Parlons des couches minces

Introduction :

Le frottement est défini par un coefficient sans dimension noté µ, il est caractérisé par la relation suivante µ = Ft /Fn, où Ft est la force de frottement, et Fn est la charge normale à la surface. Le coefficient de frottement µ peut grandement varier en fonction entre autre de l’état des surfaces et des paramètres environnementaux. La tribologie est la science qui étudie les frottements, nous parlons alors de contact tribologique lorsque deux surface sont mises en mouvement relatif l’une par rapport a l’autre.

Le processus tribologique complet d’un contact est complexe à appréhender car il implique simultanément des frottements, des usures, des déformations mécaniques et des changements chimiques à différentes échelles, comme le résume la figure1, un contact entre deux surfaces, appelées partenaires va induire plusieurs changements. Le contact tribologique est donc  expliqué en changement à l’échelle macroscopique et microscopique, chimique, moléculaire et en transfert des matériaux.

          Fig.1 : Synoptique des phénomènes multi-échelles mis en œuvre dans un contact.

Cinq paramètres principaux influencent le contact : la nature, la différence de dureté et l’état de surface des deux matériaux en contact ainsi que la taille et la dureté des débris présents, qui proviennent soit d’une source extérieure soit de l’usure des partenaires. Le frottement engendre une énergie mécanique sous forme de chaleur, cette élévation de température apporte des complications et favorise les phénomènes de soudure, de diffusion d’éléments ou encore des réactions avec le milieu ambiant (oxydation, formation de sels,.....). Par ailleurs, d’autres éléments ont une influence, comme les paramètres environnementaux tels que l’humidité, présence de polluants, les forces impliquées et la vitesse de mouvement lors du contact. Il existe plusieurs techniques permettant de modifier les propriétés d'un  matériau afin qu'il réponde aux exigences d'une  application  spécifique.  Dans  ce sens,  les traitements de surfaces représentent une solution des plus intéressantes pour améliorer la résistance à I’usure. Au sein du secteur industriel, l'élaboration et le développement de couches minces, fonctionnelles par définition, constituent l'un des principaux enjeux industriels et sociétaux . En effet, un revêtement en couches minces est une fonctionnalisation d’une surface permettant d’augmenter la durée de vie et/ou les performances de l’objet sur lequel elle est déposée. Cet apport de matière en surface d’un composant d’un système a pour but de limiter son impact économique en usage (diminution des coûts de maintenance) et environnemental (préservation des ressources). Leurs applications industrielles se repartissent entre la prévention à l’usure sur des pièces neuves, et la réparation.

Le marché des couches minces croit de manière exponentielle, la standardisation du procédé permet a des  entreprises d’intégrer le savoir-faire développé par  les pionniers des années précédentes. Les gains économiques prouvés par cette technique justifient l’investissement dans des équipements permettant de mettre en œuvre ce procédé.

Une serie d'article suivera ce qui permettra de mettre de la lumiere sur une technique particulière  de traitement de surface et qui est la pulvérisation cathodique magnétron, que j'ai personnelement employée pour former sur un substrat en acier des revêtements durs en couches minces résistants à l’usure.