Testing procedure for hard chromium and stainless steel coatings mechanical strength characterization : relationship between damage mechanisms in contact solicitations and coating microstructural modifications
Mise au point d'une démarche expérimentale de caractérisation de la tenue mécanique des dépôts durs protecteurs de chrome et d'acier inoxydable : mécanismes d'endommagement sous sollicitations avec contact en relation avec les caractéristiques microstructurales
Résumé
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On présente une démarche expérimentale de caractérisation de la tenue mécanique des matériaux revêtus. Cette démarche est basée sur les tests de complexité croissante: 1 d'indentation Vickers sous forte charge normale, 2 de rayure monopasse à charge normale croissante et constante, 3 de frottement et d'usure par rayure multipasses à charge normale constante et par usure pion-disque. Appliquée à des revêtements d'acier inoxydable austénitique AISI 316L enrichi en azote et sur des revêtements de chrome (de 5 à 30 [micro]m d'épaisseur), la démarche a permis de dégager les principaux facteurs mécaniques et microstructuraux, intrinsèques et extrinsèques au dépôt, qui influent sur la fragilité et sur la résistance à l'usure du composite. On montre que la tenue mécanique est clairement une propriété du composite. La fragilité du dépôt est intimement liée aux propriétés mécaniques du substrat et de son état de surface initial avant la phase de dépôt. Le rodage et l'augmentation de la dureté du substrat améliorent la résistance à la fissuration du dépôt. La fragilité du dépôt et celle de son interface sont considérées comme les plus importants mécanismes d'endommagement du composite. Dans ce contexte, la charge critique de fissuration fragile, dans le dépôt ou à l'interface entre le dépôt et le substrat, est plus adéquate dans les tests micro mécaniques d'indentation et de rayure et dans les tests de frottement cyclique pour caractériser la fragilité du composite. La fragilité est d'autant plus importante que la densité de défauts et l'intensité des contraintes d'extension sont importantes. Enfin, on établit clairement l'insuffisance de la charge critique de décohésion, en effet, en rayure monopasse à charge croissante, la défaillance interfaciale des dépôts de chrome élaborés par pulvérisation cathodique, à Lc2 = 30N, n'a aucune incidence sur le comportement du dépôt en frottement et usure, sollicitations qui sont représentatives de la réalité d'application de tels revêtements. La dureté s'est avéré la seule variable qui définit l'usure du dépôt