Mit dünnen Schichten, die mittels der PVD-Dünnschichttechnik auf Textilien aufgebracht werden, wird eine neue Möglichkeit zur Veredlung von Textilien eröffnet. Die Plasmabehandlung bewirkt eine Veränderung der Substratoberfläche in zwei Richtungen. Einerseits werden die Oberflächenspannung und die Adhäsion beeinflusst und andererseits kommt es zum Aufrauhen der Oberfläche. Die Zunahme der Oberflächenrauheit, hat drei Auswirkungen. Erstens bietet die größere Fläche mehrere molekulare Aufstellungsorte für die Wechselwirkung zwischen dem Adhärens und dem Adhäsiv an. Zweitens wird das mechanische Ineinandergreifen (Interlocking) zwischen dem Adhäsiv und Adhärens stärker und drittens kommt es zum Entfernen der schwachen Grenzschichten auf der Proben-Oberfläche. Die Vorbehandlung mittels Fluorierung führt ebenso wie die Niederdruckplasmabehandlung mit Sauerstoff bei Gewebe aus synthetische Fasern grundsätzlich zu einer Verbesserung der Festigkeit im Verbund. Beide Vorbehandlungsmethoden stellen alternative, notwendige Verfahren zur Haftungsverbesserung dar. Im Allgemeinen haften die Schichten bei besputterten Proben gegenüber bedampften Proben besser. Eine wesentlich geringere Haftung weisen die Schichten auf den unbehandelten Substraten auf. Neben Untersuchungen zur Haftbeständigkeit der Schichten erfolgen Untersuchungen zur Leitfähigkeit und zur elektromagnetischen Schirmdämpfung der Substrate. Die Oberflächenwiderstände werden sowohl von der Konstruktion der textilen Fläche als auch von den Beschichtungszeiten beeinflusst. Erwartungsgemäß führen längere Beschichtungszeiten zu sinkenden Oberflächenwiderständen.

Ces travaux traitent de l’influence du procédé d’élaboration sur l’état métallurgique et les propriétés mécaniques et anti-corrosion des alliages de Ni-W nanostructurés, dans le but de mieux comprendre le rôle de différents paramètres physico-chimiques sur ces propriétés. Pour cela, deux techniques de dépôt sont utilisées : l’électrodéposition et la pulvérisation cathodique magnétron. Une approche multi-échelle associant différentes techniques permet la caractérisation fine de la morphologie, de la taille de grains, de la texture, de la nature des joints de grains ainsi que de la composition chimique des alliages et de leur contamination. En fonction de la technique d’élaboration utilisée, la relation entre la teneur en W et les paramètres métallurgiques est très différente avec un impact du W beaucoup plus marqué pour les électrodépôts par rapport aux alliages obtenus par pulvérisation. Les propriétés des revêtements sont évaluées par des tests de microdureté et des essais électrochimiques (courbe de polarisation et spectroscopie d’impédance électrochimique). Une augmentation de la microdureté est généralement observée avec la diminution de la taille de grains et l’augmentation de la teneur en W dans les alliages de Ni-W. Cependant, les valeurs de microdureté les plus importantes sont toujours atteintes pour de hautes teneurs en tungstène mais pas forcément pour les tailles de grains les plus faibles. Une limite dans l’augmentation de la microdureté avec la diminution de la taille de grains a donc été mise en avant. L’étude de la réactivité électrochimique des alliages en milieu acide a permis de montrer un rôle prépondérant du tungstène qui va dépendre du pH, du domaine étudié et des réactions associées. La morphologie de surface et les défauts structuraux vont également pouvoir influencer la réactivité des alliages de Ni-W avec une influence qui peut dépasser celle des solutés. En comparaison, les autres paramètres microstructuraux (taille et orientation des grains, nature des joints de grains et contamination) ne semblent avoir qu’un impact mineur sur le comportement électrochimique. / The aim of this study is to understand the influence of the deposition process on the metallurgical state and the mechanical and anti-corrosion properties of the nanostructured Ni-W alloys. Two processes are performed to obtain our alloys : the electrodeposition and the magnetron sputtering. A combination of several microstructural techniques at different scales has permitted the characterization of the morphology, the grain size, the crystallographic texture, the nature of grain boundaries and the concentrations of