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RÉSUMÉ
En cours de fonctionnement, les surfaces des composants mécaniques sont soumises à des sollicitations de type mécanique, thermique et physicochimique. Pour les composants à fonctions tribologiques, à ces sollicitations s'ajoutent celles générées par les actions de contact, ce qui impose alors des propriétés des couches superficielles supérieures à celles requises pour les matériaux en volume. Les traitements et les revêtements de surface, choisis en fonction des risques majeurs d’endommagement (abrasion, adhésion, érosion…), peuvent apporter aux surfaces une résistance mécanique ou physico-chimique adaptée, sans nécessité à cœur de matériaux onéreux. De nos jours, les avancées technologiques permettent d’offrir un grand choix de possibilités de traitements et de revêtements de surface à usage tribologique.
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René GRAS : Professeur Emérite SUPMECA
INTRODUCTION
En cours de fonctionnement, les surfaces des composants mécaniques sont soumises à des sollicitations de type mécanique, thermiques et/ou physicochimique.
Les efforts mécaniques se traduisent par des contraintes qui deviennent maximales près des surfaces ; c'est le cas en sollicitations de flexion ou de torsion. De plus, les irrégularités de surface, forme et rugosité, peuvent entraîner des concentrations de contraintes qui induisent des zones de fragilité supplémentaires.
Les sollicitations thermiques peuvent avoir pour origine l'environnement général ou la chaleur générée par le frottement dans le contact.
Les sollicitations physicochimiques sont le fait des agressions environnementales du milieu extérieur pouvant se traduire par des phénomènes de corrosion ou d'oxydation ou dans certaines circonstances par des phénomènes de fragilisation.
Pour les composants à fonctions tribologiques, à ces sollicitations s'ajoutent celles générées par les actions de contact et qui peuvent être d'origines mécaniques, thermiques, électriques et physicochimiques.
Il importe donc que les propriétés des couches superficielles soient supérieures à celles requises pour les matériaux en volume. Réaliser des propriétés de haut niveau sur tout le volume des composants, exigerait, en effet, des matériaux d'un coût trop élevé et de mise en œuvre difficile ou pourrait même entraîner des inconvénients tels qu'une fragilisation ou un manque de souplesse du composant.
Ces difficultés peuvent être résolues par les traitements ou revêtements des surfaces qui permettent de donner aux surfaces des propriétés leur assurant une résistance satisfaisante aux différents types de sollicitation qu'elles subissent, tout en gardant à cœur des matériaux aux propriétés moins élevées, moins onéreux ou de mise en œuvre plus facile.
Les traitements et revêtements de surfaces ont fait l'objet, au cours des dernières décennies, de développements et modifications qui ont permis d'offrir un choix important de possibilités pour améliorer les propriétés mécaniques des composants, leurs propriétés de résistance aux agressions physicochimiques, ou leurs propriétés pour remplir des fonctions tribologiques. On se propose dans ce dossier de regrouper des éléments permettant de réaliser ce dernier point.
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Propriétés des surfaces
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1. Sollicitations tribologiques
1.1 Contact tribologique – Approche systémique
1.1.1 Description d'un contact
Les sollicitations tribologiques les plus courantes, sont définies à partir de l'analyse systémique d'un contact. Sous sa forme la plus générale, un contact tribologique, est composé de quatre éléments principaux (figure 1) :
-
les deux corps ou solides
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et
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soumis aux torseurs cinématique (regroupant les composantes de vitesses) et dynamique (regroupant les composantes des forces F et des moments M appliqués au contact). Ces solides sont limités par des couches superficielles dont les caractéristiques spécifiques macro et microgéométriques, physicochimiques, mécaniques ou structurales sont souvent mal connues. Ils sont reliés aux solides environnants par des raideurs et des amortissements de liaisons ; -
le milieu interfacial
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ou 3e corps est soumis à des sollicitations mécaniques, thermiques, physicochimiques. Il participe à l'accommodation du gradient de vitesse entre les deux premiers solides. Sa présence, ses propriétés et son évolution au cours du temps sont déterminantes pour le fonctionnement du contact. Il peut être solide, fluide, introduit intentionnellement dans le contact (lubrifiant par exemple) ou généré dans le contact lors du fonctionnement (films transférés) ; -
l'environnement
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et
soumis aux torseurs cinématique (regroupant les composantes de vitesses) et dynamique (regroupant les composantes des forces F et des moments M appliqués au contact). Ces solides sont limités par des couches superficielles dont les caractéristiques spécifiques macro et microgéométriques, physicochimiques, mécaniques ou structurales sont souvent mal connues. Ils sont reliés aux solides environnants par des raideurs et des amortissements de liaisons ;
ou 3e corps est soumis à des sollicitations mécaniques, thermiques, physicochimiques. Il participe à l'accommodation du gradient de vitesse entre les deux premiers solides. Sa présence, ses propriétés et son évolution au cours du temps sont déterminantes pour le fonctionnement du contact. Il peut être solide, fluide, introduit intentionnellement dans le contact (lubrifiant par exemple) ou généré dans le contact lors du fonctionnement (films transférés) ;
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Sollicitations tribologiques
BIBLIOGRAPHIE
-
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(7) - LANSDOWN...
NORMES
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Définition des épaisseurs de traitements de surfaces. - NF EN ISO 2064 -
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Mesures des épaisseurs de traitements et revêtements de surfaces. - NF EN ISO 1463 -
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Contrôle de l'adhérence des dépôts. - NF EN ISO 2819 -
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Ductilité des revêtements. - NF EN ISO 8401 -
-
Essais de corosion. - NF EN ISO 9212 -
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Projection thermique : mesure de l'adhérence par essais de traction. - NF EN ISO 14916 -
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Méthode normalisée de mesure de la porosité des revêtements obtenus par projection thermique. - NF EN ISO 26946 -
-
Évaluation des propriétés d'adhésivité/cohésion de plasma pulvérisé sur des revêtements métalliques et inorganiques. - NF...
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