Stabilite mecanique et modes d'endommagement de revetements multicouches a base de tungstene et de tungstene-carbone elabores par pvd

par EMMANUELLE HARRY

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de MICHEL IGNAT et de Yves Pauleau.

Soutenue en 1998

à l'INP GRENOBLE .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Les revetements a base de tungstene et de tungstene-carbone sont utilises pour leurs proprietes de resistance a l'usure contre le frottement ou contre l'erosion par des particules solides. Ces revetements peuvent etre le siege de contraintes residuelles elevees. Seules ou associees a une sollicitation exterieure, elles peuvent etre a l'origine de nombreux mecanismes d'endommagement, alterant la fiabilite des revetements. L'objectif de notre travail est d'analyser la stabilite mecanique et les modes de rupture de ces revetements, en relation avec leurs proprietes microstructurales et mecaniques, afin d'optimiser leur architecture pour une application donnee. Les revetements ont ete elabores par pulverisation cathodique magnetron : monocouche w et w(c) (contenant 14 at. %c), revetement multicouches et revetement a gradient de concentration en carbone. La morphologie des couches evolue d'une structure colonnaire a une structure compacte par ajout de carbone dans le tungstene. La durete des depend majoritairement de la taille des grains. Les contraintes residuelles sont equivalentes quelques soit l'architecture du revetement. Les modules d'young ont ete determines par des essais de flexion trois points, et sont voisins du module du tungstene massif. Des essais micromecaniques (flexion trois points avec suivi acoustique, traction in situ dans un microscope electronique a balayage) ont permis de determiner leur contrainte critique de fissuration, leur densite de fissures transversales a saturation, dont sont deduites l'energie de fissuration en volume et la tenacite. Ces parametres, qui sont intrinseques au revetement, decrivent la stabilite mecanique du systeme revetement/substrat. Nous avons utilise un modele base sur la redistribution des contraintes dans un revetement fissure pour analyser son adherence au substrat. Par ailleurs, des essais de rayure (avec suivi acoustique, et analyse par microscopie optique et microscopie electronique a balayage) ont permis de degager les differents mecanismes d'endommagement des revetements (en volume, aux interfaces et en surface) en fonction de la charge appliquee et de caracteriser egalement leur adherence. L'ensemble des resultats montre l'influence determinante de l'architecture des revetements (epaisseur, morphologie, composition, sequence d'empilement des couches) et de la presence de defauts microstructuraux au sein des depots sur leur comportement mecanique. Ces facteurs de structure peuvent, suivant leur amplitude, modifier considerablement la tenue mecanique des revetements.


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Informations

  • Détails : 242 P.
  • Annexes : 199 REF.

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