Application des techniques de nanoindentation aux couches modifiees par implantation d'ions a haute energie

par Hervé Pelletier

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Pierre Mille.

Soutenue en 2001

à Strasbourg 1 .

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  • Résumé

    L'implantation ionique fait partie aujourd'hui des procedes utilises depuis peu pour traiter les metaux, en particulier des pieces mecaniques a forte valeur ajoutee, comme par exemple les protheses orthopediques de femur. Les epaisseurs traitees sont toutefois de l'ordre de quelques centaines de nanometres. Pour accroitre le champ d'applications de l'implantation, un traitement a haute energie (e = 1mev) et a forte dose (d = 10 1 8 n +. Cm 2) suivi d'un recuit peut etre une piste interessante : en effet, un recuit sous atmosphere controlee constitue un moyen simple et efficace pour repartir de facon homogene par diffusion les atomes implantes et augmenter les effets durcissant essentiellement par precipitation. Compte tenu des faibles epaisseurs de traitement et de la variation importante des proprietes dans l'epaisseur, la nanoindentation s'avere etre la seule technique de caracterisation mecanique suffisamment sensible pour comprendre les effets du traitement. Cependant, pour une etude complete, une approche pluridisciplinaire combinant plusieurs techniques de caracterisation physico-chimique a ete indispensable. La diffraction des rayons x, l'analyse par reaction nucleaire (nra) et la nanoindentation ont permis de suivre l'evolution de la concentration des atomes d'azote implantes dans un acier inoxydable 316l ainsi que les transformations structurales en fonction des conditions d'implantation et de recuit. Avant de caracteriser mecaniquement les couches modifiees par implantation a haute energie, nous avons mene sur des metaux purs un certain nombre de tests preliminaires, pour comprendre les problemes associes a la technique d'indentation instrumentee et pour en apprecier la sensibilite. Nous avons tout d'abord quantifie les effets de certains elements perturbateurs comme la rugosite ou l'orientation cristalline. Puis, avec l'appui de la simulation par elements finis, nous avons relie des grandeurs de la loi de comportement (limite elastique, ecrouissage) a certains parametres deduits de la courbe charge/deplacement (retour elastique et index de plasticite).


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Informations

  • Détails : 250 p.
  • Annexes : 210 ref.

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  • Disponible pour le PEB
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