Friction continues to be one of the main causes of energy loss in mechanical systems despite the advances in technology. As a result, this not only involves energy overuse but also maintains high levels of CO2 emissions that cannot be assumed if society wishes to shift towards a more sustainable industry. In this regard, textured surfaces have proven to be a useful feature to decrease or increase friction between two surfaces in contact. Through several pin-on-disk tribotests, this thesis aims to study the influence of three different textures on the friction coefficient: crosspatched, circumferential smooth, and circumferential rough. Height and functional parameters were extracted from the surfaces by measuring them with an optical profiler to study their influence on the tribological properties of the disks. The wear volume and film parameter were also calculated from the measured data. The crosspatched texture yielded the lowest coefficient of friction, followed by circumferential smooth and circumferential rough. The highest values of the film parameter and lowest values of wear volume were achieved by the circumferential smooth texture. Three significant correlations were found: The Sdr parameter and the Svk/Spk ratio are statistically related to the film parameter. The interaction between Sdr and Sk is correlated with the friction coefficient, although their relation does not have a practical use. Future possibilities for research can be centred around studying the validity of these correlations and the phenomena behind them, as well as expanding the study of crosspatched textures to further optimize friction. / Friktion fortsätter att vara en av de främsta orsakerna till energiförluster i mekaniska system trots teknikens framsteg. Som ett resultat av detta, innebär det inte bara överanvändning av energi utan även höga nivåer av CO2-utsläpp upprätthålls vilket inte kan antas om samhället vill ställa om mot en mer hållbar industri. I detta avseende har texturerade ytor visat sig vara en användbar egenskap för att minska eller öka friktionen mellan två ytor i kontakt. Genom flera pin-on-disk-tribotester, syftar denna avhandling till att studera inverkan av tre olika texturer på friktionskoefficienten: korspatchad, periferiell slät, och periferiell grov. Höjd- och funktionsparametrar extraherades från ytorna genom att mäta dem med en optisk profilerare för att studera deras inverkan på skivornas tribologiska egenskaper. Slitvolymen och filmparametern beräknades också från den uppmätta data. Den korspatchade texturen gav den lägsta friktionskoefficienten, följt av periferiell slät och periferiell grov. De högsta värdena för filmparametern och de lägsta värdena för slitagevolymen uppnåddes genom den periferiella släta texturen. Tre signifikanta korrelationer hittades: Sdr-parametern och Svk/Spk förhållandet är statistiskt relaterade till filmparametern. Interaktionen mellan Sdr och Sk är korrelerad med friktionskoefficienten, även om deras relation inte har någon praktisk användning. Framtida möjligheter för forskning kan centreras kring att studera giltigheten av dessa korrelationer och fenomenen bakom dem, samt att utöka studiet av korspatchade texturer för att ytterligare optimera friktionen.

O desgaste é responsável por um grande número de falhas em materiais, provocando a sua substituição antecipada e consequentemente diminuindo a sua vida útil. Por isso, estudos são realizados para caracterizar os limites de utilização desses materiais, evitando assim situações catastróficas. A partir das variáveis e parâmetros envolvidos no ensaio de desgaste, é possível construir mapas que tem como finalidade direcionar para uma correta escolha do material, de acordo com a aplicação desejada, além de identificar o seu comportamento frente à determinadas condições de uso. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo conhecer o comportamento de desgaste de nanocompósitos de alumina contendo 5% de inclusões nanométricas de zircônia, visando construir um diagrama de transição de desgaste entre os limites de combinação de velocidade de deslizamento e carga aplicada. Para isso, corpos de prova conformados na forma de pinos com uma das extremidades semiesféricas foram caracterizados quanto a dureza e tenacidade à fratura, submetidos ao ensaio de desgaste do tipo pino-no-disco com temperaturas e umidades ambientes, variando os parâmetros de velocidade e carga. As velocidades de deslizamento variaram de 1,2 m/s à 0,1 m/s e as cargas variaram de 2 N à 100 N. Os valores de dureza e tenacidade a fratura obtidos foram de 14,08 ± 1,22 GPa e 3,99 ± 0,14 MPa.m1/2, respectivamente. Os resultados de desgaste mostraram que a partir da caracterização e construção do diagrama de transição de regime de desgaste, com combinações de parâmetros extrínsecos de carga e velocidade de deslizamento, foi possível definir e atingir as condições limites entre o regime de desgaste moderado e a transição para o regime severo. Esse diagrama auxilia na seleção e comparação da transição entre os limites de desgaste do material estudado com outros tipos usados na engenharia. / Wear is responsible for a large number of material failures, causing them