention est de proposer un système de production pour traiter des articles métalliques avec le procédé suscité dans une façon efficace et économique, pour obtenir un produit
performant et hautement uniforme. [0021] Ces buts sont atteints par les objets de revendications
indépendantes dans les catégories correspondantes.
Description des figures
[0022] Les figures annexées présentent des exemples non limitant de l'invention et permettent une meilleure compréhension :
• La Figure 1 est un schéma simplifiée, pas à l'échelle, d'une buse à plasma en regard d'une cible ;
• La Figure 2 est un diagramme de la concentration en azote mesurée dans des produits en titane traités selon l'invention ; • Le figures 3 et 4 sont deux microphotographie de la surface des produits traités selon l'invention ;
• La figure 5 illustre schématiquement une installation de traitement, et « La figure 6 en montre un détail.
• La Figure 7 est un diagramme de la concentration en azote en
fonction de la profondeur caractérisant les produits de l'invention ;
Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention
[0023] L'invention comporte un traitement par un jet de plasma à pression atmosphérique d'azote. Par " plasma à pression atmosphérique " on désigne, dans le contexte de cette invention, un jet de plasma dans un environnement dans lequel la pression approche celle de l'atmosphère. Il ne faut pas croire, toutefois, que l'invention soit limitée à une plage limitée de pressions. Le procédé de l'invention, notamment, peut comporter des jets de plasma supersoniques qui frappent la cible à haute vitesse, dans un réacteur confiné. Le réacteur n'est pas dans un état d'équilibre statique et la pression à son intérieur peut varier considérablement. Pour fixer les idées, on peut concevoir que la pression moyenne dans la région active du réacteur est quelque peu supérieure à la pression atmosphérique, éventuellement décroissant progressivement vers les ouvertures du réacteur. Localement, toutefois, la pression totale, y compris la pression dynamique générée lorsque le jet de plasma frappe la cible, peut être bien plus élevée. On estime que la pression totale à la cible est
approximativement comprise entre 5 et 20 bar, soit des vitesses du plasma comprises entre 600 et 1400 m/s, et la puissance thermique du plasma est supérieure à de 50 W/mm2, pouvant atteindre et dépasser 100 et 200 W/mm2.
[0024] Le jet est généré par une buse excitée électriquement, et dirigée vers la pièce à traiter, comme illustré par la figure 1. Le dispositif illustré est similaire à celui décrit par W01 1 161251 , et aux sources produites par la société Swissnanocoat SA. Sa structure sera rappelée ici sommairement. Une cathode métallique creuse 65 enferme une chambre de décharge 107 et, à une extrémité, une anode coaxiale 60. Le gaz pressurisé entre dans le dispositif par injecteur configuré de sorte à générer un tourbillon 105 dans l'axe du dispositif, par exemple grâce à l'action combinée de l'injecteur axial 104 et de l'injecteur tangentiel 103. L'anode 104 est reliée à une source de tension positive relativement à la cathode, qui peut être reliée à la terre. Le mouvement tourbillonnant à l'intérieur de l'anode donne lieu à une décharge électrique étendue, et produit un jet de plasma 120 à haute température et vitesse. De façon importante, l'orifice de sortie 68 est configuré de façon à produire un jet turbulent de plasma.
[0025] L'embouchure 68 peut présenter une terminaison abrupte, avec un canal cylindrique aboutissant directement à la surface extérieure de la cathode 65, ou bien un diffuseur divergeant, approximativement conique, la base majeure vers la surface de l'objet à traiter 30. Son diamètre interne d est préférablement compris entre 1 mm et 3 mm. On peut envisager aussi, si les dimensions de l'objet à traiter le justifient, des diamètres
d'embouchure entre 0.1 mm et 50 mm. [0026] Cette forme de source de plasma se caractérise par l'extension axiale de la décharge, et par des valeurs relativement élevées de la chute de tension, par exemple entre 800V et 2000V, avec un courant anodique compris entre 1 et 2A. Ces valeurs de tension peuvent être obtenus par une chambre de décharge 107 d'aspect allongé, dans laquelle le rapport entre la longueur L et le diamètre intérieur D est supérieur à 1 1. Des résultats particulièrement satisfaisants, ont été obtenu avec des buses dans lesquelles le rapport L/D est compris entre 16 et 20, ou encore supérieur. La puissance électrique absorbée par chaque buse 20 est supérieure à 2.5 kW.
