Preparation and Characterization of Ti(C,N)/Al₂O₃ Coatings Obtained by Thermal CVD for Cutting Tools

Les outils de coupe principalement basés sur les carbures de tungstène sont améliorés avec des revêtements de nitrure, de carbure et d'oxyde développés par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), optimisant considérablement les performances de l'outil. Les études de cette thèse ont porté sur la préparation et la caractérisation de CVD Ti(C,N)/Al₂O₃. Premièrement, des films de Ti(C,N) ont été déposés à partir d'un mélange gazeux TiCl₄-CH₃CN-H₂-N₂ à 850-950 °C et 70-700 mbar en faisant varier le rapport molaire N₂/H₂ de 0,27 à 3,77. La vitesse de croissance de film dépend étroitement de la pression totale et de la pression partielle d’N₂. La composition semble indépendante des conditions expérimentales, alors que la microstructure est fortement influencée. Ti(C,N) déposé à 850 °C et 70 mbar avec un rapport molaire N₂/H₂ de 0,27 présente une texture mixte avec des grains à facettes et de meilleures propriétés mécaniques. Il a été constaté que les contraintes résiduelles pouvaient être dépendantes de l'épaisseur et relaxées par les fissures de refroidissement. Deuxièmement, la croissance d’Al₂O₃ sur Ti(C,N) a été étudiée. Il a été montré que la nucléation d’α- et κ-Al₂O₃ pouvait être contrôlée par le dépôt de couches intermédiaires entre Al₂O₃ et Ti(C,N). Les propriétés mécaniques de CVD Al₂O₃ avec de couches de transition ont été étudiées et les performances d'usinage des outils revêtus ont été évaluées par des essais de tournage avec l'acier Z38CDV5. La durée de vie de notre revêtement le plus performant (κ-Al₂O₃) est beaucoup supérieure à celle d’un revêtement commercial d’Al₂O₃. Modern tools primarily based on cemented carbides are improved with protective coatings, combinations of nitride, carbide and oxide coatings grown by chemical vapor deposition (CVD) optimize dramatically the tool performance in severe conditions. Studies in this thesis focused on preparation and characterization of CVD Ti(C,N)/Al₂O₃ coatings. Firstly, a series of Ti(C,N) coatings were deposited from a TiCl₄-CH₃CN-H₂-N₂ gas mixture at 850-950 °C and 70-700 mbar with varying the N₂/H₂ molar ratio from 0.27 to 3.77. It was found that the growth rate highly depends on total pressure and N₂ partial pressure. The composition is almost independent from deposition conditions, whereas the microstructure could be strongly influenced. Ti(C,N) deposited at 850 °C and 70 mbar with the N₂/H₂ molar ratio of 0.27 exhibits a mixed texture with facetted grains and superior mechanical properties. It wa