Cette thèse se place dans le cadre d'un projet ANR qui vise à remplacer des dépôts électrolytiques sacrificiels par des dépôts PVD à base d'aluminium, moins néfastes pour l'environnement. Trois critères ont été définis :un comportement sacrificiel avec de faibles cinétiques de dissolution, une bonne résistance au grippage et la possibilité d'élaboration du dépôt avant emboutissage du substrat acier. Des revêtements monocouches ont été élaborés pour étudier l'effet d'un élément d'alliage dans l'aluminium. Certains éléments (Mo, Mn) améliorent les propriétés mécaniques et d'autres (Mg, Zn) les propriétés sacrificielles des revêtements. Cette étude a permis de mettre en évidence qu'il est difficile de combiner de bonnes propriétés mécaniques et sacrificielles. Pour pallier à ce problème, deux voies peuvent être explorées. L'élaboration d'alliages ternaires et celle d'architectures multicouches.Ce travail s'est focalisé de manière plus approfondie sur la deuxième voie. Des architectures multicouches ont été élaborées avec deux types de couches, chaque type de couche possédant l'une des deux propriétés souhaitées pour le revêtement. Les configurations étudiées sont les suivantes : Al-Mo/Al-Zn, Al-Mo/Al-Mg et Al-Mn/Al-Mg, avec différentes périodes. Cette étude a permis de trouver une architecture multicouche qui répond tout à fait aux deux premiers critères :Al-Mn/Al-Mg 15 nm.Une étude préliminaire en corrosion après déformation a été réalisée sur cette dernière. Elle perd son caractère sacrificiel en immersions salines de 48h à partir de 1% de déformation. L'optimisation des paramètres de dépôt pour améliorer la tenue mécanique de cette architecture est une prochaine étape.

Cette thèse se place dans le cadre d’un projet ANR qui vise à remplacer des dépôts électrolytiques sacrificiels par des dépôts PVD à base d’aluminium, moins néfastes pour l’environnement. Trois critères ont été définis :un comportement sacrificiel avec de faibles cinétiques de dissolution, une bonne résistance au grippage et la possibilité d’élaboration du dépôt avant emboutissage du substrat acier. Des revêtements monocouches ont été élaborés pour étudier l’effet d’un élément d’alliage dans l’aluminium. Certains éléments (Mo, Mn) améliorent les propriétés mécaniques et d’autres (Mg, Zn) les propriétés sacrificielles des revêtements. Cette étude a permis de mettre en évidence qu’il est difficile de combiner de bonnes propriétés mécaniques et sacrificielles. Pour pallier à ce problème, deux voies peuvent être explorées. L’élaboration d’alliages ternaires et celle d’architectures multicouches.Ce travail s’est focalisé de manière plus approfondie sur la deuxième voie. Des architectures multicouches ont été élaborées avec deux types de couches, chaque type de couche possédant l’une des deux propriétés souhaitées pour le revêtement. Les configurations étudiées sont les suivantes : Al-Mo/Al-Zn, Al-Mo/Al-Mg et Al-Mn/Al-Mg, avec différentes périodes. Cette étude a permis de trouver une architecture multicouche qui répond tout à fait aux deux premiers critères :Al-Mn/Al-Mg 15 nm.Une étude préliminaire en corrosion après déformation a été réalisée sur cette dernière. Elle perd son caractère sacrificiel en immersions salines de 48h à partir de 1% de déformation. L’optimisation des paramètres de dépôt pour améliorer la tenue mécanique de cette architecture est une prochaine étape. / This work is part of an ANR project which purpose is to find an alternative to sacrificial electrolytic coatingsusing aluminium-based PVD coatings, which are more environmental friendly. Three main parameters weredefined : a sacrificial behavior, good tribological properties and the possibility to elaborate the coatings before shaping the steel substrate. Monolayer coatings were elaborated to study the impact of an alloying element on aluminium properties. Some alloying elements increase mechanical properties (Mo, Mn) while others enhance the electrochemical behavior (Mg, Zn). To combine both properties, two methods can be used. Either the elaboration ofternary alloys or the elaboration of multilayer coatings. This work is focused on the second way. Some multilayercoatings were proposed with two types of layers, each type presenting one interesting property. This study permitted to find a multilayer architecture fitting very well two parameters required for the project.A preliminary study on this architecture was lead with electrochemical characterization after strain. The architecture loses its sacrificial behavior after 1% strain in 48h immersion. Two of the three requested criteria are found.The next step of this work would be the optimization of the process parameters to enhance the adhesion of the coating so the third parameter is achieved.

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.

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.

