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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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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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Conclusions
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4. Évolutions futures induites par le règlement REACH
Certaines techniques de dépôt de films minces, certaines substances utilisées pour les traitements de surface ou certains composés de substrats devront à terme être modifiés du fait des recommandations spécifiques pour la santé des individus ou la conservation de l'environnement. Par exemple, dans l'article nous avons présenté des revêtements contenant du chrome.
Il faut noter que seul le trioxyde de chrome (anhydrique chromique ou acide chromique) à base de chrome hexavalent (chrome VI) est reconnu comme étant un produit cancérigène. Or le dépôt électrolytique de chrome dur, le procédé le plus utilisé pour de multiples applications, met en jeu un tel produit. L'intégration du chrome VI à l'annexe XIV du règlement REACH (enRegistrement, Évaluation, Autorisation et restriction pour produits CHimiques) pourrait être effective d'ici mars 2012. Si tout se déroule comme prévu, la demande d'autorisation devrait être introduite en septembre 2013 et à partir de mars 2015 il sera indispensable de disposer d'une autorisation pour l'utilisation du chrome VI pour certaines applications, par certaines industries. On peut noter que ces limitations sont très spécifiques : elles touchent d'autres métaux lourds : plomb, cadmium, mercure ; mais elles ne concernent pas les dépôts électrolytiques de nickel ou d'étain qui ont des incidences moindres sur l'environnement.
Actuellement des recherches sont menées sur la substitution de procédé et de produit au dépôt électrolytique de chrome dur. Des projections à très haute température d'un oxyde de chrome III sont pratiquées. D'autres procédés sont mis au point, comme la projection thermique à haute vitesse (HVOF ou High Velocity Oxygen Fuel). Ce dernier procédé permet en effet d'obtenir, dans des conditions respectueuses de l'environnement, à partir de poudre des dépôts présentant une faible porosité (< 1 %) et fortement adhérents au substrat. Des dépôts HVOF de carbures cémentés comme le carbure de chrome Cr3C2-NiCr et le carbure de tungstène WC-Co ont ainsi été réalisés et leurs résistances à l'usure sur tribomètre se sont révélées supérieures à celles du dépôt de chrome dur. Pour le carbure de chrome il a été observé en outre qu'une diminution de la taille des grains de poudre augmente la résistance à l'usure du dépôt. Bien évidemment...
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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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QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
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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