[0027] Bien que particulièrement efficace pour l'exécution du procédé inventif, elle n'est pas pourtant essentielle. Le procédé de l'invention pouvant être réalisé aussi par des sources différentes, par exemple des sources DC conventionnelles à basse tension, ou par des sources AC ou RF. [0028] Plusieurs gaz de décharge peuvent être utilisés dans le procédé de l'invention. S'agissant t'un traitement visant à améliorer les
performances mécaniques d'une vis orthopédique en titane, TAN, ou un autre alliage à base de titane, on choisira préférablement l'azote. On peut aussi envisager l'utilisation d'un mélange azote-hydrogène (gaz de formage), par exemple NH5, NH6, NH8 ou NH 10. Pour une efficacité maximale du traitement, l'article à traiter est positionné à une courte distance a de la buse 20, et la taille de l'orifice 68 est déterminée en raison de la taille de la cible 30 et de ses anfractuosités. la figure 6 montre que lorsqu'on traite une tête de vis, la buse 68 est préférablement dimensionné de façon à envoyer un jet de plasma turbulent sur toute la tête de la vis 30, et aussi à l'intérieur de la fente 38. la vitesse du jet à la sortie de la buse est typiquement supérieure à 500 m/s. Elle peut atteindre et dépasser le 1000 m/s. La forme et la section de la buse peuvent être adaptés selon la surface à traiter est les paramètres du plasma. Le diamètre de l'orifice 68 est préférablement compris entre 1 et 8 mm, il sera par exemple de 2-4 mm pour le traitement d'une vis orthopédique. La distance a entre la buse et la cible est typiquement de 10mm.
[0029] Le mélange azote avec hydrogène, argon ou un autre gaz inerte modifie aussi l'état de surface de la pièce, et peut être envisagé lorsqu'on cherche à donner rugosité à la pièce, ou bien on souhaite une surface d'apparence mat.
[0030] Revenant maintenant à la figure 1 , le jet de plasma 120 à haute vitesse et concentration entraîne un rapide chauffage superficiel de la cible 30. Préférablement elle est positionnée sur un support 35 qui permet de tenir solidement la cible en place, et de la refroidir. Le support peut 35 peut être réalisé en métal, par exemple en cuivre, et le refroidissement est préférablement assuré par un circuit 1 15 dans lequel circule de l'eau, ou un autre fluide frigorifique, à température contrôlée. [0031] Les inventeurs ont déterminé qu'un rapide chauffage superficiel à des températures élevées est bénéfique pour le procédé de l'invention. La puissance de la source est choisie de façon à obtenir, par exemple, une température de surface de 1 100 °C après 3s de traitement. Comme mentionné plus haut, la densité et la vitesse du plasma à la surface de la cible sont très élevés. Le coefficient d'échange thermique est par
conséquence grand, et ces profils de température peuvent être
généralement atteints par une source d'une puissance de quelques kW.
[0032] Le circuit de refroidissement 1 15 permet de limiter la montée en température le long du traitement, par exemple on cherche une
température maximale de 1500 °C après 20s.
[0033] En même temps, les inventeurs ont déterminés que l'état d'oxydation et propreté de la surface de la cible 30 est un facteur déterminant de réussite du traitement. Préférablement, le procédé comprend une étape de préparation qui précède la phase de nitruration mentionnée ci-dessus. Tous les procédés de nettoyage chimique et mécanique courants, par exemple avec solvants, lessives, ultrasons, etc. sont compatibles avec le procédé de l'invention et peuvent être utilisés en combinaison.
