Damage mechanisms of thin hard coatings submitted to repeated impacts
Mécanismes d'endommagement des dépôts minces sous impact répété
Résumé
Dry coating technologies, more environmentally friendly that traditional electrochemical coatings used in industry are currently booming. In particular, Physical Vapour Deposition techniques (PVD) are now used in a wide range of areas, particularly for improving mechanical and tribological performances of the components subjected to cyclic loading and severe tribological conditions. The usual methods of mechanical characterization such as the scratch test, the friction test and the micro / nano-indentation, are not always in adequation with real service loadings. To identify the coating damage behaviour, a specific impact apparatus was instrumented, calibrated to perfectly control the test parameters. Repeated Impact tests at short and long term have been made. A blistering phenomenon of the film was observed and confirmed. To better understand the conditions of formation of blisters and control their appearance, an experimental study of the influence of deposition parameters, substrate and the impact conditions was conducted. Then a Finite Element Model of the impact conditions has been established and numerical results have then be compared with experimental results. A threshold thickness has been identified than permits to avoid blistering effect. Thanks to Raman microspectroscopy, stress relaxation has been observed on blistered area and the role of the substrate microstructure on the blister occurrence has been highlighted.
Les techniques d'élaboration de dépôts par voie sèche, plus respectueuses de l'environnement que la plupart des techniques généralement utilisées dans l'industrie, sont actuellement en plein essor. Les techniques de dépôt physique (PVD) en phase vapeur sont aujourd'hui utilisées dans un très grand nombre de domaines industriels, plus particulièrement pour l'amélioration des performances mécaniques et tribologiques des pièces en service soumises à des sollicitations cycliques. Les méthodes de caractérisation mécanique usuelles telles que le scratch test, les essais de frottement pion/plan et la micro/nanoindentation, sont souvent mal adaptées pour prédire à elles seules la durée de vie et les mécanismes d'endommagement en service des dépôts. Afin d'identifier ces mécanismes d'endommagement, un dispositif d'essai d'impacts a été instrumenté, étalonné pour contrôler parfaitement les paramètres d'essai. Ensuite des essais d'impacts répétés à courte ou longue durée ont été réalisés. Lors de ces compagnes d'essais un mécanisme de rupture par flambement et cloquage a été observé et confirmé. Dans le but mieux comprendre les conditions de formation des cloques observées et de pouvoir contrôler leur apparition, une étude expérimentale de l'influence des paramètres du dépôt, du substrat et des conditions de l'impact a été menée. Un modèle numérique par éléments finis de la sollicitation d'impact a également été réalisé et les résultats issus de la simulation ont ensuite été comparés aux résultats expérimentaux obtenus. L'étude a finalement mis en évidence l'existence d'une épaisseur critique de film sur le cloquage, d'une relaxation de contrainte liée au flambement et le rôle important de la microstructure du substrat dans l'amorçage des cloques.
Domaines
Mécanique [physics.med-ph]
Loading...