Les couches minces à base carbone
Intérêts tribologiques des dépôts DLC (Diamond Like Carbon)

La découverte des matériaux DLC est due aux tentatives de synthèse du diamant en couche mince, ce qui explique leur dénomination inadéquate de « Diamond Like Carbon » ou « Carbone Adamantin ». En effet, leur structure et leurs propriétés sont assez éloignées de celles du diamant. Il n'en reste pas moins un matériau aux propriétés très intéressantes, notamment du point de vue de l'usure et du frottement. En quelques dizaines d'années, la compréhension et la maîtrise des couches minces de DLC ont progressé de façon fulgurante et elles sont devenues des matériaux de référence en tribologie, quasiment incontournables pour certaines applications.

Cependant, les carbones amorphes sont des matériaux complexes et l'utilisation de dépôts de DLC nécessite une bonne connaissance des phénomènes tribologiques et des nombreux facteurs d'influence (conditions de sollicitation, environnement, atmosphère, température…). Sans ces précautions, l'utilisateur peu averti sera surpris, comme c'est souvent le cas en tribologie, par des comportements inattendus et, potentiellement, indésirables.

Pour preuve, la littérature concernant les essais de frottement sur DLC fournit des valeurs de coefficients de frottement allant de 0,001 à 0,7. Ce simple constat montre, d'une part, toute la diversité des matériaux regroupés sous la dénomination DLC et, d'autre part, l'extrême sensibilité de ces matériaux aux conditions de frottement.

De ce fait, il est impossible de présenter de façon exhaustive tous les mécanismes mis en jeu lors du frottement et de l'usure des DLC (film de transfert, graphitisation, rôle des couches adsorbées…). D'autant que ces mécanismes ne sont pas tous bien compris et font toujours l'objet de travaux de recherche.

Longtemps considérés comme des dépôts coûteux et réservés à des secteurs de niche comme le sport automobile, les DLC sont de plus en plus accessibles. Ils sont, par exemple, devenus des solutions technologiques courantes pour réduire les frottements dans les moteurs de voiture de grande série (came / poussoir, axe de piston…).

Cet article a été écrit pour aider les industriels attirés par cette solution tribologique. Il fournit les connaissances de base sur les couches minces de carbone amorphe et leurs techniques de mise en œuvre. Il permet également d'avoir une vue d'ensemble des divers phénomènes tribologiques intervenant lors du frottement des nombreuses variétés de DLC et de sensibiliser les utilisateurs potentiels de ces dépôts à l'influence des paramètres du système tribologique.