[0034] Dans le cas d'articles en titane, une mince couche d'oxyde, comme par exemple celle dérivant d'une brève exposition à l'atmosphère, n'est pas préjudiciable, mais des altérations plus profondes, aussi que des contaminations de la surface par des solvants ou de l'humidité sont très nuisibles. On préconise donc un traitement de nettoyage et séchage approprié, immédiatement suivi par l'exposition au jet de plasma d'azote.
[0035] On a obtenu des résultats excellents lorsque la nitruration était précédée par une étape de nettoyage par un jet de plasma inerte, par exemple un jet de plasma d'argon. Les caractéristique de vitesse et distribution thermique du jet de plasma de préparation peuvent être sensiblement les même que celles du jet de plasma d'azote. Le jet de plasma de préparation peut être généré par la même buse que le jet de plasma d'azote, ou par une buse prévue à cet effet. Une exposition à un plasma d'argon, à basse pression, s'est aussi démontrée efficace. De préférence, le traitement de nettoyage et celui de nitruration sont effectués sous atmosphère protectrice, par exemple d'azote et/ou argon, afin d'éviter tout contact avec l'atmosphère.
[0036] La figure 5 illustre schématiquement un dispositif de traitement utilisable dans le cadre de l'invention. Les pièces à traiter 30, fixés sur leurs supports, sont déplacées par un dispositif de transport 195 dans un réacteur à tunnel 190. Les pièces à traiter 30 passent successivement en regard d'une ou plusieurs sources de plasma à pression atmosphérique 20, par exemple une source d'Ar pour le nettoyage et l'élimination de la couche d'oxyde, et une ou plusieurs sources de N pour la nitruration profonde de la surface. [0037] Le réacteur 190 peut être ouvert vers l'atmosphère, par les fentes 198, de façon à évacuer les gaz soufflés par les sources 20. Les ouvertures 198 sont dimensionnées de façon à donner lieu à une surpression entre l'intérieur du réacteur et la pression atmosphérique suffisante pour exclure toute contamination d'oxygène, vapeur d'eau, et autres impuretés. [0038] Pour protéger plus efficacement les surfaces à traiter, on peut prévoir des moyens pour remplir le réacteur 190 d'azote, ou gaz inerte, et per l'évacuer préalablement au traitement. A cette fin, le système de traitement de l'invention peut inclure une ou plusieurs pompes à vide, un système d'alimentation en gaz à la pression souhaitée, ainsi que des canalisations et vannes adaptées pour isoler le réacteur de l'atmosphère, le mettre en communication avec la bouche d'aspiration de la pompe et/ou avec les lignes d'alimentation de gaz. Lors du traitement au plasma, les gaz soufflés par les sources 20 peuvent être évacués directement vers
l'atmosphère, comme décrit plus haut, ou bien à travers la pompe à vide. [0039] Les jets de plasmas donnent lieu à un gradient de température et pression à l'intérieur du réacteur 190, la zone de traitement étant
pressurisée, chaude et exempt d'oxygène. La circulation des gaz à
l'intérieur du réacteur 190 procure un préchauffage des pièces avant le traitement. Préférablement, le liquide circulant dans le circuit de
refroidissement 1 15 (voir fig. 1) a une température relativement élevée, par exemple 40°C, de façon à aider préchauffage et séchage. De manière générale, la température des gaz sortants est bien inférieure à 1000 °C, et il n'y a pas de formation de NOx lorsque ceux-ci se mélangent à l'oxygène de l'atmosphère.
[0040] Préférablement, le dispositif de traitement des figures 5 et 6 fonctionne en " batch ", dans le sens que les pièces à charger sont
préalablement positionné en nombre suffisant sur le système de transport, et ensuite présentées une après l'autre aux sources de plasma 20 pour être traitées. L'invention admet aussi des réalisations à passage continu et des variantes dans lesquelles les articles 30 sont stationnaires, tandis que les buses à plasma 20 se déplacent de façon à le traiter l'un après l'autre.