alloying elements. According to the elaboration process, the relationship between the W content and the metallurgical parameters is very different. A stronger influence of W is observed for the electrodeposited coatings by comparison with the alloys obtained by sputtering. The properties of the coatings are studied with microhardness measurements and electrochemical tests (polarization curve and electrochemical spectroscopy impedance). An increase of the microhardness is mainly observed with the decrease of grain size and the increase of tungsten content. But, the highest values of microhardness are always obtained for the highest tungsten content and not necessarily for the lowest grain size. So, a limit for the increase of microhardness with the decrease of grain size is put forward. The study of the electrochemical reactivity for the alloys in acidic media have shown a dominating role of the tungsten that depend on the pH, the studied domain and the reaction path associated with the corrosion process. The surface morphology and the structural defects have also an important influence on the reactivity of the Ni-W alloys that can exceed the impact of solute. As compared, the others metallurgical parameters (grain size, texture, grain boundaries and contamination) seem to have a minor influence on the electrochemical behavior.

La fragilité reconnue des fixations mécaniques conduit à limiter leur utilisation à 1000 MPa afin d'éviter les risquesde rupture fragile par hydrogène, que celui-ci soit d'origine interne ou externe. Connue sur des produits plats defaible épaisseur (clips), la microstructure bainitique obtenue lors de la trempe dans un bain de sels ne présente pasde fragilité liée à l'hydrogène. Cette étude vise à apporter aux industriels les connaissances nécessaires àl'application de ce procédé à des pièces massives.Au-delà de sa résistance à l'hydrogène, seule la microstructure constituée de bainite inférieure peut satisfaire auxexigences de propriétés mécaniques attendues dans les fixations. L'outil d'optimisation de la composition chimiquede l'acier créé permet d'intégrer les critères propres à la transformation de l'austénite en bainite inférieure partrempe isotherme dans un bain de sels mais aussi de prendre en compte l'aptitude de l'acier à être déformé à froidaprès un recuit d'adoucissement préalable.La caractérisation de la sensibilité à l'hydrogène faite sur des goujons après chargement à saturation en hydrogènemontre qu'à 1370 MPa, l'acier à structure bainitique ne présente pas de rupture fragile par l'hydrogène comparé aumême acier à structure martensitique revenue qui est systématiquement fragile. En parallèle, parmi les alliagesternaires Al-Zr-Zn déposés par un procédé de dépôt physique en phase vapeur, il a été possible d'identifier unenuance sacrificielle dont l'effet protecteur vis-à-vis des fixations devra encore faire l'objet d'investigations. / In the objective to prevent brittle fracture due to hydrogen (internal or external origins), the usages of mechanicalfastening parts is restricted above 1000 MPa. As already experienced on low-thickness flat products (clips), thebainitic microstructure generated by salt bath quenching is not subjected to hydrogen embrittlement. The target ofthe present study consists in setting up the required knowledge to extend this process to massive parts.In addition to its resistance to hydrogen, only the lower-bainite microstructure is able to meet the mechanicalpropertyspecifications for fasteners. The optimization tool developed in the present framework, has been designedto integrate the particularities of the austenite to lower bainite transformation in salt bath, as well as the ability tosustain cold forming after annealing treatment.A set of mechanical characterizations has been performed on hydrogen saturated bolts. Under a load of 1370 MPa,the bainitic structure has not shown any sign brittle fracture, while it has systematically been the case for thetempered martensitic structure. Furthermore, among the ternary alloys Al-Zr-Zn that can be deposed in vapor phase,a sacrificial grade presenting a protection effect has been identified. However, this effect must be furtherinvestigated, in order to determine the interest for fastening applications.

