Présentation
Auteur(s)
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Michel CARTIER : Responsable du département mécanique des surfaces et tribologie de HEF R & D (hydromécanique et frottement)
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Philippe KAPSA : Directeur de recherches au Centre national de la recherche scientifique (CNRS) - Directeur du laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes, UMR CNRS 5513
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Lire l’articleINTRODUCTION
Il existe un nombre considérable de paramètres qui président au comportement des surfaces frottantes. La plupart de ces paramètres peuvent interagir fortement et leur influence est régie par des lois non linéaires, de sorte qu’aucune théorie générale n’est à même de prendre en compte et de décrire l’extrême diversité des situations possibles. On trouvera dans cet article un certain nombre d’indicateurs permettant de situer le rôle ou l’importance de quelques-unes des variables principales, vis-à-vis du comportement tribologique : propriétés de frottement, résistance à l’usure, genèse et évolution des principaux phénomènes.
Cet article s’intègre dans une série de quatre articles consacrés à l’usure des contacts mécaniques. Le lecteur pourra donc consulter également les articles suivants :
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Usure des contacts mécaniques. Problématique et définitions [BM 5 065] ;
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Usure des contacts mécaniques. Manifestations de l’usure [BM 5 067] ;
-
Usure des contacts mécaniques. Maîtrise de l’usure et du frottement [BM 5 068].
Les notations et abréviations utilisées sont présentées dans l’article [BM 5 065].
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2. Surface
2.1 Définition
En tribologie, la surface ne se limite pas uniquement à la notion d’aire d’appui des corps, mais concerne plus généralement les éléments du contact qui jouent un rôle sur le frottement, c’est-à-dire sur les contraintes mécaniques, les températures, le comportement du troisième corps (lubrifiant, débris d’usure…). Ces éléments sont les propriétés mécaniques, physiques et chimiques des matériaux en présence, les caractéristiques géométriques incluant, par extension, la forme des pièces.
2.2 Énergie superficielle
L’énergie superficielle γ d’un solide (exprimée en mJ · m−2) est le travail qu’il faut fournir pour créer, de façon isotherme et réversible, une unité d’aire de surface nouvelle.
Cette énergie reflète globalement la nature des liaisons entre atomes ou molécules constituant le solide car elle correspond en quelque sorte à l’énergie libre ou disponible des liaisons « coupées » à la surface.
En général, les énergies superficielles les plus élevées (jusqu’à plusieurs milliers de millijoules par mètre carré) correspondent aux métaux et solides covalents, les plus faibles (moins de 100 mJ · m−2) aux molécules organiques (polymères et plus particulièrement les composés fluorés), tandis que les composés ioniques (oxydes) se situent à des niveaux intermédiaires, soit quelques centaines de millijoules par mètre carré.
L’énergie superficielle influe à la fois sur les propriétés de frottement à sec des matériaux (forces d’adhésion – coefficient de frottement (figure 2)), et sur le comportement en régime lubrifié, à travers les phénomènes de mouillage-étalement.
La corrélation entre énergie de surface et aptitude à l’adhésion des matériaux apparaît clairement à travers l’usage des matériaux fluorés...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - VAZIRI (M.), STOTT (F.H.), SPURR (R.T.) - Studies of the friction of polymeric materials. - Wear, vol. 22, p. 313-327 (1988).
-
(2) - CARTIER (M.) - Les revêtements autolubrifiants ou vernis de glissement. - Journées CETIM « Le frottement sec et la lubrification solide », 15-16 déc. 1998.
-
(3) - CARTIER (M.) - Positionnement des revêtements durs et ultradurs dans la gamme des traitements et revêtements de surfaces à usage tribologique – Tenue et performances mécaniques des dépôts durs. - Rapport CETIM n° 9B41.
-
(4) - BISSON (E.E.), ANDERSON (W.J.) - Advanced bearing technology. - NASA SP, 38, (1964).
-
(5) - CARTIER (M.) - Contribution à l’étude des problèmes de frottement rencontrés dans la culbuterie. - Journal du Frottement Industriel, HEF, n° 6 (1980).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
1.1 Organismes de formation (liste non exhaustive)
Conservatoire National des Arts et Métiers – Centre d’Actualisation des Connaissances et de l’Étude des Matériaux Industriels (CNAM-CACEMI) :
– Dégradation des surfaces par usure en construction mécanique
Institut National des Sciences Appliquées (INSA) :
– Frottement – Lubrification – Tribologie : applications aux mécanismes
Centre Technique des Industries Mécaniques (CETIM) :
– Frottement, usure : optimisation de la conception mécanique et du choix des matériaux
HEF Formation :
– La mécanique des surfaces (frottement-usure)
– Traitements et revêtements de surfaces appliqués aux problèmes de frottement
École Centrale de Lyon (ECL) :
– Les expertises en tribologie
– Les principes de la tribologie et leurs applications
– Pratique de la microscopie à force atomique (AFM), monodureté et mécanique du contact
Institut Supérieur des Matériaux et de la Construction Mécanique (ISMCM) – Centre d’Études Supérieures des Techniques Industrielles (ISMCM-CESTI) :
– Tribologie et applications
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