Étude du comportement tribologique de revêtements diamants obtenus par procédé flamme

par Marjorie Schmitt

Thèse de doctorat en Mécanique et énergétique

Sous la direction de Daniel Paulmier.

Soutenue en 2000

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .


  • Résumé

    Les résultats obtenus durant les trois années de thèse concernent le comportement tribologique de revêtements diamant obtenus par procédé flamme, en fonction de divers paramètres: contreface, environnement, charge normale, orientation cristalline. Une étude préliminaire a abouti aux conclusions suivantes: les rayures dues aux passages des diamants sont visibles même à faible charge; une graphitisation apparaît à forte charge sous oxygène; les tension superficielles jouent un rôle important sous vapeur d'eau à faible charge. Il a également été montré que le coefficient de frottement mesuré n'est pas typique du comportement réel du diamant, mais représente plutôt le couple (diamant + transfert) / (disque + débris d'usure). L'influence de l'orientation cristalline a ensuite été traitée mettant ainsi divers phénomènes en évidence: les transferts préférentiels du disque vers le pion; les différents types d'indentations sous oxygène; l'évolution des revêtements diamant au cours du frottement: déterioration des cristaux, transformation Sp3 -> Sp2. Une étude des couples diamant/alliages aluminium a ensuite été amorcée, concernant plus précisément le rôle des oxydes sur le processus de coupe et la nature du transfert. Enfin, une simulation du contact pion revêtu diamant/disque a été menée en parallèle : cette modélisation a permis d'évaluer la charge critique évitant la décohésion diamant-substrat, phénomène particulièrement important pour les outils de coupe revêtus.


  • Résumé

    Results obtained during these three years of PhD deal with the tribological behaviour of diamond coatings obtained by flame process, and its variations with various parameters : the nature of the counterface, the environment, the applied normalload, the crystals orientation. A preliminary study led to the following conclusions: the scratch due to the diamonds tips motion appeared even at low load ; a graphitisation phenomenon happened at high load under oxygen ; the superficial tension forces played an important part under water vapour at low load. It was also shown that the measured friction coefficient is not typical of the real diamond behaviour, but rather characterised the (diamond + transfer) / (disc + wear debris) couple. The influence of the crystals orientation was then studied, highlighting thus the following phenomena : the preferential transfers from the disc to the pin; the different kind of indentations under oxygen ; the way the coatings are modified during the sliding : crystals deterioration, Sp3 -> Sp2 transformation. A study concerning the diamond/aluminuim alloys couples was then begun, dealing more particularly with the role of the oxides on the cutting process and the nature of the transfer. A simulation of the diamond coated pin-disc contact was finally realized : this modelling allowed the evaluation of the critical load avoiding the diamond-substrate decohesion, which is particularly important for the coated cutting tools.

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