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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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Although the scratch test has now become commonplace both in research as a measurement tool and in industry as a Quality Control method, its utility in gaining a quantitative measure of the adhesion of a coating has only been approached in the past few years. This article provides a timely review of recent progress made in extracting quantitative data from the scratch test. The combined use of the scratch test with other techniques has revealed additional data on sub-surface events that were not previously accessible. This article reviews these developments and looks ahead at future challenges.
Auteur(s)
-
Guillaume BERTHOUT : Chef produits - Anton Paar France, Courtaboeuf, France
-
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
KEYWORDS
coatings adherence | scratch resistance | sub-surface damages | extracting data
DOI (Digital Object Identifier)
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5. Conclusions et perspectives
De réelles avancées technologiques ont pu être constatées depuis la première utilisation du test de rayure automatisé dans les années 1980, avec une technique qui a vu son champ d’action s’étendre à une vaste gamme d’applications, allant des revêtements ultra durs aux polymères mous. Des progrès significatifs dans la compréhension des mécanismes de déformation ont conduit à développer des méthodes plus précises pour un meilleur ajustement des paramètres de rayure, et ce dans le but principal de concentrer l’épicentre du champ de contrainte à des profondeurs pertinentes pour solliciter l’interface couche-substrat. Les techniques d’analyse et de microscopies ont transformé l’essai de rayure initialement considéré comme un simple outil de déformation en une technique quantitative et reproductible devenue monnaie courante en milieu industriel et dans la recherche académique. L’automatisation de la méthode a permis son exploitation pour du contrôle qualité en routine sans la nécessité d’investir massivement dans la main d’œuvre, avec un traitement rapide des informations.
Les développements futurs n’auront de cesse de poursuivre le perfectionnement de la technique avec une meilleure acquisition des données, davantage encore d’automatisation (à la fois au cours du test mais également dans son dépouillement), des tolérances plus resserrées sur les dimensions des indenteurs, ainsi qu’une meilleure modélisation de la contrainte dans les différents régimes de chargement.
La normalisation de la méthode pour des applications spécifiques permettra aux utilisateurs une meilleure maîtrise dans la comparaison de leurs données. Les normes ISO 20502, DIN EN 1071-3, ASTM D7027, ASTM D7187, ASTM C1624 et ASTM G171 existent déjà, s’appliquent à de nouveaux types de revêtements et sont en constante évolution.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(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).
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(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.
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(4) - STEINMANN (P.A.), LAENG (P.), HINTERMANN (H.E.) - * - Mater. Tech. 13 85 (1985).
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(5) - VALLI (J.) - * - J. Vac. Sci. Technol. A 4 3007 (1986).
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(6) - BURNETT (P.J.), RICKERBY (D.S.) - * - Thin Solid Films 154 403 (1987).
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...
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 of adhesion of ceramic coatings by scratch testing
DIN EN 1071-3 - Advanced technical ceramics : Determination of adhesion and other mechanical failure modes by a scratch test
ASTM D7027 - Standard test method...
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