Caractérisation de revêtements PVD nanostructurés, à base de nitrures de métaux de transition, pour application mécanique - Aspects chimiques, mécaniques et tribologiques.

Abstract

Une nouvelle génération de revêtements à structure nanométrique a été déposée par pulvérisation cathodique magnétron et par évaporation à arc sur un acier à outil de type M2, puis le comportement des pièces vis à vis de l\u27usure et de la corrosion (sèche et humide) a été évalué. Ces dépôts sont composés soit d\u27une structure multicouche TiN/CrN, caractérisée par une épaisseur de quelques nanomètres des strates (2D), soit d\u27une dispersion de nano-grains de TiN dans une matrice de nitrure de Bore amorphe (3D). L\u27ensemble des investigations entreprises démontrent la suprématie des revêtements 2D comparativement aux dépôts monocouches TiN ou CrN. L\u27amélioration des propriétés tribologiques par l\u27emploi d\u27une structure stratifiée est manifeste et expliquée par une répartition favorable des contraintes au sein des couches, gênant la propagation des fissures engendrées lors du frottement. Du point de vue des propriétés réfractaires, la très bonne résistance à l\u27oxydation a été attribuée à la présence de CrN, chromine formeur, au sein du dépôt. La couche d\u27oxyde de chrome dense qui se forme réduit considérablement la cinétique d\u27oxydation et augmente ainsi la durabilité des pièces revêtues. Enfin, les essais de corrosion aqueuse ont montré la nécessité de contrôler la nature de la dernière couche déposée, en contact avec le milieu agressif environnant. Pour le système TiN/CrN, une couche externe en nitrure de chrome est requise pour obtenir les meilleures propriétés. Ce résultat expérimental original est sous-tendu par le caractère passivable de CrN qui conduit à la formation d\u27un oxyde semiconducteur de type-p et ainsi à une modification des propriétés électroniques superficielles du revêtement 2D, ralentissant le processus de corrosion. Dans les conditions expérimentales sévères choisies, les dépôts nanocomposites TiBN, en dépit d\u27une dureté très élevée, n\u27améliorent pas les propriétés physico-chimiques ou tribologiques, comparativement à TiN monocouche