Sciences des matériaux

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Effect of heat treatment on surface hardness and tribologicalbehavior of XC38 steel—approach by the experiments plans

M Bourebia, S Meddah, H Hamadache, A Taleb, A Gharbi, L Laouar  (2019)
Publication

This work aims at predicting the micro-hardness of XC38steel using the experiments plans as well asstudy of tribological behavior of thissteel. The heat treatments were considered by adopting thefactorial plans 22 methodology at two factors (temperature ‘T’ and holding time ‘t’), each at two levels(-1, +1). The results obtained allowed lead to a mathematical model predicting the micro-hardness‘Hv’ in every point of the study field. Moreover, the curves of the responses surfaces clearly show theinfluence of two factors studied (T, t) on ‘Hv’. Mechanical characterization of treated samples showedasignificant increase in the micro-hardness, which achieve to 76% for the treated sample at 850 °Cduring 2 h compared to untreated state. An investigation of wear tracks morphology shows thatfriction under a load of 10 N results in predominant adhesive wear, while a load of 2 N favorabrasive wear. Voir les détails

Mots clés : heat treatment, factorial plans, prediction, superficial hardness, tribological behavior

Physical and photo-electrochemical characterizations of ZnO thin films deposited by ultrasonic spray method: Application to HCrO4−photoreduction

N. ZEBBAR, M. Trari, M. Doulache, A. Boughelout, L. CHABANE  (2014)
Publication

ZnO thin films, prepared by ultrasonic spray onto glass substrate, crystallize in the wurtzite structure. The XRD pattern shows preferential orientation along the [0 0 2] direction. The films deposited at 350 consist of 60 nm crystallites with an average thickness of ∼150 nm and SEM images show rough surface areas. The gap increases with increasing the temperature of the substrate and a value of 3.25 eV obtained for films deposited at 350?C. ZnO is nominally non-stochiometric and exhibits n-type conduction because of the native defects such as oxygen vacancies (VO) and/or interstitial zinc atom (Zni) which act as donor shallows. The conductivity is thermally activated and obeys to an exponential type law with activation energy of 57 meV and an electron mobility of 7 cm2V−1s−1. The capacitance-voltage (C−2measurement in acid electrolyte (pH ∼ 3) shows a linear behavior with a positive slope, characteristic N-type conduction. A flat band potential of −0.70 VSCE and a donors density of 5.30 × 1016cm−3are deter-mined. The Nyquist plot exhibits two semicircles attributed to a capacitive behavior with a low density of surface states within the gap region. The centre is localized below the real axis with a depletion angle of 16?ascribed to a constant phase element (CPE) due to the roughness of the film. The energy band diagram assesses the potentiality of ZnO films for the photo-electrochemical conversion. As application, 94% of chromate (3.8 × 10−4M) is reduced after 6 h under sunlight (AM 1) with a quantum yield of 0.06%and the oxidation follows a first order kinetic. Voir les détails

Mots clés : ZnO, thin film, Ultrasonic spray, Photo-electrochemical, Chromate, Sunlight

Elaboration et caractérisation de couches minces d'oxyde de zinc dopées aux métaux pour des applications photovoltaïques et en détection de gaz

