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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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Revêtements de surface
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4. Traitements de surface
Les traitements de surface consistent à améliorer les propriétés superficielles des composants en agissant sur leurs couches superficielles. En fonction de la manière dont on réalise la modification de ces couches, on peut définir trois familles de traitement de surface :
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les traitements thermochimiques qui consistent à modifier la surface existante de façon soit à créer un film protecteur, soit à provoquer des modifications structurales ;
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les traitements électrolytiques qui consistent généralement à créer un film protecteur par réaction électrochimique avec la surface ;
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les traitements mécaniques ou thermomécaniques qui consistent à modifier les couches superficielles par l'action de contraintes mécaniques auxquelles on peut ajouter l'action de la chaleur.
Du point de vue tribologique, ces traitements permettent d'obtenir en surface des couches pouvant limiter les risques d'adhésion, modifier les qualités de frottement, donner à ces couches superficielles des caractéristiques mécaniques susceptibles de réduire les effets de l'abrasion, de l'érosion, des contraintes mécaniques.
4.1 Traitements de conversion
Ces traitements visent à former un film de faible épaisseur à la surface des composants à protéger par réaction chimique ou électrochimique d'un composé contenant l'élément d'apport qui se combine au substrat pour donner en surface une couche de sel complexe.
D'une manière générale, ces films sont mis en place pour protéger la surface de la corrosion mais ils apportent aussi des qualités du point de vue tribologique. Leur présence limite les risques d'adhésion en évitant le contact direct métal/métal et leur structure microporeuse est telle qu'elle facilite l'accrochage des films lubrifiants par capillarité.
HAUT DE PAGE4.1.1 Films de conversion chimique
La réaction se produit naturellement entre un milieu aqueux contenant des sels des éléments réactifs. La réaction n'exige pas des températures élevées.
Le tableau 3 résume les caractéristiques principales des traitements...
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Traitements de surface
BIBLIOGRAPHIE
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(2) - CAUBET (J.J.) - Théorie et pratique industrielle du frottement. - Dunod-Technip, Paris (1964).
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(3) - RABINOWICZ (E.) - * - J. Inst. Met., 95 (1967).
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(6) - ZUM GAHR (K.L.) - Microstructure and wear of materials. - Tribology Series 10, Elsevier (1987).
-
(7) - LANSDOWN...
NORMES
-
Définition des épaisseurs de traitements de surfaces. - NF EN ISO 2064 -
-
Mesures des épaisseurs de traitements et revêtements de surfaces. - NF EN ISO 1463 -
-
Contrôle de l'adhérence des dépôts. - NF EN ISO 2819 -
-
Ductilité des revêtements. - NF EN ISO 8401 -
-
Essais de corosion. - NF EN ISO 9212 -
-
Projection thermique : mesure de l'adhérence par essais de traction. - NF EN ISO 14916 -
-
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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