Développement de couches minces super-élastiques à base de titane obtenues par pulvérisation cathodique magnétron

Development of superelastic titanium-based thin films obtained by magnetron sputtering

• Auteur / Autrice : Sofiane Achache
• Direction : Manuel François, Frédéric Sanchette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie
• Date : Soutenance le 18/02/2016
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : Collectivité territoriales : Région Champagne-Ardenne
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Delaunay / ICD
• Jury : Président / Présidente : Alain Billard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Manuel François, Frédéric Sanchette, Alain Billard, Vincent Ji, Jean-François Pierson, Salim Lamri, Pierre Olivier Renault, Philippe Steyer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Ji, Jean-François Pierson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Élasticité

Nanoindentation

Pulvérisation cathodique

Rayons X -- Diffraction

Titane -- Alliages

Couches minces

Mots clés libres

Couches minces

Titane -- Alliages

Rayons X -- Diffraction

Pulvérisation cathodique

Nanoindentation

Elasticité

Thin films

Titanium alloys

X-rays -- Diffraction

Sputtering (Physics)

Nanoindentation

Elasticity

Résumé

Les matériaux super-élastiques sous forme de couche minces présentent un domaine d’applications assez large. Grâce à leur aptitude à accommoder de grandes déformations de manière réversible, les films super-élastiques peuvent être utilisés comme sous couches entre le substrat et les revêtements dures. Cela permet d’améliorer significativement de nombreuses propriétés telles que : l’adhésion, le taux d’usure et le coefficient de frottement. Elles peuvent également être utilisées dans la fabrication des dispositifs médicaux tels que les stents. Bien que les alliages β-métastable à base de titane présentent des propriétés remarquables, une grande partie de la littérature publiée sur les films super-élastiques est consacrée aux alliages Ni-Ti. Ainsi, le but de ce travail est de développer de nouvelles couches super-élastiques de type β-métastable, obtenues par pulvérisation cathodique magnétron. Dans ce sens, deux types d’alliages ont été étudiés, les alliages binaires Ti-Nb et l’alliage quaternaire Ti-Nb-Ta-Zr. Après une description du dispositif expérimental utilisé pour la synthèse des couches, nous étudions plus particulièrement l’influence des paramètres de dépôt sur les propriétés des revêtements. La morphologie des revêtements a été caractérisée par microscope électronique à balayage. La diffraction de rayons X a été employée pour l’étude de la microstructure et la texture des films déposés. Enfin, l’effet super-élastique a été caractérisé par deux méthodes, l’indentation sphérique et la compression de micro-piliers usinés par faisceau d’ions focalisés

Superelastic thin films have a fairly wide field of applications. Thanks to their ability to accommodate a large deformation reversibly, superelastic films may be used as intermediate layers between the substrate and the hard layers. This significantly improves many properties such as adhesion, wear and coefficient of friction. They can also be used in the manufacture of medical devices such as stents. Although β-metastable titanium-based alloys have excellent properties, much of the published literature on the superelastic films is devoted to Ni-Ti. Thus, the purpose of this work is to develop new superelastic β-metastable titanium-based films, obtained by magnetron sputtering. After describing the experimental device used for the synthesis of thin films, we study more specifically the influence of deposition parameters on the properties of coatings. The morphology was characterized by the observation of fractured cross-sectional by scanning electron microscope. The X-ray diffraction was used to study the microstructure and texture of the deposited films. Finally, the superelastic effect was characterized by two methods, the spherical indentation and micro-pillars compression machined by focused ion beam