Application du μ-usinage FIB à l’étude des propriétés mécaniques des revêtements DLC/acier.

Sergio SAO JOAO

Ecole des Mines de Saint-Etienne

Les dépôts de type Diamond Like Carbon (DLC) sont de plus en plus répandus dans l’industrie micro-électronique et automobile, car leur faible coefficient de frottement permet de réduire l’usure de certaines pièces. Ces revêtements sont généralement obtenus par déposition physique en phase vapeur (PVD). Ces procédés de fabrication très rentables conduisent néanmoins à des contraintes résiduelles élevées [1], qui peuvent s’ajouter aux contraintes en service et provoquer une décohésion du revêtement entrainant une délamination totale. De plus les propriétés mécaniques de ces dépôts, de quelques microns d’épaisseur, sont difficilement accessibles par les techniques conventionnelles. L’évaluation précise de ces données mécaniques revêt donc un intérêt particulier pour l’optimisation des propriétés de ces revêtements. Récemment de nouvelles techniques basées sur le micro-usinage Focused Ion Beam (FIB) de micro-objets ont notamment permis de mesurer avec précision des contraintes résiduelles [2, 3].

Dans cette étude nous avons utilisé les caractéristiques d’usinage du FIB pour réaliser dans les dépôts DLC/sous-couche/AcierM2:

• des micro-poutres, dont l’analyse du fléchissement nous a permis de remonter aux contraintes résiduelles du revêtement (Fig1)
• des micro-piliers, dont la compression in situ sous MEB, nous a permis d’obtenir des données mécaniques nouvelles sur les dépôts DLC (Fig2).

Figure 1. Observation de la flexion d’une micro-poutre DLC/Sous-couche/M2
.

Figure 2. Micro-pilier DLC après compression in-situ

Références:

[1] T.W. Clyne (1996), Residual stresses in surface coatings and their effects on interfacial debonding, Key Eng. Mat. 116 (1996) 307-330
[2] M. Sebastiani and al. Materials Science and Engineering A (2011)
[3] R. Schöngrundner and al. Thin Solid Films (2014)