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A. CORNET et J.-P. DEVILLE
L’implantation ionique est relativement coûteuse mais ceci n’est pas un obstacle par rapport à l’intérêt de certaines applications comme, par exemple, la
possibilité de réaliser des circuits intégrés sans masque ou encore d’augmenter
la durée de vie d’outillages. Les applications à l’électronique sont nombreuses et
souvent liées à la réalisation de dispositifsI6) : nous nous limiterons ici aux applications à la mécanique.
Métaux
I1 est nécessaire d‘obtenir des concentrations atomiques importantes de l’ordre
de 20 % (doses de 1017 à lo’* ions.cm-2) pour modifier microstructures et propriétés (blocage des dislocations en voisinage de la surface, durcissement, création de contraintes de compression, formation de précipités fins). On obtient des
améliorations intéressantes de la tenue à l’usure, à la fatigue, à la corrosion et à
l’oxydation ; le champ des applications couvre les outillages de mise en forme
(poinçons, matrices, moules d’injection, matrices d’extrusion), les composants
pour l’aéronautique, les applications biomédicales (prothèses orthopédiques,
instruments chirurgicaux). . .
Tenue à l’usure
Dans les aciers, le système le plus étudié est l’implantation d’azote qui améliore
les performances des alliages déjà prévus pour résister à l’usure (il faut la présence d’éléments d’addition susceptibles de former des composés). Ainsi pour
des aciers de construction déjà résistants et utilisés dans des conditions d’usure
pas trop sévères, on observe une amélioration vis-à-vis de la tenue à l’usure
adhésive et abrasive douce (de quelques % à 20 fois) et de la tenue à l’usure par
petits débattements par modification des conditions de formation des films
d’oxydes qui servent d‘écrans. Avec des aciers à outils martensitiques, on
observe des augmentations de dureté pouvant atteindre 200 % (à condition de
mesurer la dureté par nanoindentation, voir Chap. 2, Sect. 3.2) ; on améliore
l’usure sous fortes charges (formation de nitrures durs), la présence d’oxynitrures joue un rôle très fa~orable‘~). Ces améliorations sont limitées à une température de 300 “C au maximum. Mais on peut gagner 100 “C par implantation de
carbone et de titane. On améliore dans u n rapport 10 la durée de vie des revêtements de chrome dur, les résultats sont spectaculaires avec l’alliage de titane
TAGV utilisé en orthopédie : usure réduite dans u n rapport 1 000.
Tenue à la fatigue
I1 en résulte plusieurs effets bénéfiques, comme l’effet de durcissement par solution solide et la formation de précipités qui gênent le mouvement des dislocations ou l’introduction de contraintes superficielles favorables. Ces mécanismes
n’agissent que sur l’amorçage des fissures de fatigue et l’amélioration ne peut
(6) Favennec P.N., L’implantation ionique pour la microélectronique et i’optique (Masson,
Paris, 1993).
(7) Onate, J.I., Dennis J.K. et Hamilton S., Implantation d’azote dans les aciers à outils,
Trait. Therm. 227 (1989) 41-47.
A. CORNET et J.-P. DEVILLE
L’implantation ionique est relativement coûteuse mais ceci n’est pas un obstacle par rapport à l’intérêt de certaines applications comme, par exemple, la
possibilité de réaliser des circuits intégrés sans masque ou encore d’augmenter
la durée de vie d’outillages. Les applications à l’électronique sont nombreuses et
souvent liées à la réalisation de dispositifsI6) : nous nous limiterons ici aux applications à la mécanique.
Métaux
I1 est nécessaire d‘obtenir des concentrations atomiques importantes de l’ordre
de 20 % (doses de 1017 à lo’* ions.cm-2) pour modifier microstructures et propriétés (blocage des dislocations en voisinage de la surface, durcissement, création de contraintes de compression, formation de précipités fins). On obtient des
améliorations intéressantes de la tenue à l’usure, à la fatigue, à la corrosion et à
l’oxydation ; le champ des applications couvre les outillages de mise en forme
(poinçons, matrices, moules d’injection, matrices d’extrusion), les composants
pour l’aéronautique, les applications biomédicales (prothèses orthopédiques,
instruments chirurgicaux). . .
Tenue à l’usure
Dans les aciers, le système le plus étudié est l’implantation d’azote qui améliore
les performances des alliages déjà prévus pour résister à l’usure (il faut la présence d’éléments d’addition susceptibles de former des composés). Ainsi pour
des aciers de construction déjà résistants et utilisés dans des conditions d’usure
pas trop sévères, on observe une amélioration vis-à-vis de la tenue à l’usure
adhésive et abrasive douce (de quelques % à 20 fois) et de la tenue à l’usure par
petits débattements par modification des conditions de formation des films
d’oxydes qui servent d‘écrans. Avec des aciers à outils martensitiques, on
observe des augmentations de dureté pouvant atteindre 200 % (à condition de
mesurer la dureté par nanoindentation, voir Chap. 2, Sect. 3.2) ; on améliore
l’usure sous fortes charges (formation de nitrures durs), la présence d’oxynitrures joue un rôle très fa~orable‘~). Ces améliorations sont limitées à une température de 300 “C au maximum. Mais on peut gagner 100 “C par implantation de
carbone et de titane. On améliore dans u n rapport 10 la durée de vie des revêtements de chrome dur, les résultats sont spectaculaires avec l’alliage de titane
TAGV utilisé en orthopédie : usure réduite dans u n rapport 1 000.
Tenue à la fatigue
I1 en résulte plusieurs effets bénéfiques, comme l’effet de durcissement par solution solide et la formation de précipités qui gênent le mouvement des dislocations ou l’introduction de contraintes superficielles favorables. Ces mécanismes
n’agissent que sur l’amorçage des fissures de fatigue et l’amélioration ne peut
(6) Favennec P.N., L’implantation ionique pour la microélectronique et i’optique (Masson,
Paris, 1993).
(7) Onate, J.I., Dennis J.K. et Hamilton S., Implantation d’azote dans les aciers à outils,
Trait. Therm. 227 (1989) 41-47.