Contribution à la caractérisation des revêtements par inversion des courbes V (z)

Characterization of coatings using the inversion process of V(z) responses

• Auteur / Autrice : Loïc Vandevoorde
• Direction : Mohamed Ourak
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aluminium -- Couches minces

Élasticité

Adhésion (physique)

Réflectance

Surfaces (technologie) -- Analyse

Essais par ultrasons

Revêtement de surface

Mots clés libres

Signature acoustique

Coefficient de réflexion de la couche sur le substrat

Inversion des réponses V(z)

Constantes élastiques

Adhérence

Résumé

L'objectif de cette étude est de caractériser à l'aide de la méthode V(z) des revêtements en bronze d'aluminium Cu9. 5Al1Fe déposés à la torche plasma sur un substrat en acier bas carbone. La courbe V(z) est obtenue à partir du relevé de la tension électrique aux bornes d'un transducteur focalisé en fonction du déplacement (z), perpendiculairement à la surface de l'échantillon analysé. Le traitement d'inversion de la courbe V(z) permet d'obtenir le coefficient de réflexion R(Ө,f) de l'échantillon. La position des minima de R(Ө,f) peut être relié aux constantes élastiques ou à l'adhérence du revêtement. Dans le cas d'une couche déposée sur substrat, le calcul R(Ө,f) s'effectue à partir de la méthode récursive de Thomson-Haskell qui permet d'introduire différents niveaux d'adhérence entre les 2 milieux successifs, grâce à 2 constantes de raideur KL et KT de minimisation égale au carré de la différence entre le coefficient de réflexion mesuré et celui paramétré par les constantes élastiques ou les valeurs de KL et KT , l'optimisation est ensuite réalisée à partir de la méthode du simplexe. Les résultats expérimentaux ont permis de valider la méthode pour la détermination des constantes Cij de ces revêtements. Pour les échantillons présentant un défaut d'adhérence, les valeurs KL et KT trouvées sont de l'ordre de 1013 à 1014 Pa. M-1, alors qu'elles sont supéreures à 1015 Pa. M-1 pour les échantillons sains. Le classement des différents niveaux d'adhérence est comparé à la rugosité de la surface du substrat avant dépôt, et à la charge critique de fissuration à l'interface déterminée par indentation interfaciale

The study aims at characterizing the adhesion of plasma coatings using acoustic microscopy. The samples are Cu9. 5Al1Fe aluminium bronze air plasma spray coated low carbon steel plates. The experimental V(z) signal corresponds to the output voltage of the focalised transucer as a function of the distance between the surface of the sample and the focus. The inversion process operated on the V(z) signal gives the reflectance coefficient R(Ө,f) of the studied sample. The location of the R(Ө,f) minima is dependant on the elastic constants Cij and on the quality of the adhesion. For coated specimen, R can be evaluated by numerical computation, using the recursive method of Thomson Haskell which considers the continuity of both strains ans stresses. In the model developed by Achenbach it is considered that the lack of interfacial adhesion introduces a displacement gap at the interface tha can be related to the stress fiels correponding to the propagating waves thanks to the stiffness coefficients KL and KT. This leads to defining a deviation function which is a sum of quadratic terms corresponding to the difference between the measured R-coefficient and the simulated one versus the elastic constants or KL and KT. The optimization is performed using the simplex method. The results show that the V(z) metho enables to determine the elastic coefficients of the coating. In the case of samples with different adhesin levels, the values of stiffness constants are between 1013 and 1014 Pa. M-1. In the case of good adhesion levels, the values of stiffness constants are higher than 1015 Pa. M-1. The results obtained by acoustic microscopy are consistent with results obtained by destructive methods such as interfacial indentation and with substrate roughness measurements performed before coating