Propriétés tribologiques de films minces nanostructurés

Tribological properties of nanostructured thin films

Laboratoire d’Études des Milieux Nanométriques, Université d’Evry Val d’Essonne, Bâtiment Maupertuis, Bd. F. Mitterand, 91025 Evry Cedex, France

Reçu : 16 Mars 2005
Accepté : 30 Septembre 2005

Résumé

Afin de déterminer les propriétés tribologiques de couches minces nanostructurées de nitrure de titane et de titane de 300 nm d’épaisseur, nous avons étudié l’influence du sens de déplacement latéral d’une pointe Berkovich et du taux de chargement normal sur le comportement en frottement. Pour les films les plus durs (nitrure de titane), nous avons montré que le sens de déplacement latéral de la pointe n’a aucun effet sur les propriétés tribologiques. Un comportement complètement différent est observé pour les films les moins durs (titane). Dans ce dernier cas, la force latérale mesurée est plus faible lorsque le scratch test est effectué vers l’avant de la pointe. En ce qui concerne l’effet de la dynamique sur les mesures de scratch, nous avons établi des lois d’échelle pour le déplacement normal en fonction de la force normale. Nous avons montré que le paramètre pertinent pour les mesures est le taux de chargement dF_z/dt, déduit des lois d’échelle. Ainsi, durant les essais de rayures, la vitesse de déplacement latéral doit être adaptée à la valeur maximale de l’effort normal appliqué.

Abstract

In order to determine the tribological properties of nanostructured thin layers of titanium and titanium nitride with thicknesses of 300 nm, we have studied the influence of Berkovich tip’s lateral displacement orientation and normal loading rate on friction properties. For the hardest films (titanium nitride), we have showed that tip direction scratch does not have any effect on tribological properties. A completely different behavior is observed for titanium. For this last case, the measured lateral force is smaller when the scratch test is carried out following forward tip direction. Concerning dynamics effect on scratch measurements, we have established scaling laws for normal displacement versus normal force. We have showed that the relevant parameter for scratch measurements is the loading rate dF_z/dt, deduced from these scaling laws. Thus, during scratch tests, the lateral displacement speed must be adapted to the maximum value of the applied normal load.