to be replaced early and consequently shortening their life-time. Therefore, studies are conducted to characterize the limits of use of these materials, thus avoiding catastrophic situations. From the variables and parameters involved in the wear test, it is possible to construct maps that aim to direct the correct choice of material according to the desired application, as well as to identify its behavior against certain conditions of use. In this context, the objective of this work was to know the wear behavior of alumina nanocomposites containing 5% nanometric zirconia inclusions in order to construct a simplified wear transition diagram between the sliding speed and applied load combination limits. For this, test pieces shaped like pins with semi-spherical tips were characterized in terms of hardness and fracture toughness, took to the wear test of the pin-on-disk with ambient temperatures and humidity, varying the speed and load parameters. Slip velocities ranged from 1.2 m/s to 0.1 m/s and loads ranged from 2 N to 100 N. The values of hardness and fracture toughness obtained were 14.08 ± 1.22 GPa and 3.99 ± 0.14 MPa.m1/2, respectively. The results of wear showed that from the characterization and construction of the wear regime transition diagram, with combinations of extrinsic load parameters and slip speed, it was possible to define and reach the boundary conditions between the moderate wear regime and the transition for the severe regime. This diagram helps in the selection and comparison of the transition between the wear limits of the studied material with other types used in engineering.

O desgaste é responsável por um grande número de falhas em materiais, provocando a sua substituição antecipada e consequentemente diminuindo a sua vida útil. Por isso, estudos são realizados para caracterizar os limites de utilização desses materiais, evitando assim situações catastróficas. A partir das variáveis e parâmetros envolvidos no ensaio de desgaste, é possível construir mapas que tem como finalidade direcionar para uma correta escolha do material, de acordo com a aplicação desejada, além de identificar o seu comportamento frente à determinadas condições de uso. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo conhecer o comportamento de desgaste de nanocompósitos de alumina contendo 5% de inclusões nanométricas de zircônia, visando construir um diagrama de transição de desgaste entre os limites de combinação de velocidade de deslizamento e carga aplicada. Para isso, corpos de prova conformados na forma de pinos com uma das extremidades semiesféricas foram caracterizados quanto a dureza e tenacidade à fratura, submetidos ao ensaio de desgaste do tipo pino-no-disco com temperaturas e umidades ambientes, variando os parâmetros de velocidade e carga. As velocidades de deslizamento variaram de 1,2 m/s à 0,1 m/s e as cargas variaram de 2 N à 100 N. Os valores de dureza e tenacidade a fratura obtidos foram de 14,08 ± 1,22 GPa e 3,99 ± 0,14 MPa.m1/2, respectivamente. Os resultados de desgaste mostraram que a partir da caracterização e construção do diagrama de transição de regime de desgaste, com combinações de parâmetros extrínsecos de carga e velocidade de deslizamento, foi possível definir e atingir as condições limites entre o regime de desgaste moderado e a transição para o regime severo. Esse diagrama auxilia na seleção e comparação da transição entre os limites de desgaste do material estudado com outros tipos usados na engenharia. / Wear is responsible for a large number of material failures, causing them to be replaced early and consequently shortening their life-time. Therefore, studies are conducted to characterize the limits of use of these materials, thus avoiding catastrophic situations. From the variables and parameters involved in the wear test, it is possible to construct maps that aim to direct the correct choice of material according to the desired application, as well as to identify its behavior against certain conditions of use. In this context, the objective of this work was to know the wear behavior of alumina nanocomposites containing 5% nanometric zirconia inclusions in order to construct a simplified wear transition diagram between the sliding speed and applied load combination limits. For this, test pieces shaped like pins with semi-spherical tips were characterized in terms of hardness and fracture toughness, took to the wear test of the pin-on-disk with ambient temperatures and humidity, varying the speed and load parameters. Slip velocities ranged from 1.2 m/s to 0.1 m/s and loads ranged from 2 N to 100 N. The values of hardness and fracture toughness obtained were 14.08 ± 1.22 GPa and 3.99 ± 0.14 MPa.m1/2, respectively. The results of wear showed that from the characterization and construction of the wear regime transition diagram, with combinations of extrinsic load parameters and slip speed, it was possible to define and reach the boundary conditions between the moderate wear regime and the transition for the severe regime. This diagram helps in the selection and comparison of the transition between the wear limits of the studied material with other types used in engineering.

