Elaboration, caractérisation physico-chimique et simultation thermo-cinétique de couches d'oxydes de titane sous faisceau laser Nd-YAG impulsionnel

Elaboration, physicochemical, characterization and thermo-kinetic simulation of titanium oxides layers assisted by a Nd:YAG pulsed laser

• Auteur / Autrice : Luc Lavisse
• Direction : Cécile Langlade
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ingénierie et fonctionnalisation des surfaces (Ecully, Rhône....-2003)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nitruration

Diagrammes de phases

Rayons X -- Diffraction

Oxyde de titane

Mots clés libres

Cinétique

Simulation thermique

Plasma

Résumé

Si la nutrition ou la carburation sous faisceau laser de cible en titane a été largement étudiée, l'oxydation assistée laser de ce matériau n'a que très peu été explorée. Compte tenu de la complexité des phases formées, nous nous sommes principalement intéressés aux premiers stades de l'oxydation. Les couches formées ont été caractérisées tant du point de vue chimique (XPS) que structural (DRX) ou morphologique (MEB). L'influence des paramètres de traitement (puissance, vitesse de déplacement du faisceau laser, composition de l'environnement gazeux) a été examinée. Différentes phases d'oxydes ont été identifiées et leur présence a été expliquée en relation avec le diagramme de phases Ti-O. Une simulation thermique de l'impact laser a été faite et nous a permis de mieux comprendre le cyclage thermique subi par le matériau. L'aspect cinétique des réactions mises en jeu a également été pris en compte.

The nitriding or the carburation of a titaniumsubstrate assisted by a laser source has been extensively studied, but these has been fewer investigations of laser induced oxidation phenomena. Taking account the formed phase complexity, we have investigated the titanium oxidation in the early stage. We have elaborated and we have characterized the layers, as well as chemistry analysis (Auger and XPS), or as phases investigations (XRD), or as morphological observations (SEM). The influence of the parameter-treatment (the laser power, the laser-beam velocity at the substrate surface, and the gas composition of the atmosphere) were examined. Several oxide-phases were identified and a relation between their apparition and the phase diagram titanium-oxide has been established. A thermal-simulation of the laser impact has shown the existence of a thermal cycle undergone at the material surface. A kinetic-oxidation aspect oxidation aspect oxidation aspect has been carried out.