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RÉSUMÉ
La tribologie est l'étude physique des phénomènes de frottement, lubrification et usure qui concernent aussi bien les éléments de machine que les contacts roue-rail et pneumatique-revêtements routiers, le freinage et la mise en forme des matériaux. Interposer un corps fluide ou solide aisément cisaillable, ou revêtir les corps d'un film d'épaisseur submicronique ou micronique, permet de contrôler les mécanismes de frottement, de les amplifier ou de les réduire selon l’application. Un lien fort existe entre l’approche mécanique des matériaux et la physico-chimie. Indépendamment de l’application, le revêtement qu’il soit polymère, métallique ou céramique, se doit d’adhérer au substrat sous des sollicitations très souvent thermiques et environnementales.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Evelyne DARQUE-CERETTI : Docteur d'état - Maître de recherche de l'école des Mines de Paris,
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Eric FELDER : Docteur d'état - Maître de recherche de l'école des Mines de Paris,
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Bernard MONASSE : Docteur d'état - Maître de recherche de l'école des Mines de Paris,
INTRODUCTION
Lorsque deux corps solides sont en contact, il faut exercer une force ou un couple pour vaincre la résistance au mouvement relatif : c'est le frottement et, plus précisément, le frottement dit statique qui s'oppose à ce mouvement relatif. Au fur et à mesure que se poursuit le mouvement relatif des deux corps, le frottement évolue (frottement dynamique) et il se produit un endommagement de leur surface : formation de rayures, changement d'aspect, perte ou gain de matière (usure ou transfert), transformation physico-chimique. Pour maîtriser le frottement, limiter l'usure, le transfert et la dégradation superficielle, on peut lubrifier le contact, c'est-à-dire interposer un corps fluide ou solide aisément cisaillable, et/ou revêtir les corps d'un film d'épaisseur submicronique ou micronique. La tribologie est l'étude de ces phénomènes de frottement, lubrification et usure qui concernent aussi bien les éléments de machine que les contacts roue-rail et pneumatique/revêtements routiers, le freinage, la mise en forme des matériaux. Dans cet article des exemples sont traités, ils servent d'illustration aux modes de fonctionnement. Ils concernent des solutions classiques ou des solutions futures qui sont actuellement l'objet de recherches. Mais il faut noter que pour une application décrite les objectifs peuvent être multiples : en effet il est parfois nécessaire de maîtriser le frottement et en même temps de limiter l'usure et l'endommagement. Les exemples seront donc traités en conséquence. Le but est de comprendre le lien entre la tribologie, qui est généralement une approche mécanique des matériaux, et la physico-chimie. On notera que l'épaisseur des revêtements est adaptée à l'application. On montrera l'intérêt de la solution revêtue par rapport au substrat nu. Ceci nécessite au premier chef que le revêtement adhère bien au substrat. En préambule, on discute donc le problème de son adhésion sur le substrat.
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Maîtriser le frottement
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1. Adhésion et adhérence des films
Tous les revêtements doivent tenir au substrat, d'où l'étude de l'adhésion et la réalisation d'essais d'adhérence sous différentes sollicitations (thermiques, environnementales) et l'étude du vieillissement du matériau revêtu et, plus spécifiquement, de l'interface. L'adhésion du film au substrat est assurée par les forces de liaison entre les deux matériaux le long de l'interface et, dans certains cas, par l'ancrage mécanique assuré par la rugosité de l'interface [1]. L'adhésion est donc fortement tributaire, entre autres paramètres, de la préparation de surface du substrat.
L'adhérence correspond aux conditions mécaniques (force, couple, énergie de rupture) produisant la rupture de l'interface : elle augmente donc avec l'adhésion mais, comme les sollicitations mécaniques déforment film et substrat, elle dépend aussi du comportement mécanique (rhéologie) des matériaux du film et du substrat. L'adhérence est donc évaluée à l'aide d'un essai mécanique. Plusieurs types d'essais sont utilisés en pratique : essais de pelage, traction, flexion, arrachement, gonflement, indentation, rayure… Cette variété d'essais s'explique par la diversité des situations rencontrées. Nous renvoyons le lecteur à [1] pour une présentation détaillée de ces essais.
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Adhésion et adhérence des films
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DARQUE-CERETTI (E.), FELDER (E.) - Adhésion et adhérence - . CNRS Éditions, Collection Sciences et Techniques de l'ingénieur, Paris (2003).
-
(2) - HANHI (K.), STENBERG (B.) - Friction and the dynamic mechanical and thermal properties of polyurethane elastomers. Solid polyurethanes. - Progress in rubber and plastics technology, 11(1), 1-33 (1995).
-
(3) - KIM (J.H.), JANG (J.), ZIN (W.C.) - Thickness dependence of the glass transition temperature in thin polymer films. - Langmuir, 17, 2703-2710 (2001).
-
(4) - WITTMANN (J.C.), SMITH (P.) - Highly oriented thin films of poly(tetrafluoroethylene) as a substrate for oriented growth of materials - . Nature, 352, 414-417 (1991).
-
(5) - WILSON (B.) - Slick 50 – a proven PTFE-based boundary lubricant for engines. - Industr. Lub. Tribol., 47, 6-8 (1995).
-
(6) - CABEÇAS...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
http://fr.wikipedia.org/wiki/Papier_de_verre
http://www.fepa-abrasives.org/
http://www.gallaghercorp.com/urethane/designguide/cof.shtml
http://www.schneesportteam.ch/SkiToko.pdf
http://rsde.ineris.fr/ ouhttp://www.ineris.fr/substances/fr/
HAUT DE PAGE
G. Wamant, C. Grégoire, Procédé pour revêtir des récipients et récipients obtenus par ce procédé,Brevet Français n 1137972, déposé le 2 décembre 1955
HAUT DE PAGE
Appareils CSM
http://www.csm-instruments.com
Hydromécanique et frottement
Société française du vide
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Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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