<p>Idag används guld som kontaktmaterial på elektriska kontakter för lågströmstillämpningar. Guldhar emellertid låg nötningsbeständighet, är dyrt och miljömässigt påfrestande att utvinna. Ettalternativt kontaktmaterial till guld är nanokomposit Ti-Si-C-Ag belagt medlikströmsmagnetronsputtring. Nanokomposit Ti-Si-C-Ag har hittills belagts med sammansatt Ti-Si-C sputterkälla och separat silverkälla.</p><p>I detta arbete har filmer belagts från tre olika sammansatta Ti-Si-C-Ag-källor med tre olikakolhalter. Filmerna har belagts i två olika beläggningssystem: Ett konventionellt batchladdat ochett sekventiellt med sluss.</p><p>Filmernas fas- och ämnessammansättning har studerats med XRD och EDX. Tjocklek ochmikrostruktur har analyserats med SEM. Vidhäftning och resistivitet har analyserats medRockwellindentation och ytresistansmätning med fyrpunktsprob. Kontaktresistansen har ävenstuderats i begränsad mån.</p><p>Arbetet visar att ökat kolinnehåll i källan ger kolrikare filmer med större titankarbidkorn.Resistiviteten ökar p.g.a. tilltagen amorf fas mellan kornen men kontaktresistansen sjunker givetduktilare film.</p> / <p>Today gold is used as contact material on electric contacts for low current applications. Gold, however,has low wear resistance, is expensive and environmentally stressful to produce. An alternative contactmaterial to gold is nano composite Ti-Si-C-Ag deposited with DC-magnetron sputtering. Nanocomposite Ti-Si-C-Ag has so far been deposited by a compound Ti-Si-C sputter source with a separateAg source.</p><p>In this work films have been deposited by three different compound Ti-Si-C-Ag sources with threedifferent carbon contents. The films have been deposited in two separate PVD systems: Oneconventional batch loaded and one sequential with a load-lock.</p><p>The phase- and elemental composition of the films has been studied with XRD and EDX respectively.Thickness and microstructure have been analysed with SEM. Adhesion and resistivity has beenanalysed with Rockwell indentation and surface resistivity measurement with four point probe. Contactresistance has also been studied to a limited extent.</p><p>The work shows that the increment of carbon content in the source yields more carbon rich films withlarger titanium carbide crystallites. The resistivity is increasing due to an increased amorphous phasebetween the crystallites but the contact resistance is decreasing due to a more ductile film.</p>

Idag används guld som kontaktmaterial på elektriska kontakter för lågströmstillämpningar. Guldhar emellertid låg nötningsbeständighet, är dyrt och miljömässigt påfrestande att utvinna. Ettalternativt kontaktmaterial till guld är nanokomposit Ti-Si-C-Ag belagt medlikströmsmagnetronsputtring. Nanokomposit Ti-Si-C-Ag har hittills belagts med sammansatt Ti-Si-C sputterkälla och separat silverkälla. I detta arbete har filmer belagts från tre olika sammansatta Ti-Si-C-Ag-källor med tre olikakolhalter. Filmerna har belagts i två olika beläggningssystem: Ett konventionellt batchladdat ochett sekventiellt med sluss. Filmernas fas- och ämnessammansättning har studerats med XRD och EDX. Tjocklek ochmikrostruktur har analyserats med SEM. Vidhäftning och resistivitet har analyserats medRockwellindentation och ytresistansmätning med fyrpunktsprob. Kontaktresistansen har ävenstuderats i begränsad mån. Arbetet visar att ökat kolinnehåll i källan ger kolrikare filmer med större titankarbidkorn.Resistiviteten ökar p.g.a. tilltagen amorf fas mellan kornen men kontaktresistansen sjunker givetduktilare film. / Today gold is used as contact material on electric contacts for low current applications. Gold, however,has low wear resistance, is expensive and environmentally stressful to produce. An alternative contactmaterial to gold is nano composite Ti-Si-C-Ag deposited with DC-magnetron sputtering. Nanocomposite Ti-Si-C-Ag has so far been deposited by a compound Ti-Si-C sputter source with a separateAg source. In this work films have been deposited by three different compound Ti-Si-C-Ag sources with threedifferent carbon contents. The films have been deposited in two separate PVD systems: Oneconventional batch loaded and one sequential with a load-lock. The phase- and elemental composition of the films has been studied with XRD and EDX respectively.Thickness and microstructure have been analysed with SEM. Adhesion and resistivity has beenanalysed with Rockwell indentation and surface resistivity measurement with four point probe. Contactresistance has also been studied to a limited extent. The work shows that the increment of carbon content in the source yields more carbon rich films withlarger titanium carbide crystallites. The resistivity is increasing due to an increased amorphous phasebetween the crystallites but the contact resistance is decreasing due to a more ductile film.