[0041] Préférablement, le système de transport 195 et les sources 20 sont arrangés en sorte que chaque source traite une seule pièce 30 à la fois, chaque pièce 30 étant présentée à une seule source 20 à la fois, pour une intensité de bombardement maximale. [0042] Le dispositif de traitement des figures 5 et 6 admet des
nombreuses variantes, toujours dans le cadre de l'invention. Le système de transport 195, par exemple, peut assumer toutes les formes connues dans l'art, notamment comprenant des rubans, des carrousels, etc. Le dispositif de transport pourrait déplacer les pièces le long d'un trajet linéaire, ou courbe. On pourrait aussi envisager des installations de traitement sans enceinte solide, dans lesquelles la région de traitement est maintenue exempte d'oxygène par un flux dynamique de gaz protecteur.
[0043] Par rapport aux procédés qui se basent sur le simple chauffage en atmosphère d'azote, dans le procédé de l'invention l'azote est utilisé pour la génération du plasma qui, par conséquent, ne se limite pas à chauffer la pièce, mais apporte une haute concentration en ion, radicaux, et atomes de nitrogène excités. Par rapport aux traitements à plasma conventionnels à basse pression, le procédé de l'invention se caractérise par une
concentration bien supérieure (par un facteur 105) en atomes d'azote excités et/ou ionisés. Le flux fortement turbulent du plasma sur l'article 30, permet de traiter efficacement toutes les surfaces exposées, y compris les parois verticales des cavités 38. On observe également que les couches nitrurées se forment à une vitesse bien supérieure à celle qu'on obtient lorsqu'on réchauffe l'article à des températures comparables par d'autres moyens, par exemple dans un four, par un arc, ou avec un plasma d'une autre espèce chimique.
[0044] Sans vouloir être limités par la théorie, la température élevée est avantageuse aussi car supérieure à celles auxquelles la formation de T12N est favorisée. On considère que la formation de T12N dans les procédés conventionnels limite profondeur de diffusion. Puisque la température de formation du T12N est d'environ 1 100 °C, un chauffage rapide à une température supérieure permet de limiter la concentration de cette espèce chimique dans les couches superficielles.
[0045] Préférablement, le procédé de traitement comporte les phases suivantes : · Préférablement, le procédé de traitement comporte les phases
suivantes :
• prétraitement avec un jet de plasma de Ar+
• remplissage du réacteur avec atmosphère protectrice de N2
• application d'un jet de plasma à pression atmosphérique, ou
supérieure, avec une vitesse de v>500 m/s, préférablement v>1000 m/s;
• chauffage par le jet de plasma à une température de 1300°C-1500°C, de façon à augmenter la formation de TiN et limiter la formation de T12N aux couches les plus possibles profondes.
· temps de traitement : 3-60s
• refroidissement par le porte-échantillon optimisé.
[0046] La figure 2 illustre les profils de concentrations de Ti et N après 3s (courbe 140) et 20s (courbe 130) de traitement. La double échelle des abscisses indique l'énergie du faisceau sonde et la profondeur
correspondante, en micromètres. [0047] On voit bien comme le rapport N/Ti approche le rapport stœchiométrique 50/50 pour une épaisseur considérable, avec une zone de transition graduelle avec un gradient chimique, allant jusqu'au titane pur du substrat (rapport N/Ti = 0/100). La durée du traitement détermine l'épaisseur de la couche nitrurée.
[0048] La micro dureté superficielle d'un échantillon de titane pur a été mesurée par nanoindentation, avec un duromètre CSM instrument, avec les résultats résumés dans le tableau suivant :
Mesure non traité 3s 20s
HIT (O&P) moyenne 2060.518 9665.076 10415.305
[MPa] déviation 90.475 330.938 1781.671
HVIT (O&P) moyenne 190.826 895.091 964.571
[Vickers] déviation 8.379 30.648 165.002
EIT (O&P) moyenne 73.713 129.213 109.465
[GPa] déviation 4.916 3.712 10.545
Tableau 1 [0049] On observe une augmentation très sensible de la dureté superficielle, et aussi une déviation plus faible que celles obtenue, par exemple, par les procédés d'anodisation conventionnels, en sorte que le procédé de l'invention permet aussi la standardisation de la dureté, en même temps que son augmentation. On a obtenu des duretés de surface HIT supérieures à 10 GPa, typiquement environ 12 GPa, 5 fois plus élevées que celles du titane. De plus, l'épaisseur de la couche de TiN est supérieure à 5 μηη, par exemple 10 μηη.
