Note publique d'information : Ces travaux de thèse portent sur l'élaboration et la caractérisation de revêtements
lubrifiants issus de la voie sol-gel déposés sur l'acier inoxydable 15-5PH, pour des
applications aéronautiques en température. L'objectif est de rechercher les conditions
d'élaboration d'un revêtement composite lubrifiant par la synthèse in situ de carbone
amorphe dans une matrice oxyde. La première partie expérimentale de ces travaux présente
une étude sur l'influence des conditions de synthèse puis de transformation par traitement
thermique du revêtement hybride initial sur ses caractéristiques physicochimiques
et structurales. L'investigation de l'évolution de la structure chimique des matériaux
déposés par des techniques spectroscopiques (notamment RMN et IR) permet de comprendre
les phénomènes se produisant lors des traitements thermiques. Nous exposons notamment
quel est l'influence de la température et de l'atmosphère de traitement thermique
sur les transformations physico-chimiques des revêtements et sur les réactions de
fragmentation, d'oxydation et de recombinaison ayant lieu. Nous montrons ensuite quel
est l'effet de l'introduction d'un renfort lamellaire tel que le talc sur ces réactions
et sur les caractéristiques physico-chimiques et microstructurales des revêtements.
La deuxième partie expérimentale concerne les caractérisations sclérométriques, mécaniques
et tribologiques des différents revêtements déposés sur l'acier inoxydable 15-5PH.
Nous déterminons les propriétés d'adhérence des revêtements par essais de rayure,
ainsi que leurs caractéristiques mécaniques (dureté et module élastique) par nanoindentation
et leurs comportements tribologiques par essais en configuration bille/plan avec une
contreface en alumine. Des corrélations sont proposées entre les évolutions de la
structure chimique et les performances tribologiques des revêtements. Des conditions
d'élaboration et de traitement thermique optimales, à 250°C sous air ou à 300°C sous
azote, conduisant à la synthèse de carbone amorphe lubrifiant in situ, et associées
aux meilleurs comportements tribologiques des revêtements sont ainsi déterminées.
Note publique d'information : These works focus on the development and characterization of lubricating coatings
deposited by sol-gel route on 15-5PH stainless steel, for aeronautic applications
at high temperature. The aim of this study is to determine the conditions leading
to the development of a composite lubricating coating containing in situ-synthesized
amorphous carbon in an oxide matrix. The first experimental part presents a study
of the influence of synthesis and thermal treatment conditions on the physicochemical
and structural characteristics of the initial hybrid coating. The investigation of
the chemical structure evolution of the deposit by spectroscopic techniques (especially
NMR and IR) allows the phenomena occurring during thermal treatments to be understood.
We explain the influence of thermal treatment temperature and atmosphere on the coatings
physicochemical transformations and on the occurring fragmentation, oxidation and
recombination reactions. Then, the effect of a lamellar reinforcement as talc particles,
on physicochemical microstructural coating properties is studied. The second experimental
part of these works deals with the scratching, mechanical and tribological characterizations
of different coatings deposited on 15-5PH stainless steel. We determine coating adhesive
properties by scratch test as well as mechanical characteristics (hardness and elastic
modulus) by nanoindentation technique and tribological behavior with an alumina ball
on plane test configuration. Correlations between changes in the chemical structure
and coating tribological performances are being proposed. Thus optimal synthesis and
thermal treatment conditions are determined, at 250°C in air or at 300°C in N2 gas,
leading to the amorphous carbon in situ-synthesis and associated to the best coating
tribological behavior.
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