<p>A bench scale tribometer, developed at the McMaster Manufacturing Research Institute (MMRI) was designed for mimicking the friction and wear conditions on the rake face of a metal cutting tool. It provides insight into the performance of cutting tools operating under high stress and high temperature machining conditions. It saves test material costs, reduces machine downtime for testing, increases the number of test replicates and effectively adds a reliable testing tool to characterize metal cutting operations.</p> <p>A detailed investigation into the stress distribution, temperature profile and indentation pattern has been performed in order to verify the ability of the device to capture the machining environment and to gain a better understanding of the friction effects and wear conditions. The investigation used finite element analysis to simulate the MMRI’s tribometer with the FEA results compared to the experimental results. This data was then used to tune the operating conditions of the tribometer to improve its ability to simulate the machining environment.<strong></strong></p> / Master of Applied Science (MASc)

L’étude présentée est consacrée à l’usinabilité de la fonte à graphite vermiculaire. Celle-ci se situe entre la fonte à graphite lamellaire et la fonte à graphite sphéroïdale par rapport à la forme du graphite constituant ce matériau. Elle est utilisée depuis plus de cinq ans dans les blocs moteurs diesel afin d’améliorer les performances et de diminuer les rejets atmosphériques pour respecter les nouvelles normes Européennes. Pour évaluer l’usinabilité d’un matériau, il faut s’étalonner par rapport à un matériau de référence. Dans notre cas, la fonte à graphite vermiculaire a été comparée à la fonte à graphite lamellaire. Des essais de tractions ont permis d’obtenir les propriétés mécaniques du lot de matière utilisé pour la campagne d’essais d’usinage ; ceci, afin de se situer dans la gamme de ce type de fonte. Les plaquettes d’usinage ont été caractérisées par nano-indentation. Les revêtements PVD et CVD ont subit des essais de micro-rayure afin de caractériser leur adhésion sur leurs substrats respectifs. La mise en place d’un plan d’expérience a permis de limiter le nombre de plaquettes d’usinage prototypes à réaliser. Des essais tribologiques de type pion/disque ont révélé des pistes exploitables pour la compréhension des phénomènes de frottement et d’usures mis en jeu lors de l’usinage de la fonte à graphite vermiculaire. / This study deals with machinability of compacted graphite iron. This material is in-between grey cast iron and nodular cast iron due to the graphite particle shape. It is used for manufacturing diesel engine blocks so as to increase performances and reduce carbon emissions to comply with Euro 5 norm. It is necessary to compare one material to a reference material to evalute machinability criterium. In our case, compacted graphite iron has been compared to grey cast iron. Tensile tests have given us mechanical properties of our test pieces batch used for machining tests. It helped us to qualify the material in its own material range. Inserts have been characterized by nanoindentation. PVD and CVD coatings were benchmarked in microscratch way to determine their respective adhesion to theirs substrates A design of experiment has been setted up so as to reduce number of inserts protypes to be manufactured. Pin on disk tribologic tests gave few hints to have a better understanding of friction phenomena and wear during compacted graphite iron machining.

Today, lead is used in various engineering applications due to its desirable tribological properties. However, the negative health and environmental impacts associated with lead have raised concerns and resulted in regulatory restrictions on its use. It is therefore nessessary to fnd lead-free materials that can provide similar or even better performance than the commonly used lead-containing alloys. Scania, currently uses leaded alloys for a number of gearbox components where sliding wear can be an issue. This study aims to evaluate the tribological properties of fve lead-free alternative materials and assess their suitability as replacement for the currently used material, Leaded Brass. The tests were conducted in a pin-on-disk setup under similar conditions of those found in Scania’s gearbox. The results showed that the friction and wear was similar between Copper Beryllium and Leaded Brass, which indicates that Copper Beryllium is a potential replacement. Additionally, Nedox and Aluminum Bronze (APS) demonstrated signifcantly superior wear