Tribomètres et essais tribologiques

1 - Éléments sur les essais tribologiques

• 1.1 - Importance économique et particularités technologiques
• 1.2 - Objectifs et classification des essais tribologiques
  Figure 1 - Système tribologique Figure 2 - Usure abrasive Figure 3 - Usure adhésive Figure 4 - Usure érosive par particules Figure 5 - Usure par cavitation
• 1.3 - État de l'art des tribomètres
  Figure 6 - Principe de mesure de frottement par plan horizontal [3] Figure 7 - Principe de fonctionnement du tribomètre de Hirn [3] Figure 8 - Principe du tribomètre de Thurson
• 1.4 - Méthodes de présentation des résultats de tribométrie
  Figure 9 - Exemple de frictiogramme pour une couple de matériaux métalliques en glissement à sec [16] Figure 10 - Exemple de tribopgraphe non lissé [7] Figure 11 - Graphe comparatif du coefficient de frottement en fonction des couples de matériaux [16] Figure 12 - Exemple de courbe d'usure [16] Figure 13 - Principe du diagramme polaire et exemple concernant un traitement de surface de type nitruration [17] Figure 14 - Représentations croisées entre les différents paramètres – résultats de Data Mining avec filtre tendance majoritaire [18] Figure 15 - Exemples de représentations 2D et 3D de cartes d'usure [16] [18] Figure 16 - Détermination de la charge critique pour des contacts lubrifiés en glissement et exemple de diagramme de transition IRG [16]

2 - Exemples de tribomètres

• 2.1 - Pion-disque rotatif
  Figure 17 - Schéma du tribomètre à grande vitesse du Cetim Figure 18 - Vue globale du tribomètre à grande vitesse du Cetim Figure 19 - Mesure de température du pion par caméra infrarouge Figure 20 - Exemple de mesure des efforts d'un couple garniture/acier (2.3 N, 5 m/s, 23 °C, 50 % HR) Figure 21 - Exemple de mesure de l'usure linéaire du couple ZrO2-PSZ/acier (5 N, 23 °C, 50 %HR) [6]
• 2.2 - Pion-plan alternatif
  Figure 22 - Schéma du tribomètre PLINT TE-77 Figure 23 - Vue locale du tribomètre PLINT TE-77 Figure 24 - Exemple de mesure de frottement et de déplacement en fonction du temps Figure 25 - Exemple de mesure de frottement en fonction de déplacement
• 2.3 - Machine d'abrasion (Pin-Test)
  Figure 26 - Schéma du tribomètre d'abrasion Pin-Test Figure 27 - Vue détaillée de la partie éprouvette Figure 28 - Exemple de mesure de frottement en fonction du nombre de traces Figure 29 - Exemple de mesure de l'usure et de coefficient de frottement des différents matériaux
• 2.4 - Tribomètre pion/bloc pour essais de grippage
  Figure 30 - Schéma du tribomètre pour essais de grippage Figure 31 - Vue de l'ensemble de la machine et des éprouvettes pour l'essai de grippage Figure 32 - Exemple de traces de pions testés à deux pression différentes
• 2.5 - Machine de cavitation par ultrason
  Figure 33 - Vue globale la machine de cavitation Figure 34 - Vue détaillée de la partie éprouvette Figure 35 - Exemple de mesure de perte de masse en fonction du nombre de temps
• 2.6 - Microscope à force atomique (AFM) et Surface Force Apparatus (SFA)
  Figure 36 - Schéma simplifié d'un microscope à force atomique (AFM) montrant le principe du « levier optique » [22] Figure 37 - AFM en mode contact, morphologie de surface et le mode friction Figure 38 - Courbe de force obtenue en mode contact [23] Figure 39 - Topographie AFM d'un réseau en silicium Si (001) et Pointe tronquée en Si [24] Tableau 1 Tableau 2
• 2.7 - Bancs d'embrayage
  Figure 40 - Schéma de comportement de la pointe pour un cycle de balayage complet de la surface [25] Figure 41 - Exemple du principe de la machine Chase Figure 42 - Machine FAST Figure 43 - Banc Supméca – Valeo [26]
• 2.8 - Tribomètres pour mise en forme à froid et à chaud
  Figure 44 - Exemples de types de contact dans quelques procédés de mise en forme Figure 45 - Test d'emboutissage Erichsen Figure 46 - Principe du test d'étirage Figure 47 - Contact cylindre-plan sous eau [33] Figure 48 - Appareil de roulement glissement [34] Figure 49 - Tribomètre à chaud contact roulement – glissement [36] Tableau 3 Tableau 4
• 2.9 - Tribomètres et simulateurs pour prothèses orthopédiques
  Figure 50 - Tribomètre à haute température par induction de type galet-plan [38] Figure 51 - Tribomètre à haute température avec contact ouvert [32] [39] [40] Figure 52 - Screening tests pour tester les biomatériaux et simulateur de l'articulation de la hanche Tableau 5 Tableau 6 Tableau 7 Tableau 8

3 - Problèmes spécifiques des mesures tribologiques

• 3.1 - Vibrations
  Figure 53 - Simulateur de frottement de la prothèse de hanche et de la prothèse du genou Figure 54 - Exemple de fonction de transfert obtenue sur le support Figure 55 - Comparaison du coefficient de frottement acier/cuivre Figure 56 - Spectres des signaux relevés selon les directions normale et tangentielle pour les essais acier/cuivre Figure 57 - Déformée du support en mode 5 et mode 6 Tableau 9
• 3.2 - Étalonnage des capteurs et assurance qualité

4 - Annexe : Essais normalisés souvent utilisés