Caractérisation de films colorés de Fe-O-N élaborés par pulvérisation magnétron réactive

Characterization of coloured films of Fe-O-N deposited by reactive magnetron sputtering

¹ Département CREST, Institut FEMTO-ST (UMR CNRS 6174), 4 place Tharradin, BP. 71427, 25211 Montbéliard Cedex, France
² University of Applied Sciences, Av. de l'Hôtel-de-Ville 7, 2400 Le Locle, Switzerland
³ Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade de Coimbra, Polo II, ICEMS, FCTUC, Pinhal de Marrocos, 3030 Coimbra, Portugal

Auteur de correspondance : carine.petitjean@pu-pm.univ-fcomte.fr

Reçu : 16 Décembre 2005
Accepté : 2 Juin 2006

Résumé

Des films d’oxynitrures de fer ont été déposés sur différents substrats par pulvérisation magnétron réactive d’une cible de fer dans un mélange gazeux Ar-N₂-O₂. Cette étude est consacrée à l'influence de la pression partielle d’oxygène sur les propriétés physiques et fonctionnelles des couches minces de FeN_xO_y. La structure et la composition chimique de ces films ont été déterminées respectivement par diffraction des rayons X et par spectroscopie d’ions rétrodiffusés. En augmentant le débit d'oxygène, la structure des films évolue d'un nitrure (ϵ-Fe_2-3N) à une structure cubique à faces centrées et finalement à un oxyde (α-Fe₂O₃). Ces travaux portent également sur les propriétés mécaniques et électriques mesurées à température ambiante. De plus l’évolution de la couleur de ces revêtements a été mesurée dans le système CIE-L*a*b*. Les différentes propriétés et la couleur rouge-brun obtenue pour les films FeN_xO_y déposés avec une quantité importante d'oxygène permettent d’envisager des applications décoratives pour le traitement d’objets portés.

Abstract

Iron oxynitride films (FeN_xO_y) were deposited on different substrates by magnetron sputtering of an iron target in reactive Ar-N₂-O₂ mixtures. This study is focused on the effect of the partial pressure of oxygen on the physical and functional properties of FeN_xO_y coatings. The films’ structure and the chemical composition of these films were determined by X-ray diffraction and Rutherford Backscattering Spectrometry, respectively. When increasing the oxygen flow rate, the films’ structure evolved from a nitride one (ϵ-Fe_2-3N) to an fcc one and finally to an oxide one (α-Fe₂O₃). Mechanical and electrical properties measured at room temperature were investigated during this research in connection to the oxygen flow rate. In addition, the colour variation of iron oxynitride films was measured in the CIE-L*a*b* system. The FeN_xO_y thin films with high oxygen content exhibited a reddish-brown colour. This colour and the different properties allow applications in decorative field to surface treatments for worn products.