Etude des interactions ultrasons de puissance / revêtements organiques

par Florian Roy

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Fabrice Lallemand et de Abdeslam Et Taouil.


  • Résumé

    Depuis plusieurs années dans les laboratoires UTINAM et FEMTO-ST, des études sont réalisées sur les propriétés tribologiques des monocouches auto-assemblées (SAMs). Ces travaux ont permis la création de la start-up AFUludine SAS en septembre 2016 proposant l’utilisation d’acides phosphoniques comme lubrifiant pour l’emboutissage de tôle d’acier inoxydable. En conséquence, il a fallu développer de nouvelles méthodes permettant l’élaboration de ces films organiques. Les substrats ainsi traités ont montré, en plus de la formation d’une monocouche sur la surface, l’apparition d’agrégats d’acides phosphoniques visibles à l’œil nu.Cette thèse a pour objectif de chercher à mieux comprendre le greffage et les propriétés tribologiques de ces revêtements, ainsi que d’anticiper et de répondre à certaines problématiques industrielles. Les effets des ultrasons haute fréquence (575 kHz) sur le greffage des SAMs sont observés, en s’intéressant dans un premier temps, à un modèle (thiols/or) puis au système d’intérêt. Les US activent le greffage des thiols sur or en diminuant le temps nécessaire pour obtenir un film compact et bien organisé. Les mêmes résultats sont constatés pour les acides phosphoniques sur acier inoxydable.Une seconde partie de ce travail est consacrée à l’étude des agrégats. Leur formation est divisée en plusieurs étapes qui dépendent de la concentration en molécules actives au sein de la solution de modification. Le caractère viscoélastique des agrégats indique une dépendance à cette concentration. L’un des risques industriels du greffage de ces films réside dans la nécessité d’utiliser un solvant organique, comme l’éthanol. Le remplacement de ce solvant par de l’eau pour la modification par des acides phosphoniques de petites chaines alcanes sera donc étudié. La désorption des molécules est également investiguée. En effet, une fois l’emboutissage réalisé, les finitions de la pièce demandent un état de surface spécifique. Pour se faire, l’utilisation d’ultrasons basse fréquence, de soude ou la combinaison des deux, est mise à profit, afin de nettoyer les tôles d’acier à divers degrés : élimination des agrégats redonnant l’aspect visuel d’origine à l’acier inoxydable, désorption des espèces présentes dans le film organisé (agrégats, multicouches et espèces physisorbées) et désorption complète des molécules.

  • Titre traduit

    Study of power ultrasounds interactions/coating


  • Résumé

    For several years, UTINAM and FEMTO-ST laboratories studied tribological properties of self-assembled monolayers (SAMs). These works enabled the creation of the start up AFULudine SAS on September 2016 offering the use of phosphonic acids as lubricants for stainless steel sheets stamping. Consequently, new methods for the elaboration of such organic films had to be developed. The treated substrates showed formation of phosphoric acid aggregates on the surface, along with the grafting of a monolayer.This thesis aims to better understand the grafting and the tribological properties of these films, as well as to anticipate and answer some industrial issues. The effects of high frequency ultrasound (575 kHz) on the grafting of the films were observed. First, a reference system (thiols/gold) was studied before getting started with the system of interest. Ultrasound activates the grafting of thiols on gold by diminishing the necessary time for obtaining a compact and organized film. Same results were observed for phosphonic acids on stainless steel.The second part of this work is dedicated to the study of aggregates. Their formation is divided into several steps depending on the concentration of active molecules within the modification solution. Viscoelastic properties of the aggregates indicate a dependence to this concentration. The use of an organic solvent, such as ethanol, is one of the industrial drawbacks. The replacement of this solvent with water for the grafting of short chains phosphonic acids is studied. Desorption of these molecules is investigated as well. Indeed, after stamping, specific surface state is required for piece finishing. In order to do so, use of low frequency ultrasound, caustic soda or use of both is carried out to clean steel sheets at several levels: removal of the aggregates giving back the original visual aspect, desorption of the species present in the organic film (aggregates, multilayers and physisorbed species) and complete removal of the molecules.

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