Study of corrosion resistance of steel coated with DLC thin films

Etude de la corrosion d'acier revêtu de couches minces à base de DLC Les couches minces DLC (Diamond Like Carbon) ont fait l’objet depuis près de 25 ans de recherches principalement axées sur leurs propriétés tribologiques et leur optimisation. Ces couches minces sont maintenant matures (TRL 9) et reconnues pour leur très fort potentiel de réduction du frottement et de l’usure. Elles sont employées par de nombreuses industries : les DLC sont des solutions technologiques courantes pour réduire les frottements dans les moteurs de voitures de grande série (pièces de distribution, axe de piston...). De nombreuses études scientifiques ont aussi identifié la grande inertie chimique de ces couches à base de carbone et d’hydrogène dans des environnements liquides agressifs (acides ou basiques) et contenant des chlorures. Basé sur ces constatations, l’utilisation de matériaux à base de DLC, pour des applications tribologiques nécessitant aussi une bonne résistance à la corrosion des pièces revêtues, est envisagée. Dans la plupart des applications visées, les pièces sont faites d’aciers présentant de hautes propriétés mécaniques (ex. : 100Cr6 – acier à roulements) mais ayant souvent une résistance à la corrosion très faible.Dans un contexte industriel, l'évaluation de la protection contre la corrosion des films minces est menée, la plupart du temps, avec des tests de brouillard salin neutre. En laboratoire, elle est principalement effectuée à l'aide de techniques électrochimiques. Dans le cadre de cette thèse, les deux techniques ont été utilisées et adaptées pour une évaluation cohérente et répétable de la résistance à la corrosion d’aciers revêtus de couches minces à base de carbone.Une évaluation des couches minces DLC existantes d’Oerlikon Balzers sur acier 100Cr6 a été faite. Cette évaluation a été réalisée à l'aide d'essais en brouillard salin neutre et d’essais électrochimiques classique telles que des courbes de polarisation (avec mesure préalable du potentiel de circuit ouvert). La corrosion du substrat en acier revêtu s'est avérée être variable en fonction des solutions de revêtement DLC testées. Dans tous les cas, une faible résistance à la corrosion des éprouvettes revêtues a été détectée. L’origine de la corrosion d’acier revêtu de couche minces DLC a été étudiée. Les défauts dus aux procédés de dépôt des couches minces DLC se sont révélés être les principaux responsables de la mauvaise tenue à la corrosion des substrats revêtus. Pour étudier ces défauts, une nouvelle configuration électrochimique a été développée. Elle combine l’utilisation de séquence de polarisation avec des observations in situ de la surface. Cette méthode a permis le suivi des phénomènes de corrosion au niveau d’un unique défaut de taille micrométrique. Des défauts artificiels, de tailles micrométriques, ont été réalisés dans un revêtement DLC à l'aide d’une sonde ionique focalisée, plus connue sous le sigle anglais FIB (Focused ion beam) afin d’étudier les mécanismes de corrosion ainsi que la taille minimale des défauts susceptible de conduire à la dégradation par corrosion du substrat. Enfin, sur la base des défauts précédents et de leur étude, de nouvelles solutions de revêtements innovantes ont été développées et évaluées. Ces solutions sont divisées en trois parties basées sur des concepts de dépôts recensés par la littérature : une approche multicouches du dépôts, une approche par couplage galvanique favorable et pour finir une approche par ajout d’une couche barrière à la corrosion.