Nanocomposite coatings based on quaternary metalnitrogen

Coating systems based on ternary and quaternary metal-carbide, metal-nitride, and nano-carbon

• Auteur / Autrice : Michael Walock
• Direction : Corinne Nouveau, Andrei V. Stanishevsky
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Matériaux
• Date : Soutenance le 01/11/2012
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM en cotutelle avec University of Alabama in Birmingham
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaBoMaP - Laboratoire Bourguignon des Matériaux et Procédés - Laboratoire Bourguignon des Matériaux et Procédés
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Martin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Corinne Nouveau, Andrei V. Stanishevsky, Nicolas Martin, Luc Imhoff, Mark Weaver, Shane Catledge, Yogesh Vohra
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Luc Imhoff, Mark Weaver

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carbures

Magnétrons

Mots clés libres

Revêtements durs

Carbures

Carbonitrures

Pulvérisation magnétron

Hard coatings

Carbides

Carbonitrides

Magnetron sputtering

Résumé

Lors de ce projet, des revêtements de CrN-WC ont été étudiés en temps que matériaux hybrides durs et résistants. L'association d'un carbure et d'un nitrure résistants bien à la corrosion et obtenus dans des conditions optimales de dépôt permettra d'avoir des matériaux de protection contre l'usure, la corrosion mais aussi des dépôts servant de couches tampon à du diamant nanocristallin dont l'adhérence est mauvaise. Tout d'abord nous avons déterminé la faisabilité du système de CrN-WC et son utilisation comme couche intermédiaire pour du diamant nanocristallin. En faisant varier les paramètres de dépôt, nous avons optimisé la microstructure, les caractéristiques chimiques, mécaniques et tribologiques de nos couches. Si le système CrN-WC adhère relativement bien sur silicium, ce ne fut pas le cas sur acier. Les propriétés mécaniques de ces dépôts ont été par ailleurs plus faibles que celles que nous attendions. Nous avons ensuite étudié l'influence de la température sur nos dépôts de CrN-WC. En effet, le fait de chauffer lors du dépôt permet d'augmenter l'adhérence des couches et d'améliorer leurs propriétés mécaniques. Les revêtements obtenus à haute température ont bien montré une amélioration marquée de leurs diverses caractéristiques par rapport aux dépôts obtenus sans chauff.

For this project, CrN-WC coatings are investigated as a hybrid hard and tough material. The use of a hard-carbide with a corrosion-resistant nitride may produce tailored coatings with the desired combination of properties for use as a stand-alone protective coating, or as a basis for nanocrystalline diamond deposition. The work is divided into three stages. The initial study determined the viability of the CrN-WC system, and its use as an interlayer for nanocrystalline diamond. This successful study was followed by a variation of deposition conditions at low deposition temperature. By varying the deposition parameters, the microstructure, chemical, mechanical, and tribological behavior may be optimized. While the system has relatively good adhesion to silicon substrates, its adhesion to steel was lacking. Additionally, the system showed lower than expected mechanical properties. The final step increased the deposition temperature. The aim here was to increase adhesion and improve the mechanical properties. Prior results with other systems show consistent improvement of mechanical properties at elevated deposition temperatures. The high deposition temperature coatings showed marked improvement in various characteristics over their low deposition temperature cousins.