Propriétés d'endommagement de films de nitrure de titane et d'aluminium étudiées à l'échelle nanométrique

Marie-Hélène Tuilier, M. Gîrleanu, M.-J. Pac, G. Covarel, G. Arnold, P. Louis, M. Brosse
Laboratoire Mécanique, Matériaux et Procédés de Fabrication, Université de Haute Alsace, F-68093 Mulhouse.

C. Rousselot
Institut FEMTO-ST, (CNRS-UFC), BP 71427, F-25211 Montbéliard.

O. Ersen, J. Werckmann
Institut de Physique et de Chimie des Matériaux de Strasbourg (CNRS-ULP), 23 rue du Loess, F-67087 Strasbourg.

L. Khouchaf
Centre de Recherche de l'Ecole des Mines de Douai, 941, rue Charles Bourseul, BP.838, F-59508 Douai.

 

Les films de nitrure métallique sont largement utilisés dans l'industrie comme revêtements protecteurs contre l'usure et l'oxydation. Nous avons étudié des films minces de nitrure ternaire de titane et d'aluminium Ti1-xAlxN préparés par pulvérisation cathodique réactive.
Les tests de micro-indentation mettent en évidence des différences de comportement vis-à-vis de l'endommagement selon la composition, en relation avec la structure cristallographique et la morphologie. Les films riches en titane, de structure cubique, présentent un comportement ductile alors que les films riche en aluminium sont fragiles. L'analyse par microscopie électronique en transmission des coupes d'empreintes d'indentation préparées par faisceau d'ion focalisé montre ces différences de comportement à l'échelle nanométrique. L'ensemble des analyses structurales par MET, diffraction des rayons X et spectroscopie d'absorption X permet de mieux cerner les relations entre la structure cristalline, le mode de croissance, la microstructure et la structure atomique des couches dans ce système modèle.
Le comportement ductile de TiN s'explique par le glissement de petits domaines séparés par des joints de grain abondants. Au contraire, le comportement fragile de Ti0.14Al0.86N est lié à la croissance de domaines colonnaires hexagonaux bien orientés dès le début du dépôt.