Literatura académica sobre el tema "Matériaux multicouches alumineux"

Les architectures céramiques multicouches présentent généralement des propriétés mécaniques améliorées par rapport à leurs constituants monolithiques. Dans les matériaux à base d'alumine, l'ajout de kaolin peut avantageusement permettre de promouvoir i) la cristallisation de la mullite et ii) des contraintes résiduelles internes notamment par le contrôle du différentiel d'expansion thermique entre couches. À partir de poudres préparées par granulation cryogénique dont les formulations contiennent une quantité réduite d'additifs organiques, des composites alumine/mullite mis en forme par pressage uniaxial ont été élaborés et caractérisés. Deux kaolins différents sont utilisés dans cette étude avec des caractéristiques différentes en termes de cristallinité, de forme de grains, d'empilement de feuillets et de rapport face basale/latérale. L'originalité de ce travail a consisté à étudier en détail les mécanismes de dispersion des suspensions de kaolinite en milieu aqueux par acoustophorèse et de mettre en évidence la relation entre les propriétés électrocinétiques de la kaolinite, les caractéristiques physico-chimiques et le prétraitement thermique entre 200 et 800 °C. Les propriétés de frittage de formulations mixtes alumine/kaolinite ont été étudiées en fonction de la teneur en kaolinite (0-25%vol). Ce travail de thèse étudie la chaîne intégrée d'un procédé céramique en commençant par la sélection de la kaolinite comme matière première (acoustophorèse, RMN MAS), sa transformation cristallochimique en mullite (analyses thermiques, dilatométrie) et son incorporation dans une matrice d'alumine pour une architecture originale de matériaux multicouches aux propriétés modifiées de ténacité et de résistance à la rupture. Les matériaux multicouches élaborés présentent une bonne adhésion interfaciale malgré la présence d'une zone poreuse proche de l'interface des couches. Certaines configurations multicouches élaborées présentent une contrainte à la rupture améliorée de 30% par rapport aux matériaux monolithiques
Multilayer ceramic architectures generally exhibit improved mechanical properties in regards with individual monolithic constituents. In alumina-based materials, addition of kaolin can advantageously promote i) mullite crystallisation and ii) internal residual stresses by monitoring thermal expansion mismatch between layers. From powders prepared by freeze granulation whose formulations contain a reduce amount of organic additives, alumina/mullite composites shaped by uniaxial pressing have been developed and characterized. Two different kaolins are used in this study, with different characteristics in terms of crystallinity, grain shape, layering and basal/lateral face ratio. The originality of this work consisted in studying in detail the dispersion mechanisms of kaolinite suspensions in aqueous media by acoustophoresis, and in highlighting the relationship between kaolinite's electrokinetic properties, physicochemical characteristics and thermal pretreatment between 200 and 800°C. The sintering properties of mixed alumina/kaolinite formulations were studied as a function of kaolinite crystallinity and content (0-25%vol). This thesis studies the integrated chain of a ceramic process, starting with the selection of kaolinite as a raw material (acoustophoresis, MAS NMR), its crystallochemical transformation into mullite (thermal analyses, dilatometry) and its incorporation into an alumina matrix for an original architecture of multilayer materials with modified properties of toughness and fracture resistance. The multi-layer materials developed show good interfacial adhesion despite the presence of a porous zone close to the layer interface. Compared to the monolithic materials, the most efficient multilayer configurations exhibit a failure stress improved by 30%

