Search

Plasma treatment has become a powerful candidate to modify surface properties without any change in bulk properties. It combines high chemical reactivity with low operational costs, in environmentally friendly processes. Plasma treatment has been intensively applied for surface modification of vulcanized rubbers. Almost no studies have been dedicated to plasma treatment of unvulcanized rubbers. The role of each additive during plasma exposure is poorly understood. It is also admitted that surface crosslinking occurs easily on rubber surfaces exposed to plasmas. This impacts the adhesive properties of the rubbers because it mimics chain interdiffusion. In this context, determining the key plasma parameters that have a significant effect on the surface properties is a prerequisite for further process control. To limit the complexity of the study, we concentrated our efforts on unvulcanized filler-free styrene butadiene rubber (SBR) and polybutadiene rubber (BR) which has been used for the first time as rubber models. The effect of three main parameters that directly impact the amount of energy and the nature of the excited species in the plasma phase (i.e. the RF source power, the exposure time and the distance between the rubber samples and the plasma) was analyzed. Optical Emission Spectroscopy was used to characterize the plasma phase. Surface modifications were investigated by wettability measurements and X-Ray Photoelectron Spectroscopy. Surface aging was investigated under ambiant and inert atmosphere at different temperatures and finally tack properties were measured and connected to surface properties determined with optical emission spectroscopy.; Les traitements plasma sont devenus des moyens incontournables et puissants pour modifier les propriétés de surface de nombreux matériaux sans intervenir sur les propriétés massiques et ceci en étant respectueux de l’environnement. Si ces traitements ont été appliqués à de nombreuses reprises aux élastomères réticulés pour améliorer leurs propriétés d’adhérence, ils n’ont quasiment jamais été appliqués à des élastomères non réticulés. Les expositions plasma ont été réalisées à basse pression, en décharge radiofréquence dans un environnement d’air. Pour limiter la complexité de l’étude et pour obtenir une meilleure compréhension des mécanismes d’interaction plasma-surface, un SBR et un polybutadiène (BR) non chargés et non réticulés ont été utilisé comme élastomères modèles. Le rôle d’un d’antioxydant (6PPD) classiquement utilisé a également été étudié. L’influence de la configuration du réacteur plasma sur les modifications surface a été suivie par mouillabilité et spectroscopie XPS. La cartographie des espèces plasmagènes a été obtenue par spectroscopie d’émission optique.L’augmentation du caractère hydrophile des surfaces avec l’énergie du plasma jusqu’à un seuil énergétique a pu être mise en évidence. Au-delà les phénomènes d’ablation et de réticulation de surface deviennent prépondérants. Les modifications de surface et leur cinétique de réorganisation de surface des chaînes polymère dépendent essentiellement de la température, l’environnement est un paramètre secondaire. L’influence de ces modifications physico-chimiques de surface induite sur les propriétés de tack est clairement mise en évidence. L’augmentation du caractère hydrophile conduit à une augmentation importante des performances adhésives instantanées (temps courts de contact 100s) au contact du verre. Par contre, la réticulation superficielle consécutive à des expositions plasma trop énergétiques diminue de façon drastique l’autohésion, ie le contact entre deux surfaces élastomères traitées. Le rôle de l’antioxydant sur la recombinaison des radicaux macromoléculaires formés lors du traitement a été montré. Le succès de la mise en œuvre d’un traitement de surface par plasma repose sur le contrôle du seuil énergétique à ne pas dépasser de sorte à minimiser les phénomènes de réticulation superficielle.

We propose here a new theoretical treatment of the light scattering by Thomson effect on a large number of electrons, like it is used as measurement tool on plasma researches. Our treatment lies on an statistical analysis of the electric field produced by the electrons and shows that the resulting field is 10 times smaller at least than that evaluated till now. This situation could be improved by a feature of heterodyne detection., On propose un nouveau traitement théorique de la diffusion de la lumière par effet Thomson sur un ensemble d'électrons, telle qu'elle est exploitée comme instrument de mesure dans les recherches sur les plasmas. Ce traitement repose sur une analyse statistique du champ électrique total généré par les électrons et montre qu'il est au final au moins 10 fois plus faible que celui calculé jusqu'ici. La situation pourrait être cependant améliorée par une détection hétérodyne.

