Revêtements de nitrure d'alliage à haute entropie pour environnements extrêmes
Auteur / Autrice : | Matthieu Nussbaum |
Direction : | Alain Billard, Mohammad Arab Pour Yazdi, Eric Monsifrot, Frédéric Perry |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Chimie |
Date : | Soutenance le 08/02/2023 |
Etablissement(s) : | université Paris-Saclay |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Service d'études analytiques et de réactivité des surfaces (Gif-sur-Yvette, Essonne) - FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - DEPHIS (Etupes, Doubs) |
référent : Faculté des sciences d'Orsay | |
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Chimie (2020-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Thierry Czerwiec |
Examinateurs / Examinatrices : Corinne Nouveau, Eric Tomasella, Anna Fraczkiewicz | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Czerwiec, Corinne Nouveau |
Résumé
Les alliages à haute entropie forment un nouveau pan de la science des matériaux depuis leur définition par Yeh et. al. en 2004. Les revêtements en nitrure d'alliage à haute entropie (HEAN) présentent des propriétés, notamment en termes de dureté et de résistance à l'oxydation, particulièrement intéressantes pour le milieu de l'usinage. Dans cette étude, les propriétés mécaniques et la résistance à l'oxydation des revêtements HEANs (AlCrTiV)N, (AlCrTiZr)N, (AlCrVZr)N et (AlTiVZr)N déposés par évaporation par arc cathodique à différentes tensions de polarisation sont investiguées. Les revêtements sont des solutions solides de structures CFC texturées selon les plans (111), monophasée pour (AlCrTiV)N et biphasée avec une phase de ZrN dans les autres. Des quatre compositions, seuls les revêtements (AlTiVZr)N présentent une faible résistance à l'oxydation avec un écaillage important dès 600 °C. A l'inverse, les revêtements (AlCrTiV)N présentent une grande résistance à l'oxydation jusqu'à 800 °C. Les quatre HEANs atteignent une dureté maximal d'environ 40 GPa. Le coefficient de frottement le plus bas est 0,44, atteint par l'échantillon (AlCrTiV) déposé à 100 V de tension de polarisation et le taux d'usure le plus faible est 2,6 .10⁻⁷ mm³.N⁻¹.m⁻¹, atteint par l'échantillon (AlCrVZr)N déposé à 150 V. Ces propriétés mécaniques diminuent faiblement après un recuit à 600 °C sous air pendant 2 heures, la dureté à l'intérieur de la majorité des revêtements atteignant 34 GPa. Les HEANs (AlCrTiV)N et (AlCrVZr)N, en particulier, peuvent être intéressant pour le milieu de l'usinage. Un prototype de machine compacte de dépôt par évaporation par arc cathodique est également développé. Les étapes du développement et les revêtements multicouches TiN/TiAlN déposés dans ce prototypes en faisant varier sa configuration sont également investigués et forment une preuve de concept pour le dépôt rapide à petite échelle de revêtements pour l'usinage.