Cette étude porte sur la faisabilité de l’élaboration de matériaux multicouches à grains ultrafins par un procédé original de métallurgie douce : le laminage cumulé contrôlé. Les multicouches à base d’aluminium sont renforcés par des alliages de compositions Al-Ni-Sm pris dans des états amorphe ou cristallisés. Cette combinaison à ce jour inédite est originale compte tenu de la différence marquée de comportement mécanique et de mécanisme de déformation des constituants. Les paramètres du procédé sont d’abord définis à partir de la caractérisation de la stabilité microstructurale des constituants et de leur comportement mécanique. Plusieurs types de traitement thermique et mécanique, ainsi que différents nombres de couches ont été testés afin d’optimiser la microstructure et par tant l’aptitude à la mise en forme. Les transformations de phases (recristallisation dynamique ou non de l’aluminium, changements de phases au sein des alliages Al-Ni-Sm…) ont été analysées par diffractométrie X, microscopies et calorimétrie différentielle. Parmi les principaux résultats, la cristallisation du verre métallique induite par déformation est démontrée. En relation avec la modification de propriétés mécaniques induite par le changement de microstructure des renforts, les multicouches élaborées à partir de renforts à l’état cristallin sont plus malléables que celles obtenues au moyen d’alliages à l’état amorphe. La différence est reliée à la fois à la morphologie des débris et à l’accommodation des déformations au niveau des interfaces matrice/renfort. Au stade actuel du travail, un multimatériau a été synthétisé à partir de 216 couches d’aluminium et de 180 feuilles de renfort à l’état cristallin. Ce matériau à grains ultrafins présente encore une distribution non uniforme de fragments de renforts
This study of feasibility deals with the development of ultrafine grained (UFG) multilayers by an original process i.e. controlled accumulative roll bonding. Aluminium based multilayers are reinforced by Al-Ni-Sm alloys taken either in the amorphous or crystallized state. This association of materials is particularly interesting according to the significant difference of mechanical behavior and mechanism of deformation of both constituents. The definition of the process parameters arises from the study of both the stability and the mechanical behaviour of the constituents. Numerous thermal and mechanical treatments as well as various numbers of stacked layers have been considered in order to optimize the microstructure and therefore workability of the multilayers. The phase transformations (dynamical or static recrystallization of Al, crystallization of amorphous alloys…) have been investigated by X-ray diffractometry, various kinds of microscopy and differential scanning calorimetry. Among the main results, the crystallization of the metallic glass due to deformation has been proved. Due to the modification of the mechanical properties induced by the change of microstructure of the reinforcements, the multilayers bearing crystalline reinforcements are more deformable than those containing amorphous alloys. The difference is explained by the morphology of the fragments of reinforcements as well as by the accommodation of deformation at their interfaces. Finally, a multimaterial has been prepared from 216 Al layers and 180 layers of crystalline reinforcements. This UFG material presents a heterogeneous distribution of reinforcements

