Synthèse de couches minces à base de nickel par pulvérisation réactive DC et HiPIMS pour des applications contre la corrosion atmosphérique

Synthesis of nickel thin films by reactive HiPIMS and DC sputtering for applications against atmospheric corrosion

• Auteur / Autrice : Julien Keraudy
• Direction : Pierre-Yves Jouan, Antoine Goullet, Marie-Claude Fernandez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux denses, matériaux et composants
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans2008-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Matériaux Jean Rouxel (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Sanchette
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Yves Jouan, Antoine Goullet, Marie-Claude Fernandez, Frédéric Sanchette, Tiberiu Minea, Stéphanos Konstantinidis, Anne-Lise Thomann, Cyril Delacôte, Laurent Cario
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Tiberiu Minea, Stéphanos Konstantinidis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Magnétrons

Corrosion

Nickel -- Couches minces

Mots clés libres

HiPIMS

Résumé

Le but de cette thèse, réalisée dans le cadre du projet IRT COMIDAC (COuches MInces Dures et AntiCorrosion), est de trouver une alternative aux traitements de surface électrochimiques dont les dangers pour l’homme et l’environnement est désormais avérés (REACH). Le choix s’est porté sur l’utilisation d’un procédé de dépôt par voie sèche (pulvérisation magnétron) et sur l’élaboration de revêtements, multifonctionnels (oxydes, nitrures et nanocomposites), barrière à la corrosion, à base de nickel. La mise en forme de tels revêtements sur une surface en acier impose deux critères : (1) une surface dépourvue de défauts et (2) un revêtement barrière capable de limiter la diffusion des espèces corrosives vers l’acier. Le travail de thèse s’est donc orienté sur la mise en place d’un traitement « tout-en-un » capable de réaliser in-situ l’étape de préparation de surface et de mise en forme du revêtement. Pour cela, un procédé hybride HiPIMSDC a été utilisé. L’analyse du plasma HiPIMS par spectrométrie de masse et émission optiques résolues en temps nous a permis de déterminer des conditions optimales à la préparation de surface par bombardement d’ions métalliques : implantation et réalisation d’une couche d’accroche conforme. Ensuite, nous avons mis au point un large éventail de revêtements capable de répondre au cahier des charges. Quatre configurations ont été retenues : (1) monocouche, (2) bicouche, (3) multicouches et (4) multicouches avec couche diélectrique intercalée. Ces résultats montrent que le traitement de surface développé au cours de cette thèse est très prometteur et peut être un sérieux candidat comme procédé de remplacement aux méthodes actuelles.

The purpose of this thesis, conducted as part of the project IRT COMIDAC (COuches MInces Dures et AntiCorrosion), is to find an effective alternative to electrochemical surface treatments which are wellknown to be hazard for humans and the environment (REACH). For this work, it has been chosen to use vacuum deposition method (magnetron sputtering) in order to elaborate multifunctional (oxides, nitrides and nanocomposites), corrosion barrier nickel thin films. The shaping of such coatings on a steel surface imposes two criteria: (1) a surface defect-free and (2) a barrier coating capable of limiting the diffusion of corrosive species to the steel. The purpose of this work has therefore focused on the development of a treatment ''all-in-one'' enable to carrying out in-situ surface preparation step and forming the coating. For this, a hybrid process HIPIMS-DC was used. Analysis of HIPIMS plasma by time-resolved mass spectrometry and optical emission has allowed us to determine the optimal conditions to prepare the surface by ion bombardment, composed by metallic ions: ion implantation and compliant metal interfacial layer. Then, we have developed a wide range of coatings enable to reach the technical specifications. Four patterns were identified: (1) monolayer (2) bilayer, (3) multilayer and (4) multilayer with dielectric layer interposed. These results show that the surface treatment developed during this thesis is very promising and could be a serious candidate as an alternative method to the current methods.