Dépôt de carbures, nitrures et multicouches nanostructurées à base de chrome sous pression atmosphérique par dli-mocvd : nouveaux procédés et potentialités de ces revêtements métallurgiques

par Aurélia Douard

Thèse de doctorat en Science et génie des matériaux

Sous la direction de Francis Maury.

Soutenue en 2006

à Toulouse, INPT .

mots clés

• Composés organométalliques
• Carbures
• Nitrures
• Matériaux nanostructurés

Résumé

Des procédés atmosphériques de dépôt chimique en phase vapeur assisté par l'injection directe liquide (DLI-CVD), prometteurs pour traiter des pièces métalliques au défilé, ont permis l'élaboration à basse température de revêtements métallurgiques performants. Deux précurseurs organométalliques de chrome ont été employés dans différentes atmosphères : Cr (CO)6 pour des dépôts issus du système chimique Cr-O-N-C, et le bisbenzènechrome pour des monocouches de chrome métallique, de carbure (Cr-C) et de nitrure de chrome (CrN), ainsi que des multicouches CrN/Cr-C de bipériode 25 nm. Une approche thermodynamique a permis le calcul d'un nouveau diagramme ternaire Cr-N-C à 527°C, et l'étude de l'impact du solvant sur la nature et la qualité des dépôts en comparaison avec les systèmes chimiques sans solvant. Les propriétés des revêtements (dureté, adhérence, usure, corrosion) sont discutées en relation avec leur microstructure. Les revêtements multicouches nanostructurés CrN/Cr-C présentent des duretés et une tenue à l'usure prometteuses

Titre traduit

Atmospheric processes of chemical vapor deposition assisted by Direct Liquid Injection for metallurgical chromium based single layer and nanostructured multilayer coatings

Résumé

Atmospheric MOCVD processes assisted by Direct Liquid Injection, attractive for on-line strip coating of metal pieces, were developped for the growth of advanced metallurgical coatings. Two chromium metal organic sources have been employed under various ambience : Cr (CO)6 for coatings in the Cr-O-N-C system, and bisbenzenechromium for metal chromium, carbide (Cr-C) and nitride chromium (CrN) monolayer and CrN/Cr-C multilayer coatings with a typical 25 nm biperiod. A thermodynamic approach has permited the calculation of a new ternary phase diagram in the Cr-C-N system and the study of the solvent impact on the nature of the coatings in comparison with chemical systems without solvent. Preliminary mechanical properties from scratch test, nanoindentation and residual stress measurements as well as tribological and corrosion behavior of the mono and multilayer Cr-based coatings are discussed in relation with their microstructure. Nanostructured CrN/Cr-C multilayer coatings exhibit promising hardness and wear resistance.