"Les matériaux énergétiques sont une classe de matériaux capables de libérer de l'énergie dans les conditions d'utilisations. Notre laboratoire a été le premier dans les années 1995 à proposer l'intégration de matériaux énergétiques dans des micro micro-dispositifs ce qui a engagé un important processus d'innovations dans le choix des matériaux nécessitant une compatibilité avec les technologies microélectroniques et dans leur mise en œuvre pour des usages embarqués divers : micro allumeurs, airbags, actionnements pneumatiques ou fluidiques, conversion thermo électriques,. . . Cette thèse visent la mise au point de nouvelles générations de matériaux susceptibles d'être intégrés sur des micro micro-dispositifs pour la réalisation de systèmes d'allumages miniaturisés. Mais le choix d'un matériau intégrable est un problème complexe, d'une part, parce qu'il doit pouvoir être déposé dans le processus de fabrication du micro micro-dispositif support et, d'autre part, parce qu'il doit permettre d'actionner dans de bonnes conditions d'autres matériaux énergétiques plus traditionnels. Parmi les matériaux énergétiques émergents, les nanothermites engendrent un grand intérêt grâce à leur forte capacité énergétique et leurs propriétés réactives " à la carte " et aussi, en ce qui nous concerne, car elles mettent en œuvre des composés métaux et oxydes métalliques compatibles avec les composants microélectroniques et les technologies MEMS. C'est dans ce contexte-là que notre équipe de recherche a proposé l'élaboration et l'intégration de multicouches Al/CuO par PVD. L'empilement par PVD de nano-couches alternées d'aluminium et d'oxyde de cuivre offre de nombreux avantages, comparés comparé à l'élaboration de nano-poudres. Chaque nano-couche déposée peut être contrôlée précisément en épaisseur (de quelques nm jusqu'à plusieurs centaines de nm). Et, le nombre de couches et la stœchiométrie oxydant/réducteur peuvent être modifiés pour adapter la réactivité du matériau en fonction du besoin. Mon travail de thèse a permis l'étude expérimentalement des nano-thermites de type multicouches Al/CuO déposées par pulvérisation cathodique. En particulier, sur des dépôts PVD de multicouches Al/CuO d'épaisseurs comprises entre 25nm et 500nm, nous avons caractérisé finement la morphologie de couches Al et CuO et de leur interface. Nous avons contribué à évaluer expérimentalement l'influence de la stœchiométrie et de l'épaisseur des couches sur les caractéristiques de réaction à savoir la vitesse de combustion et l'énergie de décomposition !!!appelée Enthalphie !!!. Enfin, nous avons étudié le rôle des interfaces dans le processus de réaction. Pour ce faire différentes thermites multicouches Al/CuO avec différentes stœchiométries et épaisseurs ont été déposées. Les analyses structurelles, morphologiques et chimiques ont été réalisées au LAAS et au CIRIMAT par différentes techniques d'analyses telles que XRD, HR-TEM, XPS et STEM-EDX. Les chaleurs de réaction et la vitesse de combustion ont été examinées par DSC et par caméra rapide. Enfin nous avons intégré des multicouches Al/CuO dans un microsystème d'allumage sécurisé pour une application de propulsion solide dans le cadre d'un contrat industriel avec ROXEL (Contrat PEA APTE). "
Energetic materials are a class of materials capable to release energy in the conditions of use. Our laboratory was the first in 1995 to propose the integration of energetic materials in micro- devices which undertook a major innovation process in the choice of materials requiring compatibility with microelectronic technologies and their implementation work for various uses embedded : micro lighters , airbags, pneumatic actuators or fluidic , electric heat conversion. . . This thesis look at the development of new generations of materials that can be integrated on micro -devices for the realization of miniaturized ignition systems. But choosing an integrable material is a complex problem, firstly, because it must be deposited by microelectronics processes; secondly, because it must be enable to actuate in good conditions more traditional energetic materials. Among emerging energy materials, nanothermites generate a great interest due to their high energy capacity and reactive properties and also , in our case , because they implement metal compounds and metal oxides compatible with microelectronics and MEMS technologies. It is in this context that our research team has proposed the development and integration of multilayer Al / CuO by PVD. The alternative stacking of aluminum and copper oxide nano layers by PVD provides many benefits , compared to the development of nano - powders. Each nano - deposited layer can be precisely controlled in thickness (from several nm to several hundred nm ). And , the number of layers and the oxidizing / reducing stoichiometry can be varied to adjust the reactivity of the material according to the need. My thesis has allowed the experimental study of Al / CuO multilayer nano- thermite deposited by sputtering. In particular, the thickness of Al / CuO multilayer deposited by PVD is variable between 25nm and 500nm, we characterized the precisely the morphology of Al and CuO layers and their interface. We contributed to experimentally evaluate the influence of the stoichiometry and thickness of the layers on the response characteristics: speed of combustion and decomposition energy Called Enthalphie. Finally, we studied the role of interfaces in the reaction process. To do this different multilayer Al / CuO thermites with different thicknesses and stoichiometries have been examined. Structural, morphological and chemical analyzes were performed at LAAS and CIRIMAT by various analytical techniques such as XRD , HR -TEM , XPS and STEM- EDX. The heat of reaction and the rate of combustion were examined by DSC and fast camera. Finally we integrated multilayer Al / CuO in an ignition microsystem secure for application of solid propulsion through an industrial contract with ROXEL (Contract PEA APTE )

