Étude des transformations structurales superficielles induites par implantation ionique et frottement dans les métaux

Study of surface structural transformations induced by ion implantation and friction

• Auteur / Autrice : Frédéric Pons
• Direction : Jean-Claude Pivin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique
• Date : Soutenance en 1987
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Jean Philibert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Claude Pivin, Jean Grilhé, Daniel Maugis, Stéphan Megtert, Jean Tousset, Jean Philibert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Amorphisation

Ions -- Implantation

Mots clés libres

Alliages métalliques cristallins et amorphes

Caractérisation structurale par diffraction de rayons X sous incidence rasante

Tribométrie à balayage

Indentation submicroscopique

Transformations structurales du métal

Résumé

J'ai conçu et réalisé un équipement de tribométrie adapté à l'étude du comportement sous frottement de surfaces implantées. Un montage de diffraction de rayons X permettant l'analyse cristallographique résolue en profondeur (50nm) de couches minces, a également été mis au point et une méthodologie proposée. Nous avons contribué à l'étude des mécanismes d'amorphisation par implantation ionique de métaux et par irradiation d'alliages métalliques cristallins. Combinée à la canalisation de particules α, la diffraction de rayons X sous incidence rasante a permis la mise en évidence de contraintes dans le réseau précédant ou accompagnant la formation d'amas amorphes. Les différentes cinétiques d'amorphisation obtenues en fonction de la température sur un système métal-métal (A1 implanté Ni) confirment les précédents résultats obtenus sur des systèmes métaux-métalloïdes (Ni implanté en P et B, Pd en Si). La température et la concentration de l'élément stabilisateur de la phase amorphe sont les principaux paramètres régissant l'amorphisation dans le cas de l'implantation alors que dans le cas de l'irradiation (Ni3 B, A1Ni irradiés) le paramètre important est la densité de défauts créés par ion incident. L'utilisation de techniques de caractérisation physicochimiques (R. B. S. , N. R. A. , S. I. M. S. , X. P. S. ) couplées aux techniques précédentes nous ont permis, dans le cas de couches de Ti 1-x Nx, forméeS par implantation d'azote à multiénergiee, de corréler leur propriétés mécaniques à leur structure et à ses transformations sous frottement.

I have designed and realized a friction test equipment suitable for the study of friction behaviour of ion implanted surfaces. An experimental X-Ray diffraction set up, allowing crystallographical depth resolved analysis (50nm) on thin layers, has also been developed and a methodology proposed. We have contributed to the study of amorphization mechanisms in two cases: ion implantation of a pure metal and irradiation of crystalline metallic alloys. Combined with the channeling technique. Grazing X-Ray diffraction has led to study the particular role of stresses in the lattice. Preceding or accompanying amorphous cluster formation. Different amorphization kinetics obtained as a function of temperature on a metal-metal system (Ni implanted A1) reinforce previous results on metal-metalloid systems (P,B and Si implanted in Ni and Pd). The temperature and the concentration of stabilizing species in the amorphous phase are the main parameters governing ion implantation. Whereas the important parameter in the case of ion irradiation is the defects density created by incident ions. The use of different spectroscopy techniques (R. B. S. , N. R. A, S. I. M. S, X. P. S. ) combined with channeling and grazing X-Ray has allowed to correlate the mechanical properties to the structure and the transformations under friction in the case of Ti 1-x Nx layers elaborated by nitrogen multi-energy implantation.