Oxydation comparée d'un dépôt de chrome, par traitement thermique classique et par laser CO₂ continu, à température constante

Résumé
En vue de bénéficier des bonnes propriétés tribologiques de l'oxyde de chrome, un dépôt de chrome a été effectué par pulvérisation cathodique sur un acier faiblement allié, puis oxydé soit au moyen d'un laser CO₂ continu, sous pression partielle d'oxygène, à température constante, soit classiquement en four. A ce stade de l'étude, les mécanismes d'oxydation ont été particulièrement approfondis dans le cas des échantillons oxydés classiquement. Ainsi, nous avons montré que la couche de Cr₂O₃ croît essentiellement par diffusion cationique avec [MATH] à 800 °C. L'oxygène diffuse environ 100 fois plus lentement avec [MATH] à la même température. D'ores et déjà, il apparait que l'oxydation assistée par laser conduit à une couche d'oxyde plus épaisse et à une surconcentration en carbone plus importante.

Abstract
In order to improve the wear resistance of a PVD chromium coating on a Z32CDV13 steel, a Cr₂O₃ surface layer was developed by laser oxidation. A comparaison between classical and laser oxidation is done to clarify the diffusion laws which govern such an oxidation process. Oxidation treatments took place in 1 atm pure oxygen between 600 and 800 °C. For laser oxidation, a 5 kW continuous CO₂ laser beam was used in oxidizing atmosphere (1 atm [MATH]) at a constant temperature (600-800 °C). In all cases the oxidized layer is thin (100-300 nm) and made of Cr₂O₃. In case of classical oxidation, a parabolic law is observed, indicating that the oxide growth is controlled by diffusion. The complexity of such diffusion processes is studied especially with the help of ¹⁸O₂-¹⁶O₂ alternative oxidations together with SIMS analyses. A bulk diffusion parameter of oxygen through the oxide scale of nearly 10^-l4 cm²/s is then calculated. The study also shows interdiffusion phenomena between the substrate and the chromium coating and a specific influence of carbon.