Propriétés mécaniques et tribologiques des multicouches nanométriques de type métal/céramique : cas des multicouches titane/nitrure de titane et aluminium/alumine

par Mouloud Ben Daia

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Philippe Houdy.

Soutenue en 2000

à Evry-Val d'Essonne .

mots clés

• Composites
• Nanostructures

Résumé

L'objectif de ce travail de these est d'etudier le comportement mecanique et tribologique des multicouches nanometriques en se basant sur une approche experimentale. Le travail a porte sur plusieurs aspects : synthese des materiaux, caracterisation structurale et morphologique ainsi que la caracterisation mecanique et tribologique. Une revue et une evaluation des modeles de durcissement dans les multicouches est egalement accomplie. Une attention particuliere est dedie au systeme ti/tin. L'utilisation d'une vitesse de depot tres faible permet d'ameliorer la stratification dans ces multicouches. Ainsi, la modulation de la composition est verifiee meme pour la plus faible periode (i. E. 2. 5 nm). La durete depend fortement de la periode consideree. En effet, elle augmente quand la periode diminue tant que la modulation de la composition est maintenue. La durete depend egalement de la largeur de l'interface. Nous avons constate que son effet se traduit par un decalage de la periode critique de durcissement vers les grandes periodes. Les multicouches al/al 2o 3 ont ete deposees avec plusieurs temperatures de substrat. L'utilisation d'une basse temperature a permis d'obtenir une stratification plus prononcee. Ces resultats montrent globalement qu'une bonne stratification est necessaire afin d'obtenir des proprietes mecaniques renforcees. Les resultats experimentaux sont confrontes aux modeles theoriques proposes dans la litterature. Nous avons montre que l'ajustement d'un modele donne un accord raisonnable avec le comportement observe experimentalement. Ce modele combine deux mecanismes de deformation plastique : dans le premier les dislocations a travers les interfaces tandis que dans le deuxieme les dislocations se deplacent a l'interieur des couches. La resistance a l'usure des multicouches ti/tin est bien correlee au comportement observe en durete. Le principal mecanisme d'usure identifie est le phenomene de fatigue.

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