I NFLUENCE DU MICRO SABLAGE SUR L ’ ETAT DES OUTILS

Les plaquettes ont été préparées par micro-sablage. Le résultat de ces préparations sur l’état des outils est présenté ci-après.

Influence du micro-sablage sur la géométrie des arêtes de coupe

L’observation des arêtes fait apparaître que le micro-sablage conduit à un arrondi d’arête significatif et qui rend les arêtes de coupe plus homogènes (figure 4-15). Les irrégularités et les bavures de rectification sont supprimées la plupart du temps. L’angle saillant entre l’arête principale de coupe et l’arête secondaire est arrondi ce qui renforce sa résistance aux chocs. L’arrondi des arêtes sablées est de l’ordre de rβ = 10 µm en les assimilant à un cercle à l’aide d’un

profilomètre à contact.

Face de coupe

Fig. 4-15 : Plaquette en ASP 2052

sablée puis revêtue (rugosité initiale Ra

~ 0.1 µm).

Face de dépouille principale

Influence du micro-sablage sur la topographie de surface des plaquettes non revêtues Des analyses topographiques ont été réalisées sur les plaquettes initiales afin de qualifier et de quantifier l’évolution de la topographie pour les 3 gammes de rugosité initiale (relevés obtenus par interférométrie laser au LTDS de l’E.C.Lyon). L’analyse des figures 4-16 et 4-17 montre que le micro-sablage détériore le paramètre de rugosité Ra pour la plaquette initialement rectifiée à Ra

~ 0.1 µm, alors qu’elle n’influence quasiment pas les plaquettes à partir de R_a ~ 0.3 µm. La rugosité moyenne est par contre améliorée pour les plaquettes initialement rectifiées à Ra ~ 0.7

µm. Il apparaît ainsi que le micro-sablage améliore la rugosité moyenne des plaquettes rectifiées grossièrement, mais au contraire détériore la rugosité des plaquettes rectifiées finement. De plus il apparaît que les réglages de micro-sablage choisis ne permettent pas d’obtenir des rugosités finales inférieures à Ra ~ 0.25 µm.

SABLAGE Ra ~ 0.25 µm Rectification Ra ~ 0.1 µm Rectification Ra ~ 0.3 µm Rectification Ra ~ 0.7 µm Ra ~ 0.25 µm Ra ~ 0.5 à 0.6 µm

Fig. 4-16 : Influence du micro-sablage sur la topographie de surface des outils en ASP 2052 non revêtus.

SABLAGE Rectification Ra ~ 0.1 µm Rectification Ra ~ 0.3 µm Rectification Ra ~ 0.7 µm Ra ~ 0.25 µm Ra ~ 0.25 µm Ra ~ 0.5 à 0.6 µm

Fig. 4-17 : Influence du micro-sablage sur le profil de rugosité des outils en ASP 2052 non revêtus. Cependant, le paramètre de rugosité Ra n’est pas l’unique paramètre à prendre en considération. Il

faut aussi s’intéresser à la topographie qualitative de la surface. Ainsi, il apparaît qu’une opération de micro-sablage sur une surface rectifiée initialement à R_a ~ 0.1 µm fait quasiment disparaître toutes traces des stries de rectification. L’analyse spectrale faite sur le relevé topographique de ces plaquettes ne permet pas de distinguer d’orientation privilégiée, alors que la plaquette rectifiée

A contrario, la plaquette initialement rectifiée à Ra ~ 0.3 µm montre toujours après micro-sablage

une orientation privilégiée des irrégularités (stries de rectification). Cela permet de voir que, bien que les deux plaquettes aient une valeur finale voisine de Ra, les stries de rectification demeurent dans le cas de l’outil avec un Ra initial voisin de 0.3 µm. Dans ce cas, les risques d’écaillage

demeurent lorsque les stries sont parallèles à l’arête de coupe. Dès lors, il n’est pas dit que les plaquettes issues de ces 2 gammes de fabrication donnent des résultats similaires.

Plaquette ASP2052 Rectifiée à Ra ~0.1 µm Sablée Plaquette ASP2052 Rectifiée à Ra ~0.1 µm Plaquette ASP2052 Rectifiée à Ra ~0.3 µm Sablée

Fig. 4-18 : Analyse spectrale des surfaces préparées et non revêtues. Influence du micro-sablage sur le niveau des contraintes résiduelles

L’influence du micro-sablage sur le niveau des contraintes résiduelles a été quantifiée au centre de la face de coupe des différentes plaquettes en faisant l’hypothèse que des résultats similaires pourraient se trouver au niveau de l’arête (zone non mesurable). Ces mesures ont été réalisées par le laboratoire LM3 de l’ENSAM de Paris. Les résultats de mesure sont présentés sur le tableau 4-2.