BOUGHELOUT Abderrahmane (En préparation)
Thèse de doctorat

L’objectif de la thèse été le développement d’un groupe de dépôt de pulvérisation DC, et le dépôt des couches minces des oxydes métalliques (ZnO, AZO, Cu2O…) pour les testé dans quelques applications, dans ce cadre :  Des couches minces de ZnO, d’AZO et de Cu2O ont été déposées en utilisent un groupe de pulvérisation DC monté au labo et par dépôt laser pulsé (PLD) et ça dans différents conditions de dépôt. Un ’étude en fonction la pression partielle d’oxygène dans la chambre de dépôt été effectuée sur des films minces de ZnO et de Cu2O déposé par pulvérisation DC et PLD, respectivement. Comme nous avons menu un traitement thermique par un laser infra rouge sur les couches de Cu2O déposé à différent pression d’oxygènes. Les échantillons ont été caractérisés par photoluminescence (PL), diffraction des rayons X (XRD), Raman, transmissions optiques (UV – vis), microscopie électronique à balayage (MEB) et des mesures électrique (effet Hall). Tous les résultats montrent l’influence de la PO2 sur les films déposés de ZnO et de Cu2O, et le recuit par laser change les différentes propriétés des couches de Cu2O.Des hétérojonctions Cu2O/AZO et Cu2O/ZnO/AZO ont été déposées sur des substrats de verre par dépôt laser pulsé. Les propriétés structurelles, optiques et électriques des films d'oxydes ont été caractérisées. Les hétérojonctions aussi ont été caractérisées, ou le microscope a force (AFM) atomique et le microscope électronique à balayage (MEB) montrent que l’insertion d’une couche de ZnO entre Cu2O et Le film AZO dans l’hétérojonction améliorent la taille moyenne des grains et la rugosité de la surface. Les hétérojonctions présentent des comportements de diode remarquables. La présence d’un film mince intermédiaire en ZnO réduit de manière significative les courants parasites et de fuite à travers la barrière, améliore la qualité de la hétérostructure, rend la bande d’énergie entre les couches AZO et Cu2O plus lisse et éliminer la possibilité de recombinaison d'interface, ce qui conduit à des électrons beaucoup plus longs durée de vie.L’activité photocatalytique des films ZnO et Cu2O a été étudiée au moyen d’essais la photdégradation de la rhodamine B (RhB) et de méthyl orange (MO) sous irradiation à la lumière solaire. Une étude comparative a été réalisée entre le ZnO et le Cu2O pour la décoloration de la Rhodamine B et du Methyl orange sous la lumière solaire. Les résultats ont montré que les films de ZnO présentent une activité photocatalytique plus grande avec la rhodamine B que le méthyle orange, qui présente plutôt une photodégradation plus importante avec les films de catalyseur de Cu2O. En fait, après avoir exposé les films à la lumière solaire pendant 6 h, on a obtenu un taux d'élimination de 81,69% pour le méthylorange sur des films de Cu2O, tandis que pour la rhodamine B, le meilleur taux d'élimination (60,85%) était obtenu avec du ZnO. Voir les détails

Mots clés : couches minces, ZnO, Photovoltaïques, Détection de gaz

Elaboration et caractérisation de couches minces de ZnO déposées par pulvérisation DC.

BOUGHELOUT Abderrahmane (2010)
Mémoire de magister

Le développement de la conversion photovoltaïque pour la génération d’énergie et la réduction des couts d’investissement et ainsi que celui des composants électroniques reste par excellence le  sujet d’actualité.Dans ce cadre une catégorie de matériaux dit TCO (oxydes conducteurs transparents) a attiré une grande attention ces dernières années grâce à leurs remarquables propriétés (optiques, structurales et électriques, opto-électriques, piézo-électriques, magnétiques………….).L’oxyde de zinc (ZnO) est un matériau faisant partie de la famille des oxydes transparents conducteurs (TCO), sa non-toxicité (contrairement, par exemple, à l’indium dans l’ITO) et l’abondance de ses composants sur Terre font de lui un candidat idéal comme contact électrique transparent  et diffuseur de la lumière pour les cellules solaires à base de silicium amorphe et/ou microcristallin. Ces TCO possédant un gap élevé (~ 3-4 eV) qui empêche d’absorber les photons ayant une énergie inférieure à ce gap, et donc les rend transparents à la lumière visible.Ces TCO sont des matériaux très utilisés, car beaucoup d’applications recherchent cette combinaison de la transparence optique avec la conductivité électrique. Le haut pouvoir diffusant des couches de ZnO permet de rallonger le chemin que la lumière parcourt dans la cellule solaire, et donc d’augmenter l’absorption optique et le courant photo-généré dans la cellule.De plus, le ZnO, lorsqu’il est exposé à un plasma d’hydrogène, est beaucoup plus stable que le SnO2 et l’ITO, dont la transmission optique est dégradée par ce plasma. Comme les couches de silicium sont, dans beaucoup de cas, déposées sur la couche de TCO, celle-ci est donc obligatoirement exposée à ce genre de plasma.Signalons enfin que ce matériau a été utilisé dans diverses applications (cellules solaires, en microélectronique, dans la réalisation des capteurs).Les propriétés des couches minces de ZnO (structurales, optiques et électriques) dépendent fortement des conditions de dépôt, comme la composition de phase du gaz, les conditions de plasma, la température de dépôt, la géométrie et la technique de croissance spécifique utilisée. Le ZnO en couches minces peut être élaboré par une multitude de techniques telles que la pulvérisation cathodique en RF, DC ou DC magnétron, par ablation laser, par épitaxie par jets moléculaires et bien d’autres méthodes. Parmi ces méthodes de dépôt, la pulvérisation cathodique DC est une technique prometteuse pour élaborer des couches minces de ZnO à basse température, avec une plus haute pureté, une composition mieux contrôlée et une force adhésive plus grande. La présentation de ce travail va donc s’articuler autour des chapitres suivants :Le premier chapitre, sera consacré à la présentation générale des propriétés de l’oxyde de zinc ZnO (structurales, optique, électrique, morphologiques,…).Le second chapitre reprend la description des mécanismes de formation des couches minces et les techniques de dépôt de ses dernières. La méthode d’élaboration, par pulvérisation cathodique DC, adoptée dans le présent travail sera présentée d’une manière plus détaillée.Le troisième chapitre concernera la description des montages expérimentaux utilisés dans ce travail, comme le banc de dépôt, la  spectrométrie d’émission optique utilisée pour la caractérisation des constituants du plasma ainsi qu'une description des différentes techniques utilisées pour la caractérisation et l’analyse des couches minces de ZnO (transmission optique, diffraction des rayons X, RBS, MEB, photoluminescence et mesures de conductivité électrique).Enfin dans le dernier chapitre, nous présenterons les résultats des propriétés structurales, morphologiques, optiques et électriques de nos échantillons que nous discutons leur évolution en fonction des paramètres de dépôt adoptés durant la préparation des films. Les effets d’un recuit à 300°C sous vide secondaire sur les propriétés optiques, structurales et électriques des couches minces de ZnO seront discutés.Nous terminons ce manuscrit par une conclusion dans laquelle nous dégagerons l’ensemble des résultats significatifs que nous avons obtenus durant ce parcours de thèse tout en mettant en exergue les perspectives envisagées pour la suite de ce travail. Voir les détails