Eine ortsauflösende Spannungs- und Dehnungssensortechnik soll durch die Nutzung magnetostriktiver Materialien auf der Oberfläche von Kohlenstoffeinzelfasern (C-Fasern) und Mikrofeinstrukturierung dieser Schichten erzeugt und zur elektronischen Überwachung des Belastungszustandes von sicherheits- oder servicerelevanten Faserverbundbauteilen eingesetzt werden. Eine auf lokaler Gasphasenabscheidung und Mikrostrukturierung mittels der Focused Ion Beam (FIB)-Technik beruhende Sensorfabrikationsmethode wurde gemeinsam mit dem Institut für Mikrotechnologie Hannover (imt) entwickelt. Mehrschichtig mittels CVD und PVD bedampfte und zusätzlich galvanisch beschichtete C-Fasern weisen neuartige Eigenschaften auf, die im vorgestellten Vorhaben am Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe (LVW) charakterisiert wurden. Insbesondere die Untersuchung der verschiedenen Schichten sowie deren Interfaces nehmen eine bedeutende Rolle ein.

Du fait de leurs excellentes propriétés mécaniques et de leurs faibles masses spécifiques, l’utilisation des matériaux composites, au sein des structures mécaniques, est en plein essor. Cependant, leur usinage entraine une usure prématurée et aléatoire des outils de coupes en cermet WC-Co. L’origine de cette étude provient de la nécessité de protéger leur surface par un revêtement dur et résistant comme, par exemple, le diamant NCD. Toutefois, le cobalt présent dans le carbure cémenté favorise la formation de graphite au niveau de l’interface avec le film de diamant, ce qui nuit à son adhérence. La méthode retenue afin d’isoler ce métal de la surface a été de réaliser des systèmes interfaciaux multicouches. Ces derniers sont composés d’une barrière de diffusion au cobalt en nitrure de tantale et/ou en nitrure de zirconium et d’une couche favorisant la germination du diamant en acier inoxydable ou en molybdène. Les protocoles de dépôt élaborés au cours de ce travail ont la particularité d’utiliser une polarisation négative et séquencée du substrat durant l’étape de croissance. Cela induit une morphologie originale au revêtement de diamant breveté sous le nom de PyrNCD (Brevet N° :FR0807181). Les objectifs de cette étude sont la compréhension de l’ensemble des mécanismes (influence de la solubilité du carbone sur la germination du diamant, l’effet de la polarisation sur le substrat revêtu et sur la croissance du diamant,…) intervenant durant le dépôt de diamant et l’optimisation du procédé. / The combination of good mechanical properties and low specific mass ensures the increasing use of composite materials to reduce the weight of mechanical structures. However, their machining induces premature and random wear of WC-Co cermet cutting-tools. The origin of this study comes from the necessity to protect cutting-tools surfaces by hard and resistant coatings like NCD diamond. Unfortunately, the cobalt found in these cemented carbides catalyses graphite formation at the interface with the diamond layer and harms the grip of the diamond film. The method used to isolate this metal from the surface has been to form interfacial multilayer systems. These are composed of a tantalum nitride and/or zirconium nitride diffusion barrier for cobalt and a layer promoting the diamond nucleation in molybdenum or stainless steel. The deposit protocols developed during this PhD work have the particularity of using a negative and sequenced substrate bias during the growth stage. This leads to an original morphology of the diamond coating which is patented under the name PyrNCD (International Patent N°: WO/2010/076423). The goal of this study is to understand all the mechanisms (like the impact of the carbon solubility on the diamond nucleation, the effects of negative bias on the coated substrate and the diamond growth,...) occurring during diamond deposition and process optimization.

