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RÉSUMÉ
Bien que le test de rayure soit devenu un outil de mesure courant tant en recherche qu’en industrie pour le contrôle qualité, l’utilité de cette technique et sa capacité à fournir un résultat quantitatif sur l’adhérence d’un revêtement n’ont été abordées qu’à partir des années 2000. Cet article analyse les progrès réalisés dans l’interprétation des données et la détermination de propriétés mécaniques connexes à l’adhérence. L’utilisation combinée de l’essai de rayure avec d’autres techniques a fourni des informations complémentaires sur les endommagements induits qui n’étaient pas exploitables auparavant. L’article fait donc état de ces divers développements et présente ce que seront les prochains défis.
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Guillaume BERTHOUT : Chef produits - Anton Paar France, Courtaboeuf, France
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Nicholas X. RANDALL : Lead Scientist et Product Manager - Anton Paar TriTec, Peseux, Suisse
INTRODUCTION
Cet article délivre une analyse précise sur les techniques de rayages instrumentés (en anglais communément appelées « scratch testing »). Ces dispositifs permettent de manière générale de caractériser de façon qualitative des revêtements et des couches minces. L’interprétation des données délivrées par ces instruments a été facilitée suite à l’avènement d’outils performants, telle que l’imagerie panoramique, le suivi du profil du test scratch et la synchronisation spatiale lors de l’observation optique d’une rayure. En outre la possibilité de modéliser la déformation d’un revêtement et de son substrat en fonction de la charge appliquée permet d’ajuster les paramètres de test pour favoriser un positionnement du maximum du champ de contrainte non loin de l’interface. Cela a conduit notamment à développer un large panel d’indenteurs avec des conditions et des pressions de contact appropriées.
Des progrès importants ont également été réalisés dans l’utilisation de la technique scratch pour mesurer des propriétés mécaniques connexes à l’adhérence telles que la ténacité, la dureté, la viscoélasticité. De même l’utilisation combinée de l’essai de rayure avec d’autres techniques comme la microscopie acoustique, la spectroscopie Raman, la microscopie in situ, etc. a fourni des informations complémentaires sur les endommagements induits (craquelures, fatigue, rupture) qui n’étaient pas systématiquement accessibles ou exploitables auparavant. L’article fait donc état de ces divers développements et présente ce que seront les défis de demain.
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MOTS-CLÉS
adhérence des revêtements résistance à la rayure endommagements sous-surfaciques extraction des données
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Moyens expérimentaux d’interprétation de l’essai de rayureArticle inclus dans l'offre
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1. Premiers développements
La première évocation de l’essai de rayure en tant que méthode qualitative de la mesure de l’adhérence d’un revêtement date des années 1950 par Heavens qui, appliquant une charge constante à la surface d’un revêtement par le biais d’un pénétrateur, a observé des endommagements en surface qui ont provoqué une délamination du film. Les charges appliquées qui ont créé ces endommagements spécifiques (fissurations, délaminations), sont définies comme charges « critiques ». Des travaux ultérieurs réalisés par Benjamin et Weaver dans les années 1960 ont conduit à un modèle reliant cette notion de charge critique à la fragilisation du système couche-substrat.
Les origines de l’essai de rayure automatisé sont donc une évolution logique de multiples méthodes d’essais industriels relativement basiques tels que le test du couteau (ASTM D6677), le test de pelage au ruban adhésif (ASTM D3359), le test au crayon de dureté (ASTM D3363), le test d’adhérence par arrachement (ASTM D4541) et le test d’adhérence par grattage (ASTM D2197). De telles approches sont généralement très subjectives et dépendent étroitement des capacités d’interprétation de l’opérateur, mais ont également tendance à simplifier à outrance la réponse parfois complexe que peut présenter un système film-substrat face à ce type de sollicitations.
Le test de rayure automatisé s’est généralisé dans les années 1980 grâce à Laeng ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - HEAVENS (O.S.) - * - J. Phys. Radium 11 355 (1950).
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(2) - BENJAMIN (P.), WEAVER (C.) - * - Proc. R. Soc. London, Ser. A, 254 163 (1960).
-
(3) - LAENG (P.), STEINMANN (P.A.) - Proceedings of the 8th International Conference on Chemical Vapor Deposition, Gouvieux, France, - 15-18 Sept 1981, Electrochemical Society, 81-7, p. 723.
-
(4) - STEINMANN (P.A.), LAENG (P.), HINTERMANN (H.E.) - * - Mater. Tech. 13 85 (1985).
-
(5) - VALLI (J.) - * - J. Vac. Sci. Technol. A 4 3007 (1986).
-
(6) - BURNETT (P.J.), RICKERBY (D.S.) - * - Thin Solid Films 154 403 (1987).
-
...
Saxonian Institute of Surface Mechanics, FilmDoctor
http://www.siomec.de/FilmDoctor
HAUT DE PAGE
Anton Paar Scratch Testers
http://www.anton-paar.com/corp-en/products/group/scratch-tester/
HAUT DE PAGE
ASTM D6677, Standard test method for evaluating adhesion by knife, ASTM International
ASTM D3359, Standard test methods for rating adhesion by tape test, ASTM International
ASTM D3363, Standard test method for film hardness by pencil test, ASTM International
ASTM D4541, Standard test method for pull-off strength of coatings using portable adhesion testers, ASTM International
ASTM D2197, Standard test method for adhesion of organic coatings by scrape adhesion, ASTM International
ISO 20502, Fine ceramics – determination...
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