Comportement et performances tribologiques des verres métalliques massifs

par Solène Stoens

Projet de thèse en Matériaux

Sous la direction de Pierre-Henri Cornuault et de Guillaume Colas.

Thèses en préparation à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de SPIM - Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques , en partenariat avec FEMTO-ST Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (laboratoire) et de Département Mécanique Appliquée (equipe de recherche) depuis le 05-10-2020 .


  • Résumé

    Les verres métalliques (VM), également appelés alliages métalliques amorphes (AMA), sont privés d'ordre atomique à longue distance. Ils sont obtenus par refroidissement très rapide du liquide métallique empêchant les atomes de s'organiser en une structure cristalline ordonnée. Cette microstructure particulière leur confère des propriétés spécifiques telles qu'une très grande résistance mécanique, une résistance à la corrosion ainsi qu'une très faible rugosité de surface. Ils sont cependant limités à de petites tailles, ce qui les rend peu susceptibles d'être utilisés comme matériaux de structure. Ils offrent par contre une alternative très prometteuse et des matériaux de choix pour des applications en micro-mécanique. C'est donc tout naturellement que leur potentiel pour des applications tribologiques, en particulier dans le domaine des microsystèmes où la miniaturisation durcis les conditions de contact s'est fait ressentir. Malheureusement, le comportement tribologique des VM est encore très controversé et très imprévisible car il dépend fortement de la composition et des conditions de contact, sans corrélation claire avec leurs propriétés mécaniques intrinsèques. Le but de ce doctorat est d'améliorer significativement la compréhension tribologique, la performance et la fiabilité d'une classe spécifique de VM (base CuZr). Nous proposons d'affiner leurs compositions, leurs microstructures et leurs propriétés de surface pour contrôler leurs propriétés tribologiques. Ce projet permettra la production de VM présentant un comportement tribologique fiable, prédictif et optimisé, plus particulièrement pour des applications liées à des microsystèmes.

  • Titre traduit

    Tribological reliability of bulk metallic glasses


  • Résumé

    Bulk metallic glasses (BMG), also known as amorphous metallic alloys (AMA), are deprived of atomic long range order. They are obtained by very fast cooling of the metallic melt preventing the atoms from organizing themselves into an ordered crystalline structure. This peculiar microstructure offers them specific properties such as very high mechanical strength, resistance to corrosion as well as very low surface roughness. They are however limited to small sizes which make them unlikely to be used as structural materials but more expected to become materials of choice to be used inside micro-devices. This have naturally let to their potential for tribological applications, especially in the field of micro-systems where miniaturization drastically increases stringent contact conditions. Unfortunately, the tribological behaviour of BMG is still highly debated as well as very unpredictable as it greatly depends on the composition and the contact conditions with no clear correlation with their intrinsic mechanical properties. The goal of the PhD is to significantly improve the tribological understanding, performance and reliability of a specific class of BMGs (CuZr-based). We propose to tune their composition, their microstructure and their surface properties to control their tribological properties. Ultimately, the project is expected to develop BMGs achieving low-wear and reliable tribological behaviour in the field of microsystems.