Evolution des propriétés de surface de l'acier 100Cr6 par implantation et mélange ioniques

Evolution of the surface properties of 100cr6 steel by ion implantation and ion beam mixing

• Auteur / Autrice : Arielle Faussemagne
• Direction : Abdenacer Benyagoub
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Analyse physico-chimique. Chimie analytique
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdenacer Benyagoub

Mots clés

Mots clés contrôlés

Azote

Bore

Tribologie (technologie)

Frottement

Ions -- Implantation

Traitements de surface

Aciers alliés

Résumé

Des etudes de caracterisations physicochimiques, menees sur des echantillons en acier 100cr6 implantes a la fois en bore et en azote, ont mis en evidence la formation de nitrure de bore et des nouvelles phases, fe#1##x(b, n), fe#2##x(b, n) et fe#3##x(b, n), inconnues dans la litterature. En particulier, l'analyse du nitrure de bore (bn) forme a revele qu'une faible densite de courant d'ions (3 a. Cm##2) dans le cas de la sequence bore plus azote favorise l'instauration de liaisons de type sp#2 (bn hexagonal), tandis qu'une forte densite de courant (6 a. Cm##2) dans la sequence azote plus bore privilegie plutot l'hybridation sp#3 (bn cubique). Par ailleurs, des tests tribologiques realises a sec sur ces echantillons ont montre que les implantations d'azote et de bore dans l'acier ne conduisent pas a une amelioration significative du coefficient de frottement et de l'usure contrairement a ce qui a ete avance par certains auteurs. Cependant, sur une serie d'echantillons accidentellement pollues en carbone pendant les implantations, nous avons remarque une diminution importante de ces deux parametres tribologiques. Ces resultats nous ont amenee a penser que la disparite des resultats rapportes par la litterature peut s'expliquer par un mauvais controle de cette pollution. Des investigations plus poussees nous ont indique que le carbone de surface quelle que soit son origine (par contamination, implantation ionique ou depot suivi de melange ionique) pourvu qu'il soit en quantite suffisante (210#1#7 c. Cm##2), ameliore d'un facteur 5 le coefficient de frottement et diminue d'une maniere drastique l'usure. Un examen approfondi de l'ensemble de ces resultats nous a conduite a proposer une modelisation, basee sur le role des asperites des deux corps en contact, pour expliquer l'evolution du coefficient de frottement et de l'usure en fonction de la quantite de carbone de surface. Cette analyse nous a ainsi montre que pour ameliorer le frottement et l'usure de l'acier 100cr6, il suffit de recouvrir ce dernier d'une couche de carbone bien adherente et ayant une epaisseur superieure aux hauteurs des asperites des deux corps en presence. Cette etude nous a finalement permis de mettre au point un procede simple et peu onereux d'amelioration des proprietes tribologiques de l'acier 100cr6.