Contribution a l'etude de l'adherence et des caracteristiques mecaniques et tribologiques de quelques couches minces dures

Study of adhesion, mechanical properties and tribological behaviour of some thin hard coatings

• Auteur / Autrice : HICHAM HOUMID BENNANI
• Direction : Jamal Takadoum
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées. Physique
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Besançon

Résumé

Nous nous proposons d'etudier dans ce travail de these, l'adherence et les caracteristiques mecaniques et tribologiques de quelques couches minces dures. Les revetements etudies sont : le tin, le ticn prepares par pvd (reactive ion plating), et le dlc elabore par pecvd. Deux substrats en acier presentant des duretes differentes ont ete utilises : 35cd4 (250 hv) et z85wdcv6542 (880 hv). La premiere partie de ce travail est consacree a l'etude de la microstructure, de la composition et de la texture des couches, grace a des observations au microscope electronique a balayage (meb) et au microscope a force atomique (afm), puis des analyses par spectrometrie de decharge luminescente (sdl) et par diffraction des rayons x. Les caracteristiques mecaniques des couches ont ete determinees par l'exploitation des cycles charge-decharge en nanoindentation. Les contraintes residuelles presentes dans les depots ont ete mesurees par la methode de flexion. L'adherence des revetements aux substrats a ete qualifiee a l'aide d'essais de scratch-test. Nous montrons en particulier que l'adherence des depots depend largement de l'epaisseur des couches, de la durete du substrat et de sa rugosite de surface. Le comportement tribologique des revetements a ete etudie a l'aide d'essais de frottement contre des billes en acier 100c6 ou en alumine. Les debris d'usure ont ete analyses par esca. Le role de la rugosite de surface a ete la aussi clairement mis en evidence. Dans le cas du frottement contre l'acier, on observe un transfert de l'acier sur les revetements tin et ticn, alors qu'un transfert du revetement sur l'acier a ete detecte dans le cas du film dlc. En ce qui concerne le frottement contre l'alumine, les resultats experimentaux montrent que le coefficient de frottement et l'usure dependent fortement de la durete du substrat et de l'epaisseur du depot. Les revetements ticn et dlc montrent une resistance a l'usure plus importante que celle des films de tin. La derniere partie de ce travail est consacree a une modelisation par elements finis d'un materiau revetu soumis a une configuration de contact avec ou sans frottement. Les resultats de la modelisation montrent l'importance du coefficient de frottement, de l'epaisseur du depot et du rapport des modules d'young entre le revetement et le substrat sur l'intensite des contraintes engendrees.