La surface joue un rôle de plus en plus important pour les matériaux que les industriels cherchent à miniaturiser et alléger. Afin de conserver une forte propriété de résistance aux claquages diélectriques des matériaux céramiques isolants, des structures bicouches formées d'un substrat isolant recouvert d'une couche de surface de nature différente sont de plus en plus envisagées. Le comportement sous injection de charges de ces matériaux multicouches est lié aux propriétés intrinsèques du matériau de surface : propriétés structurales, diélectriques et géométriques. La démarche de ce travail a été d’établir des relations entre la microstructure du matériau, son comportement face à l’injection et sa résistance au claquage diélectrique. Cette compréhension et l’interprétation des résultats expérimentaux ont été permis grâce à l’utilisation d’un modèle physique, proposé initialement par HJ Fitting et développé par X. Meyza et M. Touzin. Des améliorations ont été apportées au modèle initialement développé, comme la prise en compte de l’effet de la température à travers l’introduction d’un dépiégeage de type Poole-Frenkel sur le courant de diffusion, de la recombinaison des charges disponibles notamment par les effets de dépiégeage et de la présence d’un courant de diffusion. Le modèle, utilisé jusqu’à présent pour des matériaux massifs, a été généralisé à un système multicouches. Pour cela, l'influence du matériau de surface sur l'énergie des électrons le traversant a été prise en compte via la notion d'épaisseur efficace. Dans un deuxième temps, ce modèle a été validé en comparant les mesures de rendement d'émission secondaire intrinsèque et total, issues des données expérimentales, avec les résultats simulés. Enfin le modèle a été appliqué au cas des matériaux bicouches: alumine revêtue de silice, et alumine traitée en surface avec un faisceau laser. Les simulations ont démontré que même pour des épaisseurs de dépôts très faibles (comparable à la longueur d'échappement des électrons, soit quelques dizaines de nanomètres) le comportement du matériau alumineux revêtu était fortement modifié. On a noté en particulier une accumulation de charges à l'interface sous forme d'une distribution bi-polaire. La confrontation entre les résultats simulés et les mesures expérimentales d'injections d'électrons par la méthode ICM (Méthode du Courant d’Influence), a finalement permis de comprendre l'influence de la couche surfacique sur la propriété de tenue au claquage diélectrique de ces matériaux revêtus. Pour une alumine ayant subi un traitement laser, sa surface est fortement modifiée et son comportement face à l’injection de charges l’est également. Les charges s’écoulent ainsi au fur et à mesure qu’elles sont injectées. Ce caractère diffusif est confirmé par la simulation d’une couche d’épaisseur 100nm de propriétés physiques différentes du substrat (en lien avec les modifications structurales : ressuage des phases secondaires, fusion). Au contraire, le comportement du matériau initial face à l’injection de charges est différent : les charges sont fortement piégées ce qui provoque la création d’un potentiel de surface qui fait « barrière » à l’injection : ce caractère piégeur a été mis en évidence expérimentalement. Ces deux phénomènes, même si ils ont des comportements très différents, permettent d’augmenter la rigidité diélectrique du matériau
In industry, a constant aim is to reduce the size of the produced pieces for economic reasons. This can be possible by mastering some properties through a surface layer whose composition is different from that of the bulk material. For example, in order to retain a strong resistance to dielectric breakdowns of insulating ceramic materials, double-layered structures, formed by an insulating substrate covered by a surface layer of a chosen composition, are increasingly considered. Behaviour under injection of charges in these multi-layer materials is generally linked to the intrinsic properties of the surface material: structural, dielectric and geometrical properties. The aim of this work was to determine relationships between the microstructure of material, its behaviour during electron injection and its resistance to dielectric breakdown. This comprehension and the interpretation of the experimental results were possible through the simulation of the injection by the way of a physical model, suggested initially by HJ Fitting and developed by X. Meyza and M. Touzin. Improvements were performed on the initially developed model by taking into account : (i) the effect of the temperature through the introduction of a ‘Poole-Frenkel-like’ detrapping effect on the diffusion current, (ii) the effect of the recombination of the available charges, in particular the ones induced by the effects of detrapping and (iii) the presence of a diffusion current. The model, used until now for bulk materials, was generalized to a multi-layer system. Thus, the influence of the material surface on electron energy, was taken into account by the concept of effective thickness. Then, this model was validated by comparing measurements of output intrinsic and total emission of secondary electrons, resulting from the experimental data, with the simulated results. Finally, the model was applied to the case of double-layered materials: silica-covered alumina, and alumina whose surface was laser-treated. Simulations showed that, even for very thin deposits (comparable with the escape length of the electrons, i. E a few tens of nanometers), the behaviour of covered alumina was strongly modified. In particular, an accumulation of charges near the interface, following a bipolar distribution, was noticed. Confrontation between the simulated results and experimental measurements of electron injections by ICM method (Induced Current Method), eventually made it possible to understand the surface layer influence on the property of the dielectric breakdown behaviour of these covered materials. The surface of an alumina having undergone a laser treatment, is strongly modified and its behaviour under injection of charges as well. The charges are progressively diffusing as they are injected. This diffusive behaviour is confirmed by the simulation of injection in a 100nm-thick layer with physical properties different from that of the substrate (linked to the structural modifications: sweating of the secondary phases, fusion). On the opposite, the behaviour of initial material under charge injection is different: the charges are strongly trapped, generating a surface potential that creates a “barrier” to the injection: this trapping behaviour was highlighted in experiments. These two phenomena make it both possible to increase the dielectric rigidity of materials