[0050] Les figures 3 et 4 montrent l'état de surface après 3,
respectivement 20s de traitement. [0051] La couche de nitrure est homogène, sans solution de continuité ou transitions abruptes, la concentration en azote décroissant
progressivement vers l'intérieur, au-dessous de la zone entièrement nitrurée, ce qui élimine tout risque de décollement. Le T12N se forme au- dessous de la couche de TiN, à une profondeur estimée de 10-50 μηη. [0052] Un avantage du procédé de l'invention est que la mise en œuvre est rapide, et qu'il permet de traiter aussi les murs verticaux à l'intérieur des cavités, notamment les entailles dans les têtes de vis.
[0053] Les couches ainsi réalisée ont la couleur jaune propre au TiN, et cette couleur est résistante aux traitements mécaniques et galvaniques usuels et localisée dans les zones touchées par le plasma. On peut envisager des applications de marquage et décoration de pièces en titane ou en alliage de titane. Par ailleurs, une particularité du procédé inventif est que la couche jaune s'étend à l'intérieur des cavités et anfractuosités du produit, notamment dans une tête de vis, les parois verticales de l'entaille, ainsi que le fond de l'entaille, sont couvertes par une couche jaune uniforme.
[0054] Par le procédé de l'invention on peut aussi réaliser des produits dont une partie de la surface est jaune-or, résultant du procédé de nitruration, et une autre présente une couleur différent, obtenu par une autre voie, par exemple par anodisation. A cette fin on préparera les pièces de façon à protéger du jet de plasma les surfaces qui devront être
successivement anodisés. La surface nitruré n'est pas altérée par le bain galvanique et il n'est pas indispensable la protéger. Les pièces ainsi obtenues portent deux ou plus couleurs en surface obtenu par deux diffèrent traitements, et les combinaisons de couleurs peuvent être utilisées dans un codage.
[0055] Le procédé de l'invention peut être appliqué avantageusement aussi aux tiges filetées des vis orthopédiques, pour en augmenter la dureté et les performances tribologiques.
[0056] Par ailleurs, le procédé n'est pas limité aux vis, mais trouve application également aux plaques d'ostéosynthèse que les vis doivent fixer sur l'os, pour profiter des caractéristiques tribologiques et de dureté supérieures du TiN à ces endroits. [0057] On peut également réaliser, par le procédé de l'invention, des dispositifs implantables en titane avec des surfaces d'articulation et frottement durcies et avec un coefficient de friction réduit, par exemple des prothèses totales de hanche, d'épaule, etc. [0058] Le procédé de l'invention n'est pas limité à un plasma d'azote mais peut utiliser d'autres gaz inertes ou réactifs. Parmi les gaz inertes on peut citer l'argon. Ces gaz ne se lient pas chimiquement au substrat, mais le bombardement avec un gaz inerte est utile pour préparer la surface, comme déjà mentionné, et peut modifier la rugosité de l'objet traité. [0059] Parmi les gaz réactif on peut utiliser l'oxygène pour créer des couches superficielles d'oxyde ou oxynitrure de titane TiOxNy, par exemple pour réaliser des effets de couleur. On peut aussi envisager l'utilisation de mélanges d'azote et des composés de carbone, pour obtenir des couches de carbonitrure de titane TiCN. Par exemple, on pourrait utiliser un mélange gazeux comprenant azote et hydrocarbures.
