Original Article

Identification des propriétés élastoplastiques des films minces de CrN en utilisant la technique de nanoindentation et la modélisation par éléments finis (FEM)

On the identification of CrN thin films elastic-plastic properties using nanoindentation technique and finite element modeling (FEM)

Laboratoire de Mécanique de Sousse (LMS), École Nationale d’Ingénieurs de Sousse (ENISo), Université de Sousse, BP 264 Sousse, Tunisie

^* e-mail: ja_asma@yahoo.fr

Reçu : 3 Juillet 2023
Accepté : 27 Septembre 2023

Résumé

Dans ce travail, les propriétés élastoplastiques intrinsèques des films minces telles que le module d’Young E, la limite d’élasticité σ_y et le coefficient d’écrouissage n ont été identifiées à partir des méthodes numériques qui se basent sur des analyses dimensionnelles, des calculs par éléments finis et la résolution des algorithmes d’analyse inverse. Quatre méthodes de la littérature ont été sélectionnées pour identifier les propriétés des films minces en considérant les effets liés au substrat. De plus, l’efficacité de ces modèles numériques a été discutée à l’aide d’une vérification numérique en comparant les résultats d’identification aux propriétés introduites dans les simulations. Les propriétés mécaniques des films minces de CrN ont été enfin identifiées à l’aide de ces modèles. Les résultats d’identification ont été comparés aux propriétés mécaniques des films CrN reportées de la littérature et le bon accord montre que trois de ces quatre méthodes numériques peuvent être appliquées dans le cas des films minces.

Abstract

In this work, intrinsic thin films elastic-plastic properties such as Young modulus E, yield stress σ_y and strain hardening exponent n were identified using numerical methods based on dimensional analysis, finite element modeling and solving inverse analysis algorithms. Four methods from literature were selected to identify thin films properties with considering substrate effects. Moreover, the efficiency of the numerical models was discussed using numerical verification by comparing the identification results to the properties introduced in the simulations. The mechanical properties of CrN thin films were finally identified using these models. The identification results were compared to CrN mechanical properties reported from the literature and the good agreement shows that three of these numerical methods can be applied in the case of thin films.