Revêtements durs pour l’usinage cryogénique

LASMIS, Laboratoire de génie mécanique et des matériaux est un laboratoire composé de membres académiques et industriels, 60 chercheurs au total dont 28 permanents. Le LASMIS travaille dans le domaine de la mécanique des matériaux et des structures, appliquée principalement au transport et à l’énergie. Les équipements sont regroupés en trois plateformes : Nanomat’Meca (caractérisation multi-échelle), Adhere (revêtements et traitements de surface) et Num3D (outils numériques). L’une des thématiques du laboratoire concerne l’élaboration et la caractérisation des couches minces fonctionnelles déposées par la pulvérisation magnétron (HiPIMS, DC pulsé).

Le projet de ce stage s’inscrit dans la stratégie de LASMIS qui vise à développer des matériaux pour le l’aéronautique. Il a pour objectif de créer des revêtements fonctionnels pour répondre aux besoins industriels. L’élaboration de ces revêtements se présente comme une excellente stratégie permettant d’améliorer les performances des matériaux et leur durée de vie. Néanmoins, plusieurs facteurs peuvent nuire à ces performances, notamment dans le domaine de l’énergie et l’aéronautique.

L’usinage préoccupe une place importante dans pratiquement tous les domaines de l’industrie. Des fluides sont utilisés pour faciliter ce type de processus. Cependant, la préoccupation environnementale et le coût de ces fluides impose un intérêt croissant de leur remplacement par des fluides cryogéniques comme N₂ liquide et CO₂ liquide. Dans cet environnement, les outils de coupe conventionnels ont montré une grande dispersion de l'usure et une durée de vie limitée.

Ce projet vise donc à développer la prochaine génération d'outils de coupe pour l'usinage cryogénique (fraisage, tournage et perçage). L'objectif est d'améliorer finalement les performances de ces outils en améliorant les propriétés chimiques, mécaniques, physiques et thermiques de ces matériaux

Le projet de ce stage s’inscrit dans la stratégie de LASMIS qui vise à développer des matériaux pour le l’aéronautique. Il a pour objectif de créer des revêtements fonctionnels pour répondre aux besoins industriels. L’élaboration de ces revêtements se présente comme une excellente stratégie permettant d’améliorer les performances des matériaux et leur durée de vie. Néanmoins, plusieurs facteurs peuvent nuire à ces performances, notamment dans le domaine de l’énergie et l’aéronautique.

L’usinage préoccupe une place importante dans pratiquement tous les domaines de l’industrie. Des fluides sont utilisés pour faciliter ce type de processus. Cependant, la préoccupation environnementale et le coût de ces fluides impose un intérêt croissant de leur remplacement par des fluides cryogéniques comme N₂ liquide et CO₂ liquide. Dans cet environnement, les outils de coupe conventionnels ont montré une grande dispersion de l'usure et une durée de vie limitée.

Ce projet vise donc à développer la prochaine génération d'outils de coupe pour l'usinage cryogénique (fraisage, tournage et perçage). L'objectif est d'améliorer finalement les performances de ces outils en améliorant les propriétés chimiques, mécaniques, physiques et thermiques de ces matériaux.

Les travaux de ce stage sont divisés en deux missions principales :

• Le développement et l'optimisation des films dures en utilisant la pulvérisation cathodique magnétron (figure 1) en deux modes : courant continu pulsé et HiPIMS. L’objectif consiste à établir des liens entre les paramètres de dépôt, les propriétés physicochimiques des matériaux obtenus et leurs performances en usinage. Les revêtements produits seront comparés au plaques bruts (carbures de tungstène sans revêtement). Des revêtements en mono et multicouches basées sur des alliages conventionnels (Cr, Si) et également à les alliages à haute entropie seront donc développés. Tous les dépôts seront réalisés sur plusieurs types de substrats (verre, silicium, carbure de tungstène, etc.). Les paramètres de dépôts comme par exemple, la tension des cibles, le mélange gazeux (argon, gaz réactif), le temps de dépôt, la pression de travail, la vitesse de rotation du porte-substrat seront optimisés pour atteindre les performances souhaitées.
• Des caractérisations physicochimiques, structurales, tribologiques et mécaniques des films obtenus seront réalisées. Il s’agit des mesures standards : DRX, MEB+EDS, mécaniques, tribologique, mesure de contraintes, nano-indentation, et également le scratch-test. En outre, les essais de frottement sous conditions sévères pourront également être effectués chez les collaborateurs.

• Une bonne maîtrise en science des matériaux.
• Capacité à planifier et à exécuter des tâches et à travailler en groupe.
• Bonnes compétences en communication en anglais et/ou en français, tant à l'écrit qu'à l'oral