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Le Département couches minces et revêtements de l’Institut central de recherche de la société Mitsubishi Materials s’occupe du développement et de la recherche relative aux nouveaux matériaux et revêtements, dans le but d’améliorer considérablement les performances des outils de coupe. Voici un compte-rendu de ce qui se passe sur le terrain dans ce secteur de pointe de la recherche et du développement.

Innover dans la recherche et le développement grâce à des techniques de pointe d’analyse et d’évaluation

L’Institut de recherche minière de Mitsubishi Materials a été fondé en 1917 à Shinagawa en tant que premier institut de recherche privé. Après avoir déménagé à Omiya (actuelle ville de Saitama), il a été transféré à Naka, (préfecture d’Ibaraki), en 2007. Il a, alors, été doté de trois instituts annexes, à Omiya, Onahama, et Kitamoto, pour amorcer un nouveau départ sous le nom d’Institut central de recherche. Cette année, l’institut fête son 100e anniversaire. Le Département couches minces et revêtements, département comptant le plus grand nombre de chercheurs de tout l’institut, est chargé du développement de nouveaux matériaux dotés de performances inexistantes jusqu’alors, grâce à l’élaboration de matériaux durs frittés ou de revêtements fonctionnels, et grâce à la maîtrise à l’échelle du nanomètre des structures et interfaces. Takatoshi OSHIKA, directeur du département, explique ainsi les points forts de l’Institut central de recherche : 
« L’institut dispose d’appareils d’analyse rares au Japon, adopte des équipements à la pointe de la technologie et emploie de nombreux chercheurs chevronnés, capables d’utiliser ces équipements avec un haut niveau de compétence. Je pense que c’est ce qui fait la force de l’institut. Outre notre département, l’Institut central de recherche dispose de 9 autres départements responsables de divers sujets, tels que l’analyse des matériaux, les matériaux électroniques, etc., qui sont capables de réunir et d’appliquer très rapidement une grande variété de technologies générant ainsi un effet synergique qui fait la force du groupe Mitsubishi Materials. D’ailleurs, nous créons continuellement de nouveaux produits issus de la fusion de technologies de secteurs différents, tels que par exemple “ thermistor flexible ”, le capteur de température le plus mince au monde. »

En adoptant des technologies de pointe, notamment la technologie des couches d’alumine hautement résistantes à l’usure, le Département couches minces et revêtements a créé une technologie des constituants pouvant être appliquée à des produits particulièrement innovants tels que les gammes « UC5105/UC5115 » de revêtements CVD pour le tournage de la fonte qui ont une durée de vie largement supérieure aux produits existants. « Actuellement, nous effectuons également des recherches dans le domaine de la technologie des composants des forets à diamant polycristallin (PCD) pour l’usinage des PRFC, et nous avons déjà terminé la conception de base des matériaux. Parallèlement, nous poursuivons également des recherches dans le domaine des revêtements diamant CVD pour l’usinage des PRFC, et faisons en sorte de pouvoir mettre en application au plus tôt cette technologie. » D’autre part, Takatoshi OSHIKA explique que son département est en train de s’attaquer activement au développement de technologies innovantes. « Supposons par exemple qu’il suffise de réduire la taille des particules du matériau d’un revêtement pour doubler sa résistance. Si les appareils actuels ne permettent pas de réduire davantage la taille des particules, alors il faudra modifier complètement les appareils utilisés. Ceci pourra alors déboucher sur la création d’un appareil unique au monde. Je suis persuadé que le développement en soi et l’utilisation optimale d’équipements à forte valeur ajoutée rend possible la création de matériaux innovants. Pour imager, on pourrait comparer cela à un manga de baseball où le lanceur lance une balle extraordinaire à la trajectoire trompeuse. Il ne s’agit pas d’améliorer sa technique de lancer en travaillant la maîtrise du lancer ou de la trajectoire, mais plutôt d’essayer sans répit de lancer une balle à la trajectoire trompeuse comme personne n’en a jamais vu et qui disparait par exemple soudainement de la vue du frappeur. Voilà comment nous envisageons l’avenir au Département couches minces et revêtements. »

Développement de revêtements diamant CVD pour l’usinage des PRFC

Kazutaka FUJIWARA, 20 ans d’ancienneté dans l’entreprise, est entré à l’Institut central de recherche il y a 10 ans et s’occupe du développement et de la recherche des revêtements diamant CVD pour les outils coupants. Il nous explique ci-dessous l’intérêt de son travail. « Comparé aux services de développement d’une usine, l’institut est plus éloigné des clients. Pour cette raison, et afin de pouvoir garder un lien avec les clients, je m’efforce de toujours garder un contact étroit avec les équipes de développement des usines qui connaissent bien leurs attentes. C’est à partir d’une bonne compréhension de ces attentes,  que je m’attèle à la recherche des principes et bases fondamentales comme seul peut le permettre un institut de recherche, pour découvrir de nouveaux faits ou établir de nouvelles hypothèses. 
Le résultat de ces découvertes, au final, se répercute sur les produits sous forme d’une amélioration considérable de leurs performances. Nous sommes vraiment comblés d’apprendre l’accueil positif du marché d’un nouvel outil développé avec de nouvelles technologies. » Actuellement, Kazutaka FUJIWARA se focalise sur la recherche et le développement de revêtements diamant CVD pour les outils d’usinage des PRFC, utilisés dans la fabrication du fuselage des avions. « Notre entreprise commercialise déjà des forets et des fraises à embout revêtus ainsi.  Nous poursuivons le développement d’un nouveau revêtement permettant encore d’augmenter considérablement les performances. »

Nous cherchons à développer de nouveaux outils à partir de nouvelles technologies uniques au monde

La fabrication des avions nécessite non seulement des PRFC, mais également des matériaux composites tels que des assemblages de PRFC et d’aluminium ou de titane. L’usinage simultané avec le même outil de matériaux différents exige un outillage aux performances extrêmement élevées, difficiles à atteindre, même pour les revêtements diamant CVD mentionnés précédemment. « Dans le cas de l’usinage de pièces en PRFC, il suffit d’augmenter la proportion de diamants, c’est-à-dire d’augmenter la dureté du revêtement pour améliorer sa résistance. En revanche, dans le cas d’usinage de métaux tels que l’aluminium ou le titane, augmenter la proportion de diamants entraine une réaction entre le revêtement et le matériau usiné causant l’apparition d’adhérences sur les outils, ce qui réduit la qualité de l’usinage et la durée de vie de l’outillage. Le plus important défi dans le développement de ces revêtements diamant CVD est la résolution simultanée de deux problèmes contradictoires que sont l’obtention de hauts niveaux de performance d’un même revêtement dans l’usinage de matériaux différents, et l’allongement conséquent de la durée de vie de l’outil. » L’objectif que s’est fixé Kazutaka FUJIWARA est de créer un revêtement diamant CVD ayant une durée de vie « trois fois plus longue que celle des produits existants ». Son équipe travaille d’arrache-pied, main dans la main, dans le but d’apporter une contribution décisive à sa commercialisation d’ici 2018. « Notre mission à l’Institut Central de Recherche est de créer des techniques innovantes qui n’existaient pas jusqu’à présent. Nous voulons développer de nouvelles technologies uniques au monde, ce qui est possible pour Mitsubishi Materials, et transmettre à nos clients du monde entier notre enthousiasme par l’intermédiaire de produits utilisant ces technologies. »