resistance, exhibiting 97% less wear compared to Leaded Brass while maintaining similar friction levels. These results underscore the potential for implementing lead-free materials to enhance sustainability and performance in critical applications like gearbox components. / Idag används bly i olika tekniska tillämpningar på grund av dess önskvärda tribologiska egenskaper. Men de negativa hälso- och miljöeffekterna associerade med bly har väckt oro och resulterat i reglerande begränsningar för dess användning. Det är därför nödvändigt att hitta blyfria material som kan erbjuda liknande eller till och med bättre prestanda än de vanligt förekommande blyhaltiga legeringarna. Scania använder för närvarande blyhaltiga legeringar för ett antal växellådskomponenter där glidande slitage kan vara ett problem. Denna studie syftar till att utvärdera de tribologiska egenskaperna hos fem blyfria alternativa material och bedöma deras lämplighet som ersättning för det nuvarande materialet, blyhaltig mässing. Testerna utfördes i en pin-on-disk konfiguration under liknande förhållanden som de som återfinns i Scanias växellåda. Resultaten visade att friktionen och slitage var liknande mellan kopparberyllium och blyhaltig mässing, vilket tyder på att kopparberyllium är en potentiell ersättare. Dessutom visade Nedox och aluminiumbrons (APS) betydligt överlägsen slitagebeständighet, med 97% mindre slitage jämfört med blyhaltig mässing, samtidigt som båda materialen hade liknande friktionsnivåer. Dessa resultat visar potentialen som finns med att implementera blyfria material för att förbättra hållbarheten och prestandan i kritiska tillämpningar som växellådskomponenter. / Heutzutage wird Blei aufgrund seiner wünschenswerten tribologischen Eigenschaften in verschiedenen technischen Anwendungen verwendet. Jedoch haben die negativen gesundheitlichen und Umweltauswirkungen, die mit Blei verbunden sind, Bedenken hervorgerufen und zu regulatorischen Beschränkungen seiner Verwendung geführt. Daher ist es notwendig, bleifreie Materialien zu finden, die ähnliche oder sogar bessere Leistungen als die üblicherweise verwendeten bleihaltigen Legierungen bieten können. Scania verwendet derzeit bleihaltige Legierungen für eine Reihe von Getriebekomponenten, bei denen Gleitverschleiß auftreten kann. Das Ziel dieser Studie ist es, die tribologischen Eigenschaften von fünf bleifreien Alternativmaterialien zu bewerten und ihre Eignung als Ersatz für das derzeit verwendete Material, Bleihaltiges Messing, zu prüfen. Die Tests wurden in einem Pin-on-Disk-Aufbau unter ähnlichen Bedingungen wie in den Getrieben von Scania durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass Reibung und Verschleiß zwischen Kupferberyllium und Bleihaltigem Messing ähnlich waren, was darauf hinweist, dass Kupferberyllium ein potenzieller Ersatz sein könnte. Darüber hinaus wiesen Nedox und Aluminiumbronze (APS) eine signifikant überlegene Verschleißfestigkeit auf und zeigten 97 % weniger Verschleiß im Vergleich zu Bleihaltigem Messing bei gleichbleibendem Reibungsniveau. Diese Ergebnisse unterstreichen das Potenzial zur Implementierung von bleifreien Materialien, um die Nachhaltigkeit und Leistungsfähigkeit in kritischen Anwendungen wie Getriebekomponenten zu verbessern.

Sélectionner des traitements de surface pour l’industrie nécessite de prendre en compte : les propriétés à conférer au substrat, la nature et la géométrie de celui-ci et les caractéristiques du milieu extérieur. Certaines combinaisons de ces paramètres rendent difficile la sélection d’un traitement unique, d’où le recours à des multitraitements de surface. Dès lors, se posent les questions suivantes : - Utiliser des multitraitements de surface peut se faire en scindant les différentes requêtes en sous-ensembles, de manière à ce que chaque traitement réponde à l’un d’eux. Dans quel ordre ces requêtes doivent-elles être introduites par rapport au substrat ? - Comment sélectionner les traitements de surface répondant à chaque requête individuelle ? - Comment classer des multitraitements en termes d’adéquation au problème posé ? Dans ce travail, les première et troisième questions sont abordées, en explorant les requêtes concernant habituellement les dispositifs de moulage de l’aluminium : - Résistance aux contraintes d’origine thermique. - Résistance à la corrosion par les métaux fondus. - Résistance au frottement. L’analyse de la bibliographie relative aux traitements de surface utilisés dans ces systèmes a été analysée et des « architectures »-types ont été identifiées (chapitre 3). On prévoit, par exemple, un traitement conférant la résistance