Réalisation et étude comparative de dépôts céramiques obtenus par arc électrique sous vide ou dépôts ioniques : application à l'analyse du comportement anti-usure et des mécanismes de défaillance de revêtements PVD et CVD (TiN, CrN, DLC) sur outils de mise en forme

• Auteur / Autrice : Patrice Clédat
• Direction : Jean Machet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux céramiques et traitements de surface
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Limoges

Mots clés

Mots clés contrôlés

Emboutissage (travail des métaux)

Nitrures

Arcs sous vide

Matériaux céramiques

Résumé

L'analyse des défaillances d'outils d'emboutissage et l'étude des traitements de surface pouvant y remédier sont les principaux objectifs de l'étude. Les mécanismes de croissance des couches diffèrent selon le procédé de dépôt. Ainsi, dans le cas des dépôts PVD, en arc électrique la majorité des espèces est ionisée alors qu'en dépôts ioniques les espèces métalliques sont neutres. Ceci explique que la taille des grains de CrN est plus faible en arc qu'en dépôts ioniques. Ces mécanismes sont également liés à la nature du dépôt. Ainsi, le titane présente une affinité pour l'azote nettement plus forte que le chrome. Cela conduit à l'incorporation d'azote dans la couche induisant un niveau de contraintes plus élevé pour TiN que pour CrN. Cela explique aussi la difficulté d'obtenir des dépôts stoechiométriques de CrN. Les propriétés mécaniques des revêtements optimisés au laboratoire sont comparables quels que soient la technique PVD et le matériau déposé. Une corrélation entre les propriétés mécaniques et microstructurables des couches a été mise en évidence. En général, la microdureté croît avec le niveau de contraintes qui augmente quand la taille des grains diminue. Une bonne résistance à l'usure nécessite une forte adhérence, obtenue seulement pour des dépôts stoechiométriques. Les caractéristiques des couches optimisées au laboratoire sont comparables à celles des dépôts industriels. L'étude donne des éléments sur la hiérarchisation des traitements sur outil d'emboutissage. Un matériau multicouche obtenu par CVD donne le meilleur résultat. Il est concurrencé par CrN obtenu par PVD qui a une limite de tenue plus basse mais dont le coût est moindre. TiN se révèle moins performant que CrN pour l'emboutissage. Son utilisation est justifiée pour la découpe. Le DLC est limité par son adhérence, alors qu'il est excellent quand un bon frottement est particulièrement recherché. Cette étude pose les bases physiques aux préconisations d'emploi des traitements de surface.