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En anglais
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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Tribology consists in the physical study of friction, lubrication and wear phenomena which concern machine elements, wheel/rail and tyre/road surface contacts as well as braking and material forming. Interposing a fluid or a solid body, which can easily be sheared or coating the elements with a film of submicronic or micronic thickness, allows the controlling of friction mechanisms as well as their amplification or reduction according to the application. The mechanical approach to materials is strongly linked to physical chemistry. Independently of the application, the coating, be it a polymer or made of metal or ceramic, must adhere to the substrate under mostly thermal and environmental loads.
Auteur(s)
-
Evelyne DARQUE-CERETTI : Docteur d'état - Maître de recherche de l'école des Mines de Paris,
-
Eric FELDER : Docteur d'état - Maître de recherche de l'école des Mines de Paris,
-
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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KEYWORDS
friction | coatings | damage | wear | tribology | physico-chemistry
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Limiter l'usure et l'endommagement
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2. Maîtriser le frottement
Selon les situations, on souhaite soit augmenter le frottement, soit le diminuer, soit le maintenir dans un intervalle de valeurs donné. Ainsi, par exemple, l'adhésion des pneumatiques au revêtement routier doit être suffisante pour éviter le dérapage lors du freinage et la perte de contrôle de la conduite du véhicule par le conducteur. De même, le faible frottement de la semelle des chaussures sur une plaque de verglas peut entraîner la chute du marcheur. À l'inverse, dans les paliers hydrodynamiques, il importe de limiter le frottement de l'arbre sur le coussinet lors des phases de démarrage ou d'arrêt où la vitesse n'est pas suffisante pour engendrer un film lubrifiant continu séparant les pièces antagonistes. De manière générale, on s'attachera à minimiser tout frottement résistant qui n'a que des conséquences négatives : dissipation d'énergie, usure, dégradation des surfaces… Enfin, en laminage de tôles, le frottement tôle/cylindres doit être suffisant pour que les cylindres entraînent la tôle dans l'emprise où ils réduisent son épaisseur, mais il importe de le limiter à un niveau raisonnable pour minimiser les couples, la force et l'énergie de laminage. Le dépôt d'un film mince est souvent la solution adoptée pour contrôler le frottement.
2.1 Frottement fort
2.1.1 Revêtements de sols (couche de surface composée d'élastomères réticulés)
Les revêtements de sols, pour des raisons de sécurité, ne doivent pas glisser. Ils peuvent être massifs (épaisseur de l'ordre du millimètre), tels que les peintures ou revêtements de sols plastiques (PVC essentiellement), ou revêtus d'une couche de finition antidérapante. Cette couche fine (4-8 µm) est généralement en polyuréthane, matériau transparent présentant un fort coefficient de frottement en condition statique (personne arrêtée) ou se déplaçant rapidement. Les polyuréthanes sont des polymères réticulés [AM3524]), dont le taux de réticulation agit sur le comportement viscoélastique et le...
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Maîtriser le frottement
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
Société française du vide
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