à la fatigue superficielle, ainsi qu’un revêtement étanche et résistant à l’aluminium fondu. Une barrière thermique est parfois préconisée. Pour chacune des architectures, des traitements de surface individuels peuvent être sélectionnés. Un « facteur de performance » permettant de classer les solutions par rapport au problème de la fatigue thermique a été construit (chapitre 4) et discuté dans deux situations : - Lorsqu’un revêtement est présent, et que les contraintes d’origine thermique (différence de dilatation thermique couche-substrat) menacent de le rompre lors de l’immersion dans un milieu corrosif à haute température. Des essais de corrosion dans de l’aluminium fondu ont été réalisés sur un acier revêtu par du nitrure de chrome dopé à l’aluminium, synthétisé par déposition physique en phase vapeur (chapitre 5 – collaboration : Inasmet). - Lorsque des variations thermiques rapides menacent de rompre le substrat et la (les) couches. Des essais de fatigue thermique ont été réalisés sur de l’acier à outils pour travail à chaud non traité, boruré ou recouvert d’un multitraitements (zircone yttriée / NiCrAlY / boruration / acier). Le revêtement en zircone yttriée a été obtenu par projection par plasma. L’essai de fatigue thermique a été modélisé et le facteur de performance, discuté (chapitre 6). Au chapitre 7, les architectures-types ont été introduites dans une méthodologie de sélection des multi-traitements de surface, qui a été appliquée dans deux cas : - Celui des moules de fonderie, devant résister à la fatigue thermique et à la corrosion par l’aluminium fondu. Le facteur de performance a été extrapolé à d’autres situations qu’aux chapitres 5 et 6. Les solutions habituellement proposées pour résoudre ce problème sont retrouvées. - Celui de deux pièces en acier frottant l’une contre l’autre en présence d’aluminium fondu. To select surface treatments, one must account for the required functional properties, the substrate features and the solicitations the substrate must endure. Certain combinations of these parameters make it difficult to select a single surface treatment, a reason why several successive treatments are preferred. To select them, one needs to determine: - How to divide the several requests into groups and how to stack up these groups from the substrate to the outer surface, so that each treatment deals with one specific group of requests/properties. - How to select individual layers for each group of properties. - How to rank the multi-treatments in terms of relevance for a given application. In this work, one tries to answer the first and the third questions, by studying the case of aluminium foundry, in which the industrial devices frequently face the following solicitations: - Thermal stress (thermal fatigue, thermal expansion mismatch). - Presence of corrosive molten metal. - Sliding wear. In the literature, several “standard” architectures are proposed (chapter 3), like a diffusion layer reducing superficial fatigue plus a corrosion barrier layer. A thermal barrier coating is also sometimes proposed. For each of these architectures, one can select individual treatments. To rank them, one devised a “performance index” for thermal stress (chap.4), which is discussed for two cases: - For large differences between layer and substrate thermal expansion coefficients, when both are put into contact with a high temperature corrosive medium, the layer may be damaged. One discusses this case by examining the corrosion caused by molten aluminium for a steel substrate coated by anticorrosive chromium nitride doped with aluminium. The layer is produced by physical vapour deposition (chap. 5 – cooperation: Inasmet). - Repeated fast surface temperature transients can also damage the substrate and/or the layer by thermal fatigue. One conducted thermal fatigue tests with samples of hot work tool steel, respectively untreated, simply borided and protected by a multilayer. In the last case, top coat is yttria stabilised zirconia, followed by a nickel superalloy and then a borided layer (undercoat). One synthesized the zirconia coating by plasma spray and one modelled the thermal fatigue (chap. 6). In chap. 7, architectures from chap. 2 are introduced in a multi-treatment selection routine, which is applied in two cases: - Foundry moulds for molten aluminium, withstanding both thermal fatigue and corrosion. The devised performance index is extrapolated beyond the tests of chap. 5 and 6 to treatments for this industrial application, thereby quantifying their respective merits. - A foundry device exposed to molten metal and sliding wear.

