La faible densité des alliages d’aluminium fait de ces matériaux des candidats d’une importance capitale pour les systèmes nécessitant un gain de masse et pour réduire les dépenses énergétiques. Toutefois, ces alliages sont particulièrement sensibles à l’usure et un traitement de surface d’oxydation anodique dure (OAD) est communément employé pour les applications en frottement. Le procédé d’oxydation micro-arc (OMA), commercialisé par la société GIT sous le brevet CERATRONIC®, est un revêtement alternatif récent et reconnu pour ces propriétés mécaniques remarquables. Ce revêtement présente à la fois une couche interne et une couche externe. La couche interne est proche du substrat, dense. Elle possède les propriétés mécaniques les plus prometteuses. La couche externe est friable et bien moins cohésive. Pour des applications industrielles, l’épaisseur de cette couche friable est réduite par une première étape de microbillage. La couche dense est ensuite mise à nue par une rectification mécanique. Une première partie de ces travaux de thèse a consisté à préparer des revêtements OMA et OAD sur un alliage d’aluminium 5086 et d’en caractériser les états de surface et les épaisseurs produites (profilométrie optique, MEB) ainsi que les compositions chimiques et les structures cristallines (EDX, XPS et DRX) tels qu’ils sont fabriqués par la société GIT. Les revêtements sont alors étudiés selon trois modalités : brut (tel que sortis du bain), après l’étape de microbillage et après rectification. Des cartographies de nanoindentation en coupe transversales sont réalisées pour définir les propriétés mécaniques de la couche dense de l’OMA et de l’OAD en fonction de la distance par rapport à l’interface. Des essais tribologiques sur les trois états de surface (brut, microbillé et rectifié) en configuration bille/plan alternatif sont ensuite menés avec des billes en acier et en alumine. Une comparaison avec l’OAD dans les mêmes conditions de frottement et l’impact de la préparation mécanique de surface sont alors étudiés. Des essais complémentaires ont été menés pour étudier l’effet de l’humidité sur le frottement. Enfin, une importante étude a été conduite sur l’effet des paramètres électriques tels que les intensités positives et négatives, la fréquence et le rapport des durées passées aux paliers positif et négatif sur la formation de la couche d’OMA (épaisseurs des revêtements et proportions de la couche friable, états de surface et composition cristalline). L’étude de ces réponses repose sur la théorie des plans d’expérience où différents modèles mathématiques sont construits en langage de programmation Python pour étudier les réponses mesurées. Une analyse en composante principale a pu déterminer les réponses variant le plus selon les paramètres électriques appliqués ainsi que les corrélations entre les réponses sur la base des diagrammes des effets principaux et des interactions. Des modèles ont ensuite été proposés pour prédire les réponses en fonction des paramètres électriques appliqués.
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The low density of aluminium alloys makes these materials critically important candidates for systems requiring mass savings and for reducing energy costs. However, these alloys are particularly susceptible to wear and a hard anodic oxidation (HA) surface treatment is commonly used for frictional applications. The micro-arc oxidation (MAO) process, marketed by GIT under the CERATRONIC® patent, is a recent alternative coating recognized for its remarkable mechanical properties. This coating has both an inner and an outer layer. The inner layer is close to the substrate and dense. It has the most promising mechanical properties. The outer layer is brittle and much less cohesive. For industrial applications, the thickness of this brittle layer is reduced by a first bead blasting step. Mechanical grinding then exposes the dense layer. The first part of this thesis work consisted in preparing MAO and HA coatings on an aluminium alloy 5086 and characterizing the surface states and thicknesses produced (optical profilometry, SEM) as well as the chemical compositions and crystal structures (EDX, XPS and XRD) as manufactured by the GIT company. The coatings are then studied in three modalities: raw (as taken out of the bath), after the bead blasting step and after grinding. Cross-sectional nanoindentation mapping is performed to define the mechanical properties of the dense layer of MAO and HA as a function of distance from the interface. Tribological tests on the three surface states (rough, bead-blasted and ground) in ball/alternating plane configuration are then carried out with steel and alumina balls. A comparison with the HA under the same friction conditions and the impact of the mechanical surface preparation are then studied. Additional tests were carried out to study the effect of humidity on friction. Finally, an important study was conducted on the effect of electrical parameters such as positive and negative intensities, frequency and the ratio of time spent in positive and negative steps on the formation of the MAO layer (coating thicknesses and proportions of the friable layer, surface conditions and crystalline composition). The study of these responses is based on the theory of experimental design where different mathematical models are constructed in the Python programming language to study the measured responses. Principal component analysis was used to determine the most variable responses to the applied electrical parameters and the correlations between the responses based on the main effects and interaction diagrams. Models were then proposed to predict the responses according to the applied electrical parameters.
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