[0060] La technologie SNC peut être appliquée aux pièces en titane pour fabriquer un nouveau produit, caractérisé par le profil de concentration illustré dans la figure 7. Le produit comporte une couche superficielle homogène 41 de TiN, TiCn, ou TiOxNy, d'une épaisseur supérieure à 5 μηη, par exemple 10 μηη, suivie d'une zone de transition 44 avec une
concentration progressivement décroissant de TiN, TiCn, ou TiOxNy, d'une épaisseur supérieure à 5 μηη suivie du substrat 46 de titane, TAN, ou un autre alliage à base de titane, essentiellement dépourvu d'azote.
[0061] Le procédé peut être utilisé aussi pour le durcissement d'autres matériaux, notamment pour traiter en surface des articles en acier.
[0062] Un avantage du procédé inventif est qu'il n'utilise pas de substances toxiques et qu'il ne génère pas de déchets polluants. Numéros de référence
[0063]
20 source de plasma atmosphérique
30 cible, vis, article en traitement
35 support avec refroidissement
38 fente
39 couche nitrurée
41 zone saturée en nitrogène
44 zone de transition
46 substrat
60 anode
65 cathode
68 orifice de sortie
103 entrée axiale du gaz comprimé
104 entrée tangentielle du gaz comprimé 105 tourbillon
107 chambre de décharge
1 10 refroidissement de la source
1 15 refroidissement de la cible
120 jet de plasma
130 concentration en azote après 20s
140 concentration en azote après 3s
190 réacteur tunnel
195 convoyeur, système de transport
198 ouverture, fente

Claims

Revendications
1. Procédé de traitement de surface d'un article en titane ou en alliage de titane, comprenant l'exposition à un jet de plasma de azote, oxygène, ou d'un mélange ou azote/hydrogène, ou d'un mélange azote/oxygène à pression atmosphérique ou supérieure, jusqu'à l'obtention d'une couche de TiN, TiCN, ou TiOxNy d'épaisseur déterminé, suivie d'une couche de transition dans laquelle la concentration en titane augmente
progressivement jusqu'à atteindre la concentration en titane du substrat de l'article.
2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'épaisseur de la couche de TiN, TiCN, ou TiOxNy est supérieure à 1 μηη, préférablement supérieure à 5 μηη.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'exposition au jet de plasma d'azote est précédée par une préparation comprenant une exposition à un jet de plasma de gaz inerte, par exemple argon.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'épaisseur de la couche de transition est supérieure à 1 μηη, préférablement supérieur à 5 μηη.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la surface de l'article est chauffée par le plasma et atteint une température supérieure à 1 100 °C en un temps inférieure ou égal à 5s, préférablement 3s.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la puissance du jet de plasma à la surface de l'article est supérieure à 50 W-mm 2, préférablement supérieure à 100 W-mm 2, plus préférablement supérieure à 200 W-mm 2.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la pression dynamique du jet de plasma à la surface de l'article est supérieure à 1 bar, préférablement supérieure à 10 bar, plus préférablement
supérieure à 20 bar.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le jet de plasma a une vitesse supérieure à 500 m/s, préférablement supérieure à 1000 m/s.
9. Article en titane ou en alliage de titane avec une couche de TiN, T1O2, ou TiOxNy en surface d'épaisseur supérieure à 1 μηη, préférablement supérieur à 5 μηη, suivie d'une couche de transition dans laquelle la concentration en titane augmente progressivement jusqu'à atteindre la concentration en titane du substrat de l'article, dont l'épaisseur est supérieure à 1 μηη, préférablement supérieur à 5 μηη.
10. L'article de la revendication précédente, ayant une nano-dureté superficielle HIT supérieure à 8 GPa.
1 1. L'article d'une des revendications 9-10 étant un parmi : une vis orthopédique, une plaque d'ostéosynthèse, un dispositif implantable, une prothèse articulée.
12. L'article d'une des revendications 9-1 1 ayant une surface de couleur jaune-or et une ayant une nano-dureté superficielle HIT dans l'intervalle 8- 10 GPa.
