Etude des propriétés mécaniques et tribologiques de couches minces nanostructurées : cas du carbure de chrome

par Asma Jellad

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Philippe Houdy.

Soutenue en 2006

à Evry-Val d'Essonne .


  • Résumé

    A l’échelle nanométrique, la détermination des propriétés mécaniques et tribologiques des revêtements est un sujet de recherche d’actualité. Dans ce cadre, le travail présenté a pour but d’étudier les propriétés mécaniques des couches minces nanostructurées. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence une méthode expérimentale permettant la détermination des propriétés tribologiques de couches minces. Cette étude a porté sur les couches minces de titane et de nitrure de titane déposés par pulvérisation cathodique RF sur des substrats monocristallins de Si (100). Nous montrons l’importance du taux de chargement normal sur la détermination du déplacement normal de l’indenteur et de la force tangentielle dans le cas de la rayure à force normale croissante. Nous avons également montré que la mesure de la force tangentielle est fortement dépendante de l’orientation de l’indenteur de type Berkovich lors de l’essai de rayure. L’effet de l’orientation de la pointe Berkovich a été également étudié dans le cas des essais d’usure. Dans un deuxième temps, nous avons élaborés des films minces de carbure de chrome sur des substrats monocristallins de Si (100) et MgO (100). Les échantillons ont été caractérisés par réflectométrie et diffraction des rayons X. La composition des films a été déterminée par la technique WDS. Les propriétés microstructurales, structurales et mécaniques ont été étudiées en fonction de la température du substrat et de la teneur des films en carbone. Un renforcement des propriétés mécaniques et de la résistance à l’usure a été observé avec l’augmentation de la température de dépôt. L’effet de la taille des grains et de l’état de cristallisation des films sur la dureté et la résistance à l’usure des films est discuté


  • Résumé

    At the nanometric scale, the determination of mechanical and tribological properties of coatings is a new subject of research. In this investigation, the purpose of this work is to study the mechanical properties of the nanostructured thin films. A new experimental set up allowing the determination of the tribological properties of thin films is achieved. This study was conducted on titanium and titanium nitride thin films deposited by RF sputtering on Si (100) substrates. We show the importance of the normal loading rate on the determination of the normal displacement of the indenter and the tangential force in the case of the scratch with increasing normal load. We also showed that the measurement of the tangential force is strongly dependent on the Berkovich tip orientation during the scratch test. The effect of the Berkovich tip orientation was also studied in the case of the wear test. In the second time, we have deposited chromium carbide thin films on Si (100) and MgO (100) substrates. The samples were characterized by x-ray reflectometry and diffraction. The composition of films was determined using the WDS technique. The microstructural, structural and mechanical properties were studied according to the substrate temperature and the carbon content into the films. An improvement of the mechanical properties and the wear resistance were observed with the increase of the substrate temperature. The effect of the grain size and the film structure on the hardness and the wear resistance of the films are discussed.

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