Alumine implantée : comportement tribologique et propriétés mécaniques des couches superficielles

Implanted alumina: friction behavior and mechanical properties of superficiel layers

• Auteur / Autrice : Mireille Bauer
• Direction : Philippe Kapsa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1991
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tribologie (technologie)

Alumine

Résumé

Les propriétés tribologiques des matériaux céramiques peuvent être améliorées à l'aide de traitements de surface. L'implantation ionique permet d'obtenir, dans des conditions hors équilibre thermodynamique, une couche fine de composition déterminée qui possède une excellente adhérence au substrat. Notre étude porte sur les modifications du coefficient de frottement de l'alumine provoquées par l'implantation d'ions titane, niobium, fer, aluminium et xenon. Les tests sont effectués sur des tribomètres pion/plan, mouvements alternatif et rotatif à température et atmosphère ambiantes. Ces conditions expérimentales engendrent une usure douce de l'alumine. Une première partie est consacrée au comportement en frottement et usure de l'alumine polycristalline brute et implantée. La seconde partie est consacrée à l'alumine monocristalline implantée avec des ions niobium et titane à des doses supérieures et inférieures au seuil d'amorphisation. Ce sont les situations modèles choisies pour aider à la compréhension des phénomènes tribologiques. Cette dernière partie inclut les caractérisations physico-chimiques et mécaniques des couches implantées (épaisseur inférieure a 300 nm) et des films de frottement. L'étude des propriétés plastiques et élastiques de telles couches nécessite l'utilisation d'un dispositif original d'indentation et une modélisation du contact qui prend en compte le défaut géométrique de l'indenteur. Une synthèse des résultats, ainsi qu'une interprétation des différences de valeur du coefficient de frottement mesurées pour les situations modèles choisies sont proposées. Nous montrons que la charge normale est repartie sur deux zones, le patin à l'entrée du contact et une zone centrale élastique. Les propriétés mécaniques des films de frottement imposent la répartition de la charge. La localisation du plan de cisaillement et donc les propriétés d'adhérence aux produits d'usure des deux surfaces antagonistes conditionnent la valeur du coefficient de frottement pour les situations considérées.