Mots clés : couches minces, ZnO, pulvérisation DC

Early stages of copper microparticles electrodeposition on polypyrrole film

DEHCHAR Charif, Imene CHIKOUCHE, Ali SAHARI, Ahmed ZOUAOUI  (2019)
Publication

In this work, we studied the electrodeposition of copper (Cu) microparticles on polypyrrole (PPy) ?lms using cyclic voltammetry and chronoamperometry techniques. The initial stages of Cu deposition were investigated by performing current transients. Models based on Scharifker and Hills calculations were established to determine the nucleation and growth type. The results suggest that the deposition of Cu proceeds via an instantaneous nucleation followed by three-dimensional (3D) di?usion-limited growth. The values of the number density of active sites N and di?usion coe?cient D were also determined. Voir les détails

Mots clés : composites, copper, electrodeposition, polymer, thin film

Structural and tribological behavior of AISI L6 tool stee

Oualid GHELLOUDJ, Amel GHARBI, Djamel Zelmati, Sihem ACHOURI, Mounira Bourebia, Chems Eddine RAMOUL  (2018)
Article de conférence

Tool steels constitute a family of carbon steels and alloy steels that are characterized by good wear resistance. These steels are destined for manufacture of tools used for forming, cutting and machining operations of metals and alloys. Among these steels, AISI L6 Tool steel alloy with nickel, chromium, molybdenum and vanadium for hot work, it is used in applications of punches, trim dies, blanking dies, embossing dies, forming dies, and shear blades. The aim of this work is to study the tribological behavior of AISI L6 steel before and after a hardening treatment at 780 °C. Structural characterization and tribological behavior of steel were investigated using Optical Microscopy (OM) and wear testing by friction on a Ball/Pin-on-disc Tribometer. The results obtained show a decrease in coefficient of friction due to improvement of wear resistance of AISI L6 steel by hardening treatment. This improvement is favored by precipitation of very hard particles offering a better resistance to displacement of dislocations. Voir les détails

Mots clés : tribology, wear, heat treatment, hardening, structure, AISI L6

Caractérisation des couches mincespar les techniques optiques.

