Caractérisation physico-chimique et tribologique du fer et de l'acier à roulements 100C6 implantés en ions azote et bore

par Nathalie Millard-Pinard

Thèse de doctorat en Sciences. Analyse physico-chimique

Sous la direction de Jean Tousset et de Gilbert Marest.

Soutenue en 1992

à Lyon 1 .

Le jury était composé de Jean Tousset, Gilbert Marest.

mots clés

• Ions -- Implantation
• Tribologie (technologie)
• Roulements à billes
• Matériaux -- Propriétés mécaniques
• Anticorrosion
• Azote
• Bore

Résumé

L'implantation d'ions a haute fluence constitue un traitement de surface des materiaux leur conferant de remarquables caracteristiques. Dans le cas des metaux, le but pratique recherche est l'amelioration des proprietes mecaniques (usure, frottement, fatigue, durete) et de resistance a la corrosion. Le premier objectif, a caractere plus fondamental, de ces travaux de recherche consiste en une meilleure comprehension des mecanismes responsables de la diffusion des especes implantees, lors de l'implantation d'azote dans le fer. Une interpretation du role du carbone de contamination present a la surface des echantillons implantes, ainsi qu'une etude de l'influence de la densite de courant du faisceau d'ions sont exposees. Une analyse physico-chimique et structurale de la couche implantee est realisee en fonction de la qualite du vide, de la dose et de la densite de courant. Les techniques complementaires d'analyse de surface mises en uvre sont les spectrometries de retrodiffusion et de reactions nucleaires, la spectroscopie mossbauer a electrons de conversion (cems), la spectroscopie d'electrons auger et la diffraction electronique (theed). Un modele theorique, base sur des hypotheses physiques (migration du carbone de contamination, diffusion de l'azote en direction de la surface, formation de carbonitrures) visant a expliquer l'allure des distributions en profondeur de l'azote implante a 150c est developpe. Le second objectif, a caractere plus applique est l'etude de l'influence de l'implantation de bore sur la resistance a l'usure et le comportement au frottement de l'acier a roulements 100c6. L'application de cette etude a des billes de roulements conduit a l'elaboration et a la mise au point d'un systeme experimental d'implantation et d'une machine de tests tribologiques adaptes. Des essais mecaniques effectues a l'aide d'un tribometre sphere-plan mettent en evidence une diminution du coefficient de frottement. Cette amelioration est attribuee aux borures et carboborures de fer formes et identifies par cems, theed et microscopie electronique (hvem). La simulation des distributions des ions implantes et l'estimation du rendement de pulverisation sont effectuees a l'aide d'une version modifiee du code de calcul trim

Titre traduit

Physico-chemical and tribological characterization of nitrogen and boron implanted in iron and 100c6 bearing steel

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