σ⊥ (MPa) σ⁄⁄ (MPa) ASP 2052 – Rectifiée Ra ~ 0.1 µm -1300 ± 75 -1050 ± 40 ASP 2052 – Rectifiée Ra ~ 0.1 µm + Sablée -855 ± 55 -850 ± 45 ASP 2052 – Rectifiée Ra ~ 0.7 µm -570 ± 50 -390 ± 30 ASP 2052 – Rectifiée Ra ~ 0.7 µm + Sablée -890 ± 50 -900 ± 45

Tab. 4-2 : Contraintes résiduelles surfaciques parallèles ou perpendiculaires aux stries de rectification sur des

L’analyse de ces chiffres montre que l’opération de micro-sablage ne permet pas d’améliorer le niveau des contraintes résiduelles des surfaces rectifiées, puisque leurs niveaux absolus remontent de 200 ou 450 MPa en fonction de la direction de mesure. Par contre, il apparaît que le micro- sablage rend le champ de contrainte isotrope car le niveau atteint est identique quelle que soit la direction de mesure.

Les conditions de rectification semblent avoir une influence importante sur le niveau des contraintes résiduelles obtenues. Dans le cas de la surface rectifiée avec une rugosité Ra ~ 0.7 µm,

le niveau des contraintes est nettement plus proche de l’équilibre (-570 et –390 MPa). Le micro- sablage réalisé permet d’améliorer le niveau de contrainte et de le ramener à un niveau quasiment identique à celui de l’outil rectifié avec une rugosité Ra ~ 0.1 µm.

Les deux éléments précédents permettent de dire qu’il ne faut pas conclure que le micro-sablage permet de faire baisser systématiquement le niveau de contrainte résiduelle. Il apparaît plutôt que le micro-sablage permet d’atteindre un niveau de contrainte fonction des réglages choisis (taille et énergie cinétique des grains d’abrasifs) et du niveau initial des contraintes de la surface traitée. Par contre, le micro-sablage permet d’aboutir dans tous les cas à un niveau de contraintes résiduelles intéressantes pour l‘adhésion des revêtements. En effet, le chapitre 3 a bien fait ressortir que le niveau des contraintes du substrat doit être homogène et proche de celui du revêtement afin d’optimiser l’adhésion de ce dernier. Le niveau de contrainte résiduelle des revêtements utilisés n’est pas connu. Néanmoins, si l’on compare les résultats de mesure faites par [Ton_99] sur un revêtement PVD (Ti,Al)N différent, celui-ci indique des niveaux de contraintes résiduelles compris entre –600 et –800 MPa. Si on fait l’hypothèse grossière que les revêtements étudiés sont du même ordre de grandeur, alors le niveau de contrainte issu du micro-sablage est favorable à l’adhésion (pour les paramètres de micro-sablage adoptés).

Par ailleurs, le paragraphe 4-1-5 a fait ressortir l’évolution du niveau des contraintes résiduelles vers l’équilibre au fur et à mesure des cycles de déposition. Les analyses précédentes tendent à montrer que le micro-sablage permet de faire converger le niveau des contraintes résiduelles vers un niveau à la fois constant et intéressant (compression). Il semble donc que ce procédé permet de compenser les effets des relaxations de contraintes et donc de maintenir le niveau de performance des outils.

Problèmes liés au dispositif de micro-sablage

A l’issue de cette opération de micro-sablage, des problèmes demeurent. Il est possible de voir que certaines arêtes n’ont quasiment subi aucun micro-sablage sur les arêtes de coupe et sur les

faces de dépouille (figure 4-19). Cela conduit à des arêtes vives, qui demeurent irrégulières et qui conservent parfois leurs bavures.

Cette situation peut s’expliquer par plusieurs facteurs. Tout d’abord la difficulté de rectification de ce substrat qui a engendré des refoulements tellement importants que le micro-sablage ne peut pas compenser ces défauts.

D’autre part, le mode micro-sablage automatique illustré sur la figure 4-10 présente une faiblesse majeure. En effet, les plaquettes sont posées sur le support aimanté sans tenir compte de l’orientation des arêtes de coupe par rapport au jet de sable. Ainsi, du fait de la rotation de la colonne sur elle-même, les arêtes disposées verticalement seront sablées correctement (face de coupe + arête + face de dépouille), alors que les arêtes orientées horizontalement ne seront sablées que sur leurs faces de coupe. L’arête et la face de dépouille ne seront quasiment pas sablées. Cela explique que, même pour des plaquettes présentant des irrégularités initiales mineurs, celles-ci demeurent après traitement.

Ces analyses permettent donc de souligner le fait que les installations de micro-sablage utilisées aujourd’hui chez les fabricants de revêtements peuvent présenter des écarts de traitement très importants. Ces écarts peuvent conduire à des tenues en service très différentes comme cela sera vu plus loin, alors que l’histoire de préparation des outils semble identique. Dès lors que l’on cherche à évaluer les performances d’un revêtement sans être influencé par le cycle de fabrication des outils, il faut donc veiller à fiabiliser davantage les cycles de micro-sablage.

Face de coupe Face de coupe

Face de dépouille Face de dépouille

Fig. 4-19 : Plaquettes rectifiées + sablées en ASP 2052

(à gauche : micro-sablage efficace ; à droite : micro-sablage peu efficace).