Parmi les matériaux énergétiques existants, les nanothermites sont largement étudiées grâce à leur grande densité d'énergie. Nous avons choisi de travailler avec des empilements de couches d'aluminium et d'oxyde de cuivre afin de maximiser cette densité d'énergie (valeur théorique : 21 kJ/cm3) et optimiser le rendement énergétique du matériau pour des applications industrielles. Cette succession de couches nanométriques est réalisée par un procédé de dépôt en phase vapeur (PVD) durant lequel on observe la formation de couches de mélange aux interfaces. Ces couches constituent à la fois une barrière physique à la diffusion des espèces et une perte de matériau réactif. Ceci augmente la stabilité de la nanothermite mais diminue ses performances énergétiques. Le contrôle de la formation de ces couches barrières est donc un enjeu important vers la maîtrise de la réactivité des nanothermites multicouches Al/CuO. Cette thèse est un travail de modélisation multiéchelle constitué de deux parties. Nous voyons d'abord la réactivité d'une surface d'Al au contact de CuO grâce à un code commercial (VASP) utilisant la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT). Ensuite nous utilisons ces résultats à l'échelle atomique pour la construction d'un simulateur de type Monte-Carlo cinétique (KMC). Ce simulateur dépose une couche de matière sur une surface pure d'aluminium Al(111) et permet d'observer un mélange précoce des espèces dans les premiers temps du dépôt. Les premières briques du simulateur étant posées, ce travail est le début d'une étude plus ambitieuse vers l'élaboration d'un outil prédictif de la formation des couches barrières en fonction des conditions de dépôt
Among the existing energetic materials, nanothermites are widely studied thanks to their great energy density. We chose to work with stackings of aluminum and copper oxide nanofoils in order to maximize this energy density (theoretical value: 21 kJ/cm3) and optimize the energetic yielding of the material for industrial applications. This multilayer arrangement is realized by a PVD process, during which we can observe the formation of intermixing layers located at the interfaces. These barrier layers are both a physical barrier to the species interdiffusion and a loss of reactive material. Thus the nanothermite has an increased stability in spite of its energetic performances. Mastering the formation of these barrier layers is then a key step towards the control of the reactivity of the Al/CuO multilayer nanothermites. The present thesis is a work of multiscale modeling in the form of a two-part study. We first consider the reactivity of an Al surface towards deposited CuO with the VASP code using the Density Functional Theory (DFT). Then we utilize these atomic-scale results for the construction of a kinetic Monte-Carlo simulator, which is able to deposit a layer of matter onto a pure Al(111) surface and allows us to notice an early mixing between the species during the first steps of the deposition process. The first bricks of the simulatoLMr being laid, this work is the beginning of a more ambitious study towards the construction of a predictive tool for the formation of the barrier layers depending on the experimental process conditions