L'évaluation de la résistance interfaciale des systèmes barrière thermique EB-PVD est primordiale afin de pouvoir contrôler la production d'aubes de turbine revêtues et d'améliorer la compréhension des phénomènes d'écaillage de la céramique qui se produisent en fonctionnement. L'essai d'adhésion par choc laser LASAT qui s'appuie sur la propagation bidimensionnelle des ondes de choc (le phénomène LASAT-2D) consiste à mesurer le diamètre de fissure interfaciale pour différents tirs effectués à densité de puissance laser croissante. L'application de l'essai LASAT sur une pièce industrielle nécessite d'effectuer le choc du côté revêtu de céramique. Un adhésif vinylique protecteur ainsi qu'un milieu de confinement par adhésif transparent sont utilisés afin de générer un choc en surface de la céramique. La propagation de l'onde de choc est étudiée à travers des expériences spécifiques ainsi qu'une simulation numérique. La fissuration de l'interface est révélée par la présence d'une tache qui est mesurée par observation optique du dessus de la céramique. La reproductibilité de l'essai LASAT appliqué côté céramique est établie. Dans l'optique de valider un protocole de contrôle non destructif, le cyclage thermique est utilisé pour évaluer la nocivité d'une zone choquée présentant ou non des fissures. La présence de fissures à l'interface entre l'alumine et la zircone ne diminue pas la durée de vie à écaillage d'aubes de turbines lors du cyclage thermique. La tenue mécanique initiale de la céramique est comparée de manière qualitative et quantitative pour différents échantillons et qualitativement pour plusieurs aubes de turbine. L'évolution de la résistance interfaciale en fonction du cyclage thermique est étudiée. On démontre également sur plusieurs échantillons une corrélation entre l'adhérence initiale mesurée par LASAT et la durée de vie à écaillage par cyclage thermique. / The assessment of the interface strength of EB-PVD thermal barrier coating (TBC) is a key issue to control the production and better understand the ceramic spallation that will occur during life duration of coated turbine blades. The Laser Shock Adhesion Test (LASAT) involving bi-dimensional shock wave propagation, namely the LASAT-2D, consists in measuring the interfacial crack diameter when implementing a set of laser shocks with increased laser power densities. Applying the LASAT onto an industrial blade requires implementing the laser shock onto the ceramic side. A protective vinylic adhesive tape and a confinement by transparent adhesive tape are used to generate the shock on the ceramic. Shock wave propagation is studied through specific experiments and a numerical simulation. The interfacial crack is revealed by the presence of a spot that could be measured on a top-view optical image of the ceramic. Reproductibility of the LASAT applied on the coated side of the TBC is thereby established. Harmfulness of a loaded area with and without cracks is investigated thanks to thermal cycling in order to validate a non-destructive protocol. The presence of cracks at the interface between alumina and zirconia does not reduce the life duration of coated turbine blades in thermal cycling. Initial adhesion strength is compared both qualitatively and quantitatively for different samples and qualitatively for some turbine blades. Evolution of the interface strength with thermal cycling is presented. A correlation between initial adhesion and time of spallation of the ceramic is demonstrated on different samples.

