Étude des mécanismes d'oxydation de couches minces ultra-dures par thermodiffractométrie X et ATG

Résumé
Les couches minces obtenues par dépôt PVD (dépôt physique en phase vapeur) sont souvent métastables et présentent des propriétés de dureté et de stabilité en température telles qu'elles jouent un rôle prépondérant dans les domaines d'application où elles sont soumises à des contraintes thermo-mécaniques sévères. Ce type d'application peut entraîner des modifications structurales, des phénomènes d'oxydation et d'endommagement irréversibles dont il faut comprendre les mécanismes en vue de les maîtriser. La présente étude propose une analyse structurale de différentes couches obtenues par PVD : de type nitrures de chrome (Cr₂N_x et CrN_x) et aussi nitrure et boronitrure de titane (TiN, "TiN_x(B)_y"). L'association de trois techniques : l'analyse par diffraction des Rayons X sous incidence rasante (GIXRD), la thermodiffractométrie X (XRD-TIR) et l'analyse thermogravimétrique (ATG) nous a permis d'évaluer leur stabilité à haute température, à la fois intrinsèque et en atmosphère oxydante. Les couches ultra dures TiN_x(B)_y ont montré une haute résistance thermique associée à des propriété mécaniques particulièrement remarquables.

Abstract
Hard coatings elaborated by PVD (physical vapor deposition) technology are often metastable. They are used in conditions where high temperature is encountered like in metal machining applications where heat is generated by friction. These applications induce non-reversible microstructural modifications and oxidation of the coating. The transformation mechanism had to be understand in order to prevent their damage effect. The aim of this work is the investigation of the temperature effects on structural changes and oxidation evolution of Cr₂N_x, CrN_x, TiN and TiN_x(B)_y coatings. The structural changes were studied by high temperature X-ray diffraction (XRD-TIR) and grazing incidence X-ray diffractometry (GIXRD). Correlation with thermal gravimetric analysis (ATG) in purr oxygen had been realized. The mechanisms of coating transformation as a function of temperature have been developed for each type of coating. The highest thermal stability was observed for TiN_x(B)_y coatings, accordig to microstructure, oxidation resistance and mechanical properties.