Dans le cadre de l'intégration « 3D », une technologie d'assemblage par report de puces sur tranche de silicium (« flip chip ») reposant sur un procédé de microinsertion a été développée ces dernières années. Cette technologie est basée principalement sur la mise en contact par thermocompression, de réseaux de (micro)inserts en Nickel ECD, avec des plots de connexions métalliques en Al(Cu). Au cours de ce travail, un scénario de formation du contact entre un unique microinsert de Nickel rugueux et un film mince d'Aluminium lisse, prenant en compte la présence d'Alumine native à l'interface de contact, est proposé pour une gamme de pressions allant du MPa au GPa. L'analyse du contact métal-oxyde-métal se base essentiellement sur la fissuration de l'oxyde natif suivie de l'extrusion du métal au travers des fissures, et nécessite d'établir au préalable les lois de comportement des matériaux mis en jeu à partir d'essais de nanoindentation instrumentée couplés à des simulations numériques. Enfin, la mesure de l'évolution de la résistance électrique de contact en fonction de la force appliquée à l'aide de dispositifs expérimentaux originaux, permet de mettre en évidence les différents mécanismes de formation du contact métallique lors du procédé de microinsertion
In the field of « 3D » microelectronic integration, a wafer level technology using flip chip stacking and based on a microinsertion process has been developed recently. This technology is mainly based on the contact realized by thermocompression between a network of microinserts made of Nickel ECD, with connections pads in Al(Cu). In this work, a scenario describing the contact establishment between a unique rough microinsert of Nickel and a smooth thin Aluminum film taking into account the presence of native Alumina at the contact interface, is developed for a range of pressures from MPa to GPa. The analysis of the metal-oxide-metal contact is essentially based on the fracture of the native oxide followd by the metal extrusion through cracks, and requires the knowledge of the behaviour laws of materials, obtained from instrumented nanoindentation tests coupled with numerical modeling. Finally, the measure of the electrical contact resistance evolution in function of applied load, with specific pioneering experimental setup, showcases the mechanisms driving the formation of metallic contact during the microinsertion process

Sélectionner des traitements de surface pour l’industrie nécessite de prendre en compte :les propriétés à conférer au substrat, la nature et la géométrie de celui-ci et les caractéristiques du milieu extérieur. Certaines combinaisons de ces paramètres rendent difficile la sélection d’un traitement unique, d’où le recours à des multitraitements de surface. Dès lors, se posent les questions suivantes :

- Utiliser des multitraitements de surface peut se faire en scindant les différentes requêtes en sous-ensembles, de manière à ce que chaque traitement réponde à l’un d’eux. Dans quel ordre ces requêtes doivent-elles être introduites par rapport au substrat ?

- Comment sélectionner les traitements de surface répondant à chaque requête individuelle ?

- Comment classer des multitraitements en termes d’adéquation au problème posé ?

Dans ce travail, les première et troisième questions sont abordées, en explorant les requêtes concernant habituellement les dispositifs de moulage de l’aluminium :

- Résistance aux contraintes d’origine thermique.

- Résistance à la corrosion par les métaux fondus.

- Résistance au frottement.

L’analyse de la bibliographie relative aux traitements de surface utilisés dans ces systèmes a été analysée et des « architectures »-types ont été identifiées (chapitre 3). On prévoit, par exemple, un traitement conférant la résistance à la fatigue superficielle, ainsi qu’un revêtement étanche et résistant à l’aluminium fondu. Une barrière thermique est parfois préconisée.