A. Boughelout, A. Hammouda, L. CHABANE, N. ZEBBAR et M. KECHOUANE.  (2014)
Article de conférence

Dans ce travail nous avons utilisé des techniquesoptiques et structurales pour caractériser des couches minces deZnO déposées par pulvérisation cathodique sur des substrats deverre corning et silicium monocristallin. Nous avons utilisé laspectroscopie Raman pour analyser le type de la structure descouches mince (ZnO) élaborées ainsi que la diffraction des rayonsX.Les caractérisations optiques comportent le relevé destransmittances dans l’UV-Visible et les paramètres optiques telque les indices de réfraction des couches et leurs épaisseurs, lesmesures de la photoluminescence pour déduire le gap des coucheset les niveaux des défauts dans le matériau.Les caractérisations structurales (diffraction des rayons X etRaman) mettent en évidence une structure hexagonale würtzitede ZnO, Les mesures de transmission optique des couchesmontrent que la transmission optique est très élevée (facteur detransmission) dans la gamme de longueurs d’ondes situées entre 400nm et 2500 nm. Voir les détails

Mots clés : pulvérisation réactive, oxyde de zinc, propriétés optiques, caractérisation structurale, conductivité électrique.

Rhodamine (B) photocatalysis under solar light on high crystallineZnO films grown by home-made DC sputtering.

A. Boughelout, N. ZEBBAR, R. MACALUSO, Z. Zohour, A. Bensouilah, A. Zaffora, M.S. Aida, M. Kechouane, M. Trari.  (2018)
Publication

ZnO thin films were deposited by home-made DC sputtering of zinc target under mixed gases(Argon, Oxygen) plasma on glass substrates. Films were deposited by varying oxygen partialpressure (PO2) from 0.09 to 1.3 mbar in the deposition chamber, at a fixed substrate temperatureof 100 °C. The samples were characterized by photoluminescence (PL), X-ray diffraction (XRD),optical transmissions (UV–vis), scanning electron microscopy (SEM) and electrical (Hall effect)measurements. The results indicate that by varying the oxygen pressure in the depositionchamber, the films show a precise and well defined photoluminescence emissions for each rangeof pressure covering almost the entire visible domain (UV, UV-Violet, Violet, Blue, and Red) withhigh intensities. Moreover, the deposited films have different defects levels. The XRD analysisindicates that the films are well grown along the c-axis peak, but with different crystallinequality. Optical measurements reveal a high transmission, up to 90%, in the spectral regionbetween 400 and 2500 nm and a large variation of the optical band gap (3.16 – 4.34 eV). As anapplication of the deposited ZnO films, the photo-catalytic degradation of a synthetic solution ofRhodamine B (RhB) poured on a ZnO thin film was successfully achieved and an elimination rateof 38% was obtained after exposing the film to solar light for 3 h. Voir les détails

Mots clés : ZnO thin films, sputtering, Photoluminescence, Rhodamine (B), Solar light, Photocatalysis.

Dissimilar Welding between 2205 Duplex Stainless Steel and API X52High Strength Low Alloy Steel

B. BELKESSA, D. Miroud, B. Cheniti, N. OUALI, M. Hakem, M. Djama  (2018)
Publication

This work purposes to investigate the microstructure and the mechanical behavior ofdissimilar metals weld between 2205 duplex stainless steel (UNS 31803) and high strength lowalloy steel API X52. The joining was produced by shielded metal arc welding process using twodifferent filler metals, the duplex E2209 and austenitic E309 grade.The microstructures of the dissimilar welded joints have been investigated by optical microscopy,scanning electron microscopy and energy-dispersive spectroscopy (EDS). The EDS analysisperformed at the API X52/weld metal interface showed an evident gradient of Cr and Ni betweenfusion and type II boundaries, where the highest hardness value was recorded. Voir les détails

Mots clés : Dissimilar metals welding; 2205 duplex stainless steel; API X52 HSLA steel; Heataffected zone

Evolution of Widmandstaïtten structure in welding joints

M. Hakem, R. RABAH OTMANI  (2005)
Publication

The operation of welding induces a metallurgical multitude of phenomenon owing to the fact that it covers high fields' energetic thus causing important variations of the mechanical properties and microstructural of materials. The multipass welding of a HSLA steel strong thickness gives place to a variation of the microstructure of a layer to another. The thermal cycle supports the appearance of a known structure under the name of "structure of widmanstätten". The latter is supported by high heating temperatures and a fast cooling; it often germinates in the form of slat on the austenitic grain boundaries, known like ferrite of widmanstätten. But it can germinate in the form of needles in the grains on the impurities or on the precipitates, it is acicular ferrite. Impact strength and hardness tests were done on the melted zone after welding and heat treatment.The microstructural evolution of each layer influences the entire welded joint, conferring these final mechanical properties to him. Voir les détails

Mots clés : heat treatment, HSLA steels, welding, Widmanstätten structure