Filmes finos nanométricos de nitreto de zircônio (ZrN) foram depositados sobre diferentes substratos, objetivando-se estudar a microestrutura da superfície e investigar o comportamento eletroquímico para obter a melhor composição que minimize reações de corrosão. Os filmes finos foram produzidos por deposição física de vapor (PVD). Foi estudada a influência da pressão parcial do gás nitrogênio, do tempo e da temperatura de deposição nas propriedades da superfície. Os filmes de ZrN foram caracterizados por espectrometria de retroespalhamento Rutherford (RBS), espectroscopia de fotoelétrons gerados por raios X (XPS), difração de raios X (DRX), nanodureza, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e ensaios de corrosão. As propriedades dos filmes finos de ZrN variam com os parâmetros de deposição. Quanto maior a temperatura usada na deposição dos filmes maior a resistência contra corrosão. Quando depositado sobre o Titânio e sobre uma liga de NiTi, os ensaios de corrosão mostram que o revestimento de ZrN depositado por PVD pode efetivamente melhorar a resistência contra a corrosão. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-04T16:16:38Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Daiane Roman.pdf: 1913372 bytes, checksum: 3fc49a90d63debc4754aeb458d421795 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-04T16:16:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Daiane Roman.pdf: 1913372 bytes, checksum: 3fc49a90d63debc4754aeb458d421795 (MD5) / Zirconium nitride (ZrN) nanometric films were deposited onto different substrates, in order to study the surface microstructure and also to investigate the electrochemical behavior to obtain a better composition that minimizes corrosion reactions. The thin films were produced by physical vapor deposition (PVD). The influence of the nitrogen partial pressure, deposition time and temperature over the surface properties was studied. Rutherford backscattering spectrometry (RBS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), nanohardness, scanning electron microscopy (SEM) and corrosion experiments were performed to characterize the ZrN thin films. The thin films properties and microstructure changes according to the deposition parameters. The corrosion against resistance increases with temperature used in the films deposition. Corrosion tests show that ZrN thin films deposited by PVD onto titanium and onto alloy nitinol substrate effectively improve the corrosion resistance.

Filmes finos nanométricos de nitreto de zircônio (ZrN) foram depositados sobre diferentes substratos, objetivando-se estudar a microestrutura da superfície e investigar o comportamento eletroquímico para obter a melhor composição que minimize reações de corrosão. Os filmes finos foram produzidos por deposição física de vapor (PVD). Foi estudada a influência da pressão parcial do gás nitrogênio, do tempo e da temperatura de deposição nas propriedades da superfície. Os filmes de ZrN foram caracterizados por espectrometria de retroespalhamento Rutherford (RBS), espectroscopia de fotoelétrons gerados por raios X (XPS), difração de raios X (DRX), nanodureza, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e ensaios de corrosão. As propriedades dos filmes finos de ZrN variam com os parâmetros de deposição. Quanto maior a temperatura usada na deposição dos filmes maior a resistência contra corrosão. Quando depositado sobre o Titânio e sobre uma liga de NiTi, os ensaios de corrosão mostram que o revestimento de ZrN depositado por PVD pode efetivamente melhorar a resistência contra a corrosão. / Zirconium nitride (ZrN) nanometric films were deposited onto different substrates, in order to study the surface microstructure and also to investigate the electrochemical behavior to obtain a better composition that minimizes corrosion reactions. The thin films were produced by physical vapor deposition (PVD). The influence of the nitrogen partial pressure, deposition time and temperature over the surface properties was studied. Rutherford backscattering spectrometry (RBS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), nanohardness, scanning electron microscopy (SEM) and corrosion experiments were performed to characterize the ZrN thin films. The thin films properties and microstructure changes according to the deposition parameters. The corrosion against resistance increases with temperature used in the films deposition. Corrosion tests show that ZrN thin films deposited by PVD onto titanium and onto alloy nitinol substrate effectively improve the corrosion resistance.