Sélectionner des traitements de surface pour l’industrie nécessite de prendre en compte :les propriétés à conférer au substrat, la nature et la géométrie de celui-ci et les caractéristiques du milieu extérieur. Certaines combinaisons de ces paramètres rendent difficile la sélection d’un traitement unique, d’où le recours à des multitraitements de surface. Dès lors, se posent les questions suivantes :<p>- Utiliser des multitraitements de surface peut se faire en scindant les différentes requêtes en sous-ensembles, de manière à ce que chaque traitement réponde à l’un d’eux. Dans quel ordre ces requêtes doivent-elles être introduites par rapport au substrat ?<p>- Comment sélectionner les traitements de surface répondant à chaque requête individuelle ?<p>- Comment classer des multitraitements en termes d’adéquation au problème posé ?<p>Dans ce travail, les première et troisième questions sont abordées, en explorant les requêtes concernant habituellement les dispositifs de moulage de l’aluminium :<p>- Résistance aux contraintes d’origine thermique.<p>- Résistance à la corrosion par les métaux fondus.<p>- Résistance au frottement.<p>L’analyse de la bibliographie relative aux traitements de surface utilisés dans ces systèmes a été analysée et des « architectures »-types ont été identifiées (chapitre 3). On prévoit, par exemple, un traitement conférant la résistance à la fatigue superficielle, ainsi qu’un revêtement étanche et résistant à l’aluminium fondu. Une barrière thermique est parfois préconisée.<p>Pour chacune des architectures, des traitements de surface individuels peuvent être sélectionnés. Un « facteur de performance » permettant de classer les solutions par rapport au problème de la fatigue thermique a été construit (chapitre 4) et discuté dans deux situations :<p>- Lorsqu’un revêtement est présent, et que les contraintes d’origine thermique (différence de dilatation thermique couche-substrat) menacent de le rompre lors de l’immersion dans un milieu corrosif à haute température. Des essais de corrosion dans de l’aluminium fondu ont été réalisés sur un acier revêtu par du nitrure de chrome dopé à l’aluminium, synthétisé par déposition physique en phase vapeur (chapitre 5 – collaboration :Inasmet).<p>- Lorsque des variations thermiques rapides menacent de rompre le substrat et la (les) couches. Des essais de fatigue thermique ont été réalisés sur de l’acier à outils pour travail à chaud non traité, boruré ou recouvert d’un multitraitements (zircone yttriée / NiCrAlY / boruration / acier). Le revêtement en zircone yttriée a été obtenu par projection par plasma. L’essai de fatigue thermique a été modélisé et le facteur de performance, discuté (chapitre 6).<p>Au chapitre 7, les architectures-types ont été introduites dans une méthodologie de sélection des multi-traitements de surface, qui a été appliquée dans deux cas :<p>- Celui des moules de fonderie, devant résister à la fatigue thermique et à la corrosion par l’aluminium fondu. Le facteur de performance a été extrapolé à d’autres situations qu’aux chapitres 5 et 6. Les solutions habituellement proposées pour résoudre ce problème sont retrouvées.<p>- Celui de deux pièces en acier frottant l’une contre l’autre en présence d’aluminium fondu.<p><p>To select surface treatments, one must account for the required functional properties, the substrate features and the solicitations the substrate must endure. Certain combinations of these parameters make it difficult to select a single surface treatment, a reason why several successive treatments are preferred. To select them, one needs to determine:<p>- How to divide the several requests into groups and how to stack up these groups from the substrate to the outer surface, so that each treatment deals with one specific group of requests/properties.<p>- How to select individual layers for each group of properties.<p>- How to rank the multi-treatments in terms of relevance for a given application.<p>In this work, one tries to answer the first and the third questions, by studying the case of aluminium foundry, in which the industrial devices frequently face the following solicitations:<p>- Thermal stress (thermal fatigue, thermal expansion mismatch).<p>- Presence of corrosive molten metal.<p>- Sliding wear.<p>In the literature, several “standard” architectures are proposed (chapter 3), like a diffusion layer reducing superficial fatigue plus a corrosion barrier layer. A thermal barrier coating is also sometimes proposed.<p>For each of these architectures, one can select individual treatments. To rank them, one devised a “performance index” for thermal stress (chap.4), which is discussed for two cases:<p>- For large differences between layer and substrate thermal expansion coefficients, when both are put into contact with a high temperature corrosive medium, the layer may be damaged. One discusses this case by examining the corrosion caused by molten aluminium for a steel substrate coated by anticorrosive chromium nitride doped with aluminium. The layer is produced by physical vapour deposition (chap. 5 – cooperation: Inasmet).<p>- Repeated fast surface temperature transients can also damage the substrate and/or the layer by thermal fatigue. One conducted thermal fatigue tests with samples of hot work tool steel, respectively untreated, simply borided and protected by a multilayer. In the last case, top coat is yttria stabilised zirconia, followed by a nickel superalloy and then a borided layer (undercoat). One synthesized the zirconia coating by plasma spray and one modelled the thermal fatigue (chap. 6).<p>In chap. 7, architectures from chap. 2 are introduced in a multi-treatment selection routine, which is applied in two cases:<p>- Foundry moulds for molten aluminium, withstanding both thermal fatigue and corrosion. The devised performance index is extrapolated beyond the tests of chap. 5 and 6 to treatments for this industrial application, thereby quantifying their respective merits.<p>- A foundry device exposed to molten metal and sliding wear.<p><p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished