RELATION BETWEEN HARDNESS OF (Ti, Al)N BASED MULTILAYERED COATINGS AND PERIODS OF THEIR STACKING

This study aims to model, by using a finite element method, the relationship between the hardness and the period Λ of metal/nitride multilayer coatings (Ti0.54Al0.46/Ti0.54Al0.46N)n in order to understand the increase of the hardness at the low periods [1] and then optimise the multilayer coating architecture to obtain the best mechanical properties. A 2D axisymmetric finite element model of the Berkovich nanoindentation test was developed. The coating was designed as a stacking of Ti0.54Al0.46 and Ti0.54Al0.46N nanolayers with, in the first hypothesis, equal thickness and perfect interface. The elastoplastic behaviours of the metal and nitride layers were identified by Berkovich nanoindentation experiments and inverse analysis on thick monolayer samples. The indentation curves (P-h) obtained by this model depend on the period Λ of the stacking. Simulated (P-h) curves were compared with experimental data on 2 μm thick films with different periods Λ ranging from 10 to 50 nm deposited by RF magnetron sputtering using reactive gas pulsing process (RGPP). The model forecasts are very consistent with the experience for the largest period but the model does not reproduce the hardness increase at the lowest periods. The Λ = 10 nm coating was analysed by electron energy loss spectroscopy (EELS) on a transmission electron microscope. Results show intermixing of the layers with the presence of nitrogen atoms in the metal layer over a few nanometers [1]. It was concluded that the metal/ceramic interface plays an important role at low periods. The addition in the model of a transition layer in the metal/nitride stacking, with an elastoplastic metal/ceramic medium behaviour, allows to reproduce the nanoindentation experimental curves. The thickness of this transition layer deduced from model updating method is in very good agreement with EELS observations

Strain localization and anisotropic correlations in a mesoscopic model of amorphous plasticity

A mesoscopic model for shear plasticity of amorphous materials in two dimensions is introduced, and studied through numerical simulations in order to elucidate the macroscopic (large scale) mechanical behavior. Plastic deformation is assumed to occur through a series of local reorganizations. Using a discretization of the mechanical fields on a discrete lattice, local reorganizations are modeled as local slip events. Local yield stresses are randomly distributed in space and invariant in time. Each plastic slip event induces a long-ranged elastic stress redistribution. Rate and thermal effects are not discussed in the present study. Extremal dynamics allows for recovering many of the complex features of amorphous plasticity observed experimentally and in numerical atomistic simulations in the quasi-static regime. In particular, a quantitative picture of localization, and of the anisotropic strain correlation both in the initial transient regime, and in the steady state are provided. In addition, the preparation of the amorphous sample is shown to have a crucial effect of on the localization behavior

Relation between hardness of multilayered (Ti,Al)N based coatings and periods of their stacking

International audienceThis study aims to model, by using a finite element method, the relationship between the hardness and the period Λ of metal/nitride multilayer coatings (Ti0.54Al0.46/Ti0.54Al0.46N)n in order to understand the increase of the hardness at the low periods [1] and then optimise the multilayer coating architecture to obtain the best mechanical properties. A 2D axisymmetric finite element model of the Berkovich nanoindentation test was developed. The coating was designed as a stacking of Ti0.54Al0.46 and Ti0.54Al0.46N nanolayers with, in the first hypothesis, equal thickness and perfect interface. The elastoplastic behaviours of the metal and nitride layers were identified by Berkovich nanoindentation experiments and inverse analysis on thick monolayer samples. The indentation curves (P-h) obtained by this model depend on the period Λ of the stacking. Simulated (P-h) curves were compared with experimental data on 2 μm thick films with different periods Λ ranging from 10 to 50 nm deposited by RF magnetron sputtering using reactive gas pulsing process (RGPP). The model forecasts are very consistent with the experience for the largest period but the model does not reproduce the hardness increase at the lowest periods. The Λ = 10 nm coating was analysed by electron energy loss spectroscopy (EELS) on a transmission electron microscope. Results show intermixion of the layers with the presence of nitrogen atoms in the metal layer over a few nanometers [1]. It was concluded that the metal/ceramic interface plays an important role at low periods. The addition in the model of a transition layer in the metal/nitride stacking, with an elastoplastic metal/ceramic medium behaviour, allows to reproduce the nanoindentation experimental curves. The thickness of this transition layer deduced from model updating method is in very good agreement with EELS observations

Modélisation du lien entre la dureté et la période d’empilement dans un revêtement métal/céramique nano-architecturé en multicouche

International audienceLes nitrures métalliques de titane et d’aluminium (TiAl)N sont des revêtements utilisés depuis de nombreuses années pour leurs propriétés remarquables de dureté et de résistance à l’oxydation. Il a été montré que le module d’indentation et la dureté de revêtements Ti(1-x)AlxN dépendent de la teneur en aluminium et que les propriétés optimales sont obtenues pour x=0,46 [1,2]. Une possibilité d’amélioration de la dureté de ce type de revêtement est de les architecturer en multicouche métal/céramique. L’objectif est de modéliser le lien entre la dureté d’un revêtement [Ti0,54Al0,46/Ti0,54Al0,46N]n et la période Λ de l’empilement des couches afin de comprendre les phénomènes qui génèrent l’augmentation de la dureté aux plus faibles périodes [3]. Un modèle numérique de l’essai de nanoindentation Berkovich sur des échantillons nanostratifiés a été élaboré. L’interface métal/céramique est considérée parfaite et sans épaisseur. Les comportementsélastoplastiques des couches élémentaires de métal et de céramique ont été identifiés par nanoindentation Berkovich sur des échantillons revêtus d’une seule couche. Ce modèle éléments finis 2D axisymétrique permet d’obtenir la courbe d’indentation (P-h) pour des nanostratifiés en fonction de la période Λ et d’une vingtaine d’autres paramètres (élastoplastiques, géométriques, dimensionnels, …). Afin de confronter ce modèle à des expériences, des nanostratifiés d’épaisseur d’environ 2 micromètres de différentes périodes Λ (de 10 à 50 nm) ont été architecturés par pulvérisation réactive à signal de commande cyclique (RGPP) en alternant une couche Ti0,54Al0,46 et une couche Ti0,54Al0,46N. Les échantillons ainsi obtenus ont été testés par nanoindentation Berkovich. Les prévisions du modèle sont en très bon accord avec l’expérience pour la plus grande période (50 nm), mais se dégradent lorsque la période diminue. Le modèle ne permet pas de reproduire l’augmentation de la dureté aux plus faibles périodes. Une analyse de sensibilité du modèle de la courbe d’indentation a été menée. Elle montre l’importance de la fraction volumique de céramique dans le système bicouche métal/céramique et de l’écrouissage de la couche métallique. Une analyse spectrographique par spectroscopie de perte d'énergie des électrons au microscope électronique àtransmission pour la période Λ=10 nm a mis en évidence une proportion d’azote dans la couche métallique sur quelques nanomètres, signe d’une intermixion des couches. Ces résultats montrent que des phénomènes élastoplastiques à l’interface métal/céramique jouent un rôle important aux faibles périodes et remettent en cause l’hypothèse initiale d’interface parfaite et sans épaisseur. Il est montré que l’ajout dans le modèle d’une couche de transition ayant un comportement élastoplastique moyen métal/céramique permet de reproduire les courbes de nanoindentation expérimentales et que l’épaisseur de cette couche est en très bon accord avec les observations spectroscopiques

Modélisation du lien entre la dureté et la période d’empilement dans un revêtement métal/céramique nano-architecturé en multicouche