Pour chacune des architectures, des traitements de surface individuels peuvent être sélectionnés. Un « facteur de performance » permettant de classer les solutions par rapport au problème de la fatigue thermique a été construit (chapitre 4) et discuté dans deux situations :

- Lorsqu’un revêtement est présent, et que les contraintes d’origine thermique (différence de dilatation thermique couche-substrat) menacent de le rompre lors de l’immersion dans un milieu corrosif à haute température. Des essais de corrosion dans de l’aluminium fondu ont été réalisés sur un acier revêtu par du nitrure de chrome dopé à l’aluminium, synthétisé par déposition physique en phase vapeur (chapitre 5 – collaboration :Inasmet).

- Lorsque des variations thermiques rapides menacent de rompre le substrat et la (les) couches. Des essais de fatigue thermique ont été réalisés sur de l’acier à outils pour travail à chaud non traité, boruré ou recouvert d’un multitraitements (zircone yttriée / NiCrAlY / boruration / acier). Le revêtement en zircone yttriée a été obtenu par projection par plasma. L’essai de fatigue thermique a été modélisé et le facteur de performance, discuté (chapitre 6).

Au chapitre 7, les architectures-types ont été introduites dans une méthodologie de sélection des multi-traitements de surface, qui a été appliquée dans deux cas :

- Celui des moules de fonderie, devant résister à la fatigue thermique et à la corrosion par l’aluminium fondu. Le facteur de performance a été extrapolé à d’autres situations qu’aux chapitres 5 et 6. Les solutions habituellement proposées pour résoudre ce problème sont retrouvées.

- Celui de deux pièces en acier frottant l’une contre l’autre en présence d’aluminium fondu.

To select surface treatments, one must account for the required functional properties, the substrate features and the solicitations the substrate must endure. Certain combinations of these parameters make it difficult to select a single surface treatment, a reason why several successive treatments are preferred. To select them, one needs to determine:

- How to divide the several requests into groups and how to stack up these groups from the substrate to the outer surface, so that each treatment deals with one specific group of requests/properties.

- How to select individual layers for each group of properties.

- How to rank the multi-treatments in terms of relevance for a given application.

In this work, one tries to answer the first and the third questions, by studying the case of aluminium foundry, in which the industrial devices frequently face the following solicitations:

- Thermal stress (thermal fatigue, thermal expansion mismatch).

- Presence of corrosive molten metal.

- Sliding wear.

In the literature, several “standard” architectures are proposed (chapter 3), like a diffusion layer reducing superficial fatigue plus a corrosion barrier layer. A thermal barrier coating is also sometimes proposed.

For each of these architectures, one can select individual treatments. To rank them, one devised a “performance index” for thermal stress (chap.4), which is discussed for two cases:

- For large differences between layer and substrate thermal expansion coefficients, when both are put into contact with a high temperature corrosive medium, the layer may be damaged. One discusses this case by examining the corrosion caused by molten aluminium for a steel substrate coated by anticorrosive chromium nitride doped with aluminium. The layer is produced by physical vapour deposition (chap. 5 – cooperation: Inasmet).

- Repeated fast surface temperature transients can also damage the substrate and/or the layer by thermal fatigue. One conducted thermal fatigue tests with samples of hot work tool steel, respectively untreated, simply borided and protected by a multilayer. In the last case, top coat is yttria stabilised zirconia, followed by a nickel superalloy and then a borided layer (undercoat). One synthesized the zirconia coating by plasma spray and one modelled the thermal fatigue (chap. 6).

In chap. 7, architectures from chap. 2 are introduced in a multi-treatment selection routine, which is applied in two cases:

- Foundry moulds for molten aluminium, withstanding both thermal fatigue and corrosion. The devised performance index is extrapolated beyond the tests of chap. 5 and 6 to treatments for this industrial application, thereby quantifying their respective merits.

- A foundry device exposed to molten metal and sliding wear.

Doctorat en Sciences de l'ingénieur
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Selon l’emballage considéré (bouteille, flacon, pots, barquettes) de nombreuses solutions de fermeture existent, du bouchon de liège à l’opercule multicouche à base de papier, plastique et aluminium. Ce chapitre passe en revue les différents systèmes existants, les matériaux utilisés et leurs caractéristiques.