Dans ce travail de thèse on étudie le développement de revêtements monocouches (simple couche) et multicouches à base de nickel en utilisant des techniques humides (électrodéposition et dépôt chimique dynamique). L'objectif principal est d'obtenir un revêtement d'une dureté élevée (supérieure à 500 HV) et une bonne résistance à la corrosion (plus de 500 heures en brouillard salin), sur la base des exigences de l'industrie aéronautique, principalement le groupe SAFRAN. Dans la première partie nous présentons le développement de revêtements de Ni par la technique d'électrodéposition. À partir d’un bain électrolytique de sulfamate avec différentes concentrations de samarium, nous avons obtenu un revêtement avec une résistance à la corrosion élevée. L'utilisation d'un bain électrolytique avec un additif de diméthyle amine borane (DMAB) conduit à un revêtement avec une dureté élevée. Ainsi, nous avons prépare un revêtement multicouche acier/Ni (Sm)/Ni-B, pour obtenir un dépôt avec bonne résistance à la corrosion (proportionné par la couche de Ni électrolytique obtenu à partir d’un bain avec samarium) et une dureté élevée (proportionné pour la couche Ni-B électrolytique). En outre, en employant la technique de dépôt chimique dynamique (JetMetal) on a obtenu un revêtement de Ni-B ayant une dureté élevée et un revêtement composite de Ni-B-PTFE avec de bonnes propriétés tribologiques. Finalement nous avons élaboré un revêtement multicouche acier /Ni (Sm)/NiB-SDS/NiBPTFE à partir des technologies de dépôt électrochimique et la technique JetMetal, le revêtement obtenu présente une bonne résistance à la corrosion, une dureté élevée et un faible coefficient de frottement. / In this thesis work we investigate the development of monolayer coatings (single layer) and nickel-based multilayers by using wet techniques (electrodeposition and dynamic chemical deposition). The main objective is to obtain a coating with high hardness (above 500 HV) and good corrosion resistance (over 500 hours in salt spray), based on the requirements of the aviation industry, mainly the SAFRAN group. The first part of this thesis examines the development of Ni coatings by using electrodeposition technique. From an electrolytic sulfamate bath with different samarium concentrations, can be obtained coatings with high resistance to corrosion, while the use of an electrolytic bath with dimethyl amine borane (DMAB) leads to a coating with high hardness. The development of multilayer coatings in an alternated way using two electrolytic baths (with different composition), was realized to take advantage of the individual properties of each deposit. Thus the steel/Ni (Sm)/Ni-B multilayer coating was obtained, in order to be use the good corrosion resistance of Ni layer obtained from a bath with samarium and the high hardness of a Ni-B coating. On the other hand, by employing the dynamic chemical deposition technique (JetMetal), Ni-B coating with high hardness and a composite coating Ni-B-PTFE with good tribological properties could be obtained. Finally, a multilayer coated steel/Ni(Sm)/NiB-SDS/NiB-PTFE was developed by combining the electroplating technology and dynamic chemical deposition technique, the obtained coating showed good corrosion resistance, high hardness and a low friction coefficient. / En este trabajo de tesis se investiga la elaboración de recubrimientos monocapa (una sola capa) y multicapas a base de níquel mediante el empleo de técnicas vía húmeda (electrodepósito y depósito químico dinámico). El objetivo principal es de obtener un recubrimiento con alta dureza (superior a 500 HV) y buena resistencia a la corrosión (superior a 500 h en cámara salina), en base a los requerimientos de la industria aeronáutica, principalmente el grupo SAFRAN. En la primera parte de esta tesis se estudia la elaboración de recubrimientos de Ni mediante el empleo de la técnica de electrodepósito. A partir de un baño electrolítico de sulfamato con diferente concentración de samario, se puede obtener un recubrimiento con alta resistencia a la corrosión. En tanto que el uso de un baño electrolítico con el aditivo dimetil amina borano (DMAB) permite obtener un recubrimiento con alta dureza. La elaboración de recubrimientos multicapas mediante el uso alternado de dos baños electrolíticos de composiciones diferentes, permite aprovechar las propiedades individuales de cada depósito. Así se elaboró un recubrimiento multicapa acero/Ni(Sm)/Ni-B, para aprovechar la buena resistencia a la corrosión de una capa de Ni obtenida a partir de un baño con samario y la dureza elevada de un recubrimiento Ni- B. Por otra parte, mediante el empleo de la técnica de depósito químico dinámico (JetMetal) fue posible obtener recubrimiento Ni-B con alta dureza y un recubrimiento compuesto Ni-B-PTFE con buenas propiedades tribológicas. Finalmente se elaboró un recubrimiento multicapa acero/Ni(Sm)/NiB-SDS/NiB-PTFE mediante el empleo combinado de la técnica de electrodepósito y la técnica de depósito químico dinámico, que presenta una muy alta resistencia a la corrosión, una alta dureza y un bajo coeficiente de fricción.