Matériaux et systèmes composites

Microindentation instrumentée et microdureté à haute température

Empreinte laissée par l'indenteur et mesurée par AFM 

La conception de prototypes de microindentation instrumentée à haute température est délicate et peu d'instruments sont développés jusqu'à présent. La recherche de solutions technologiques pour réaliser des mesures à faible charge et détecter des déplacements de quelques micromètres tout en assurant un positionnement précis de la pointe d'indentation, sur un intervalle de température allant de l'ambiante jusqu'à 1200°C, permet à ces moyens d'essais de réaliser des mesures sur des revêtements de faible épaisseur. 

Plusieurs moyens d'indentation sont disponibles à l'office pour répondre aux besoins de la caractérisation micromécanique pour des applications thermomécaniques dans le secteur aérospatial, mais peuvent répondre à une demande issue du milieu industriel (industries métallurgiques, secteur automobile, industrie des matériaux réfractaires, industrie du verre....).

Le principe de la microindentation consiste à appliquer une pyramide de quelques micromètres de côté sur le matériau à caractériser et à enregistrer simultanément l'effort exercé en fonction du déplacement. Les appareils développés à l'Onera réalisent ces mesures de la température ambiante jusqu'à 1200°C au maximum..

Les courbes d'indentation obtenues permettent d'accéder au module d'élasticité local. La mesure de l'empreinte laissée par l'indenteur permet de mesurer la dureté à l'échelle du micromètre. A haute température, il est également possible de déterminer des caractéristiques liées au fluage des matériaux.

Particulièrement interessant pour caractériser les revêtements, les applications sont nombreuses dans le domaine des traitements de surfaces, dans la mise au point de nouveaux matériaux, pour atteindre les propriétés mécaniques de matériaux dans des conditions proches de leur température de service.

D'autre part, la technique d'indentation à haute température permet d'analyser le comportement mécanique de matériaux, notamment de revêtements,  à l'aide de calculs par éléments finis. La recherche de lois de comportement mécanique en fonction de la température à l'échelle locale est desormais possible, afin de caractériser de faibles quantités de matière (revêtements, précipités, traitements de surface, matériaux composites....).

Exemples d'applications

Courbe d'indentation instrumentée obtenue sur de la zircone

Evolution de la microdureté à chaud en fonction de la température et de la composition d'un matériau pour des  applications aérospatiales sur une longueur de 800 micromètres.

Les moyens expérimentaux d'indentation instrumentée ou microdureté à haute température

Moyen d'indentation instrumentée à chaud
Température maximale de travail : 1000°C
Effort : de 0.5 à  4 N
Atmosphère contrôlée d'Argon

Moyen d'indentation instrumentée à chaud
Température maximale de travail : 1200°C
Effort : de 1 à 10 N
Technologie ultravide

Mis à jour le 8 juillet 2006 - © ONERA 2009 - Crédits et conditions d'utilisation