International audienceLes nitrures métalliques de titane et d’aluminium (TiAl)N sont des revêtements utilisés depuis de nombreuses années pour leurs propriétés remarquables de dureté et de résistance à l’oxydation. Il a été montré que le module d’indentation et la dureté de revêtements Ti(1-x)AlxN dépendent de la teneur en aluminium et que les propriétés optimales sont obtenues pour x=0,46 [1,2]. Une possibilité d’amélioration de la dureté de ce type de revêtement est de les architecturer en multicouche métal/céramique. L’objectif est de modéliser le lien entre la dureté d’un revêtement [Ti0,54Al0,46/Ti0,54Al0,46N]n et la période Λ de l’empilement des couches afin de comprendre les phénomènes qui génèrent l’augmentation de la dureté aux plus faibles périodes [3]. Un modèle numérique de l’essai de nanoindentation Berkovich sur des échantillons nanostratifiés a été élaboré. L’interface métal/céramique est considérée parfaite et sans épaisseur. Les comportementsélastoplastiques des couches élémentaires de métal et de céramique ont été identifiés par nanoindentation Berkovich sur des échantillons revêtus d’une seule couche. Ce modèle éléments finis 2D axisymétrique permet d’obtenir la courbe d’indentation (P-h) pour des nanostratifiés en fonction de la période Λ et d’une vingtaine d’autres paramètres (élastoplastiques, géométriques, dimensionnels, …). Afin de confronter ce modèle à des expériences, des nanostratifiés d’épaisseur d’environ 2 micromètres de différentes périodes Λ (de 10 à 50 nm) ont été architecturés par pulvérisation réactive à signal de commande cyclique (RGPP) en alternant une couche Ti0,54Al0,46 et une couche Ti0,54Al0,46N. Les échantillons ainsi obtenus ont été testés par nanoindentation Berkovich. Les prévisions du modèle sont en très bon accord avec l’expérience pour la plus grande période (50 nm), mais se dégradent lorsque la période diminue. Le modèle ne permet pas de reproduire l’augmentation de la dureté aux plus faibles périodes. Une analyse de sensibilité du modèle de la courbe d’indentation a été menée. Elle montre l’importance de la fraction volumique de céramique dans le système bicouche métal/céramique et de l’écrouissage de la couche métallique. Une analyse spectrographique par spectroscopie de perte d'énergie des électrons au microscope électronique àtransmission pour la période Λ=10 nm a mis en évidence une proportion d’azote dans la couche métallique sur quelques nanomètres, signe d’une intermixion des couches. Ces résultats montrent que des phénomènes élastoplastiques à l’interface métal/céramique jouent un rôle important aux faibles périodes et remettent en cause l’hypothèse initiale d’interface parfaite et sans épaisseur. Il est montré que l’ajout dans le modèle d’une couche de transition ayant un comportement élastoplastique moyen métal/céramique permet de reproduire les courbes de nanoindentation expérimentales et que l’épaisseur de cette couche est en très bon accord avec les observations spectroscopiques

Breast-Associated Adipocytes Secretome Induce Fatty Acid Uptake and Invasiveness in Breast Cancer Cells via CD36 Independently of Body Mass Index, Menopausal Status and Mammary Density

International audienceBreast adiposity is correlated with body mass index, menopausal status and mammary density. We here wish to establish how these factors influence the cross-talk between breast adipocytes and normal or malignant breast cells. Adipocyte-derived stem cells (ASCs) were obtained from healthy women and classified into six distinct groups based on body mass index, menopausal status and mammary density. The ASCs were induced to differentiate, and the influence of their conditioned media (ACM) was determined. Unexpectedly, there were no detectable differences in adipogenic differentiation and secretion between the six ASC groups, while their corresponding ACMs had no detectable influence on normal breast cells. In clear contrast, all ACMs profoundly influenced the proliferation, migration and invasiveness of malignant breast cells and increased the number of lipid droplets in their cytoplasm via increased expression of the fatty acid receptor CD36, thereby increasing fatty acid uptake. Importantly, inhibition of CD36 reduced lipid droplet accumulation and attenuated the migration and invasion of the breast cancer cells. These findings suggest that breast-associated adipocytes potentiate the invasiveness of breast cancer cells which, at least in part, is mediated by metabolic reprogramming via CD36-mediated fatty acid uptake