Plasma electrolytic oxidation is a surface treatment process applied to light weight alloys (Al, Mg, V, Ti, etc.) which may advantageously replace conventional anodizing, especially regarding environmental issues. Though this process has been known for many years, the underlying mechanisms that govern this micro-discharge assisted process remain poorly understood. This work aims at better identifying the breakdown and development mechanisms of the micro-discharges and at correlating the micro-discharge characteristics to the properties of the layers grown onto Al2214 aluminium alloy samples. The approach consists in coupling the study of the micro-discharges, the characterization of the grown layers and the breakdown mechanisms. By means of high rate video recording (> 125 000 frames/s) and shadowgraph techniques, the dependence of the evolution of the micro-discharges with the macroscopic process parameters has been clearly established. The important role of counter-electrodes and their respective position with respect to the sample have been identified and studied. It is also shown that the suitable choice of current frequency and anodic current density may greatly improve the quality of the resulting oxide layers. Current frequency in the kHz range seems most appropriate to grow thick and defect-free homogeneous layers.Finally, from synchronous measurements, it has been pointed out a delay in the onset of micro-discharges with respect to the rising edge of the current pulses. Besides this delay is strongly sensitive to the process parameters, it is probably related to the breakdown mechanisms of the insulating layer. Scenarios for these mechanisms have been proposed., L'oxydation par plasma électrolytique (ou oxydation micro-arc) est un procédé de traitement des alliages légers (Al, Mg, V, Ti, etc.) apte à pallier les limites de l'anodisation, en particulier au regard des contraintes environnementales. Bien que connu depuis de nombreuses années, les mécanismes sous-jacents à ce procédé assisté par des micro-décharges restent peu ou mal compris. L'objectif de ce travail est de cerner les mécanismes de formation et de développement des micro-décharges et d'associer leurs caractéristiques aux propriétés des couches d'oxyde élaborées sur l'alliage d'aluminium Al2214.La démarche adoptée consiste à associer étroitement l'étude des micro-décharges, la caractérisation des couches élaborées, et les mécanismes de claquage de la couche d'oxyde en cours de croissance. A l'aide de moyens originaux de vidéo rapide (> 125 000 images/s) et d'ombroscopie, la dépendance de l'évolution des micro-décharges aux paramètres macroscopiques du procédé a clairement été établie. L'importance de la présence et de la position de contre-électrodes a été mise en évidence et étudiée. Il est également montré que le choix judicieux de la fréquence et de la densité de courant anodique améliore la qualité des couches obtenues. Une fréquence de l'ordre du kHz semble la mieux appropriée.Enfin, à partir de mesures synchrones, un retard à l'apparition des micro-décharges par rapport au front montant des impulsions de courant a été mis en exergue. Très sensible aux paramètres du procédé, ce retard est probablement lié aux mécanismes de claquage de la couche d'oxyde isolante. Des scénarios concernant ces mécanismes ont ainsi été proposés.

Plasma electrolytic oxidation is a surface treatment process applied to light weight alloys (Al, Mg, V, Ti, etc.) which may advantageously replace conventional anodizing, especially regarding environmental issues. Though this process has been known for many years, the underlying mechanisms that govern this micro-discharge assisted process remain poorly understood. This work aims at better identifying the breakdown and development mechanisms of the micro-discharges and at correlating the micro-discharge characteristics to the properties of the layers grown onto Al2214 aluminium alloy samples. The approach consists in coupling the study of the micro-discharges, the characterization of the grown layers and the breakdown mechanisms. By means of high rate video recording (> 125 000 frames/s) and shadowgraph techniques, the dependence of the evolution of the micro-discharges with the macroscopic process parameters has been clearly established. The important role of counter-electrodes and their respective position with respect to the sample have been identified and studied. It is also shown that the suitable choice of current frequency and anodic current density may greatly improve the quality of the resulting oxide layers. Current frequency in the kHz range seems most appropriate to grow thick and defect-free homogeneous layers.Finally, from synchronous measurements, it has been pointed out a delay in the onset of micro-discharges with respect to the rising edge of the current pulses. Besides this delay is strongly sensitive to the process parameters, it is probably related to the breakdown mechanisms of the insulating layer. Scenarios for these mechanisms have been proposed.; L'oxydation par plasma électrolytique (ou oxydation micro-arc) est un procédé de traitement des alliages légers (Al, Mg, V, Ti, etc.) apte à pallier les limites de l'anodisation, en particulier au regard des contraintes environnementales. Bien que connu depuis de nombreuses années, les mécanismes sous-jacents à ce procédé assisté par des micro-décharges restent peu ou mal compris. L'objectif de ce travail est de cerner les mécanismes de formation et de développement des micro-décharges et d'associer leurs caractéristiques aux propriétés des couches d'oxyde élaborées sur l'alliage d'aluminium Al2214.La démarche adoptée consiste à associer étroitement l'étude des micro-décharges, la caractérisation des couches élaborées, et les mécanismes de claquage de la couche d'oxyde en cours de croissance. A l'aide de moyens originaux de vidéo rapide (> 125 000 images/s) et d'ombroscopie, la dépendance de l'évolution des micro-décharges aux paramètres macroscopiques du procédé a clairement été établie. L'importance de la présence et de la position de contre-électrodes a été mise en évidence et étudiée. Il est également montré que le choix judicieux de la fréquence et de la densité de courant anodique améliore la qualité des couches obtenues. Une fréquence de l'ordre du kHz semble la mieux appropriée.Enfin, à partir de mesures synchrones, un retard à l'apparition des micro-décharges par rapport au front montant des impulsions de courant a été mis en exergue. Très sensible aux paramètres du procédé, ce retard est probablement lié aux mécanismes de claquage de la couche d'oxyde isolante. Des scénarios concernant ces mécanismes ont ainsi été proposés.

Une machine à plasma de césium est étudiée. Elle est métallique et entièrement démontable ce qui permet de réaliser plusieurs structures différentes suivant les problèmes envisagés. Dans ce travail, la géométrie est variable et deux sondes mobiles analysent le milieu crée par ionisation de contact. Les mesures sont faites à différentes pressions pour des températures de surface chaude variables. Les électrodes, dont la polarisation peut être modifiée, sont placées à deux distances différentes. La première partie est consacrée à la description de la machine. Dans la seconde partie les résultats de plusieurs expériences sont présentés et discutés.