13. L'article d'une des revendications 9-12 ayant une surface de couleur jaune-or et une seconde surface d'un couleur différent.
14. Système pour le traitement de pièces en titane, ou en alliage de titane, comprenant : au moins une source (20) générant un jet (120) à haute vitesse de plasma de azote, oxygène, ou d'un mélange azote/hydrogène, ou d'un mélange azote/oxygène a pression atmosphérique ou supérieure, un système de transport (195) permettant de transporter une pluralité de cibles (30) sur des supports (35) munis d'un système de refroidissement, en regard de la dite au moins une source et l'exposer au jet de plasma, jusqu'à l'obtention d'une couche de TiN, TiCN, ou TiOxNy d'épaisseur déterminé, suivie d'une couche de transition dans laquelle la concentration en titane augmente progressivement jusqu'à atteindre la concentration en titane du substrat de l'article.
15. Système selon la revendication précédente, dans lequel l'épaisseur de la couche de TiN, TiCn, ou TiOxNy est supérieure à 1 μηη, préférablement supérieure à 5 μηη.
16. Système selon l'une des revendications de 14 à 15, dans lequel l'exposition au jet de plasma d'azote est précédée par une préparation comprenant une exposition à un jet de plasma de gaz inerte, par exemple argon.
17. Système selon l'une des revendications de 14 à 16, dans lequel l'épaisseur de la couche de transition est supérieure à 1 μηη, préférablement supérieur à 5 μηη.
18. Système selon l'une des revendications de 14 à 17, dans lequel la surface de l'article est chauffée par le plasma et atteint une température
supérieure à 1 100 °C en un temps inférieure ou égal à 5s, préférablement 3s.
19. Système selon l'une des revendications de 14 à 18, dans lequel le jet de plasma a une vitesse supérieure à 500 m/s, préférablement supérieure à 1000 m/s.
20. Système selon l'une des revendications de 14 à 19, dans lequel la source (20) comprend une chambre de décharge essentiellement cylindrique, contenue dans une cathode creuse (65), avec une anode (104) axialement positionné à une extrémité de la chambre de décharge, et une embouchure (68) pour l'émission du plasma à une extrémité opposée de la chambre de décharge opposée à l'anode (104), une ou plusieurs orifices d'alimentation en gaz porteur (103, 104), conformés de façon à générer un tourbillon (105) à l'intérieur de la chambre de décharge, dans lequel le rapport entre une longueur (L) et diamètre intérieur (D ) de la chambre de décharge est supérieur à 1 1, préférablement supérieur à 16, plus préférablement supérieur à 20.
21. Système selon la revendication précédente, dans lequel le courant anodique est inférieur à 2 A, la chute de tension entre anode et cathode est comprise entre 800V et 2000V, la puissance préférablement supérieure à 2.5 kW.
22. Système selon la revendication précédente, dans lequel un diamètre de l'embouchure (68) est compris entre 0.1 mm et 50 mm, préférablement entre 1 mm et 3 mm, et a une forme cylindrique ou conique.
23. Système selon la revendication précédente, dans lequel l'embouchure (68) a une forme conique avec l'ouverture plus grande vers l'objet à traiter.
24. Système selon l'une des revendications de 14 à 22, dans lequel les jets de plasma (120) produits par les sources (20) sont dirigés à l'intérieur d'un réacteur de traitement (190) comprenant au moins un passage (198) pour évacuer les gaz soufflés par les sources (20), le passage (198) étant relié à la bouche d'aspiration d'une pompe, ou donnant directement en atmosphère.
25. Système selon l'une des revendications de 14 à 23, dans lequel le système de transport (195) et les sources (20) sont arrangés de façon à ce que chaque pièce (30) est présentée à une seule source (20) à la fois, et chaque source (20) traite une seule pièce (30) à la fois.
26. Système selon l'une des revendications de 14 à 24 présentant un gradient température qui procure un préchauffage des pièces (30) avant l'exposition aux jets de plasma.
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