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CONTACTEZ-NOUS

Catégorie : Tribologie linéaire

 

Test d'usure du revêtement PTFE

TEST D'USURE DU REVÊTEMENT PTFE

UTILISATION DU TRIBOMETRE ET DU TESTEUR MECANIQUE

Préparé par

DUANJIE LI, PhD

INTRODUCTION

Le polytétrafluoroéthylène (PTFE), communément appelé Téflon, est un polymère doté d'un coefficient de frottement (COF) exceptionnellement bas et d'une excellente résistance à l'usure, en fonction des charges appliquées. Le PTFE présente une inertie chimique supérieure, un point de fusion élevé de 327 °C (620 °F) et maintient une résistance, une ténacité et une autolubrification élevées à basses températures. La résistance exceptionnelle à l'usure des revêtements PTFE les rend très recherchés dans un large éventail d'applications industrielles, telles que l'automobile, l'aérospatiale, le médical et, notamment, les ustensiles de cuisine.

IMPORTANCE DE L'ÉVALUATION QUANTITATIVE DES REVÊTEMENTS PTFE

La combinaison d'un très faible coefficient de frottement (COF), d'une excellente résistance à l'usure et d'une inertie chimique exceptionnelle à des températures élevées fait du PTFE un choix idéal pour les revêtements de casseroles antiadhésifs. Pour améliorer encore ses processus mécaniques pendant la R&D, ainsi que pour assurer un contrôle optimal de la prévention des dysfonctionnements et des mesures de sécurité dans le processus de contrôle qualité, il est crucial de disposer d'une technique fiable d'évaluation quantitative des processus tribomécaniques des revêtements PTFE. Un contrôle précis du frottement de surface, de l'usure et de l'adhérence des revêtements est essentiel pour garantir les performances prévues.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le processus d'usure d'un revêtement PTFE pour une poêle antiadhésive est simulé à l'aide du tribomètre NANOVEA en mode linéaire alternatif.

NANOVEA T50

Tribomètre à poids libre compact

EN SAVOIR PLUS

De plus, le testeur mécanique NANOVEA a été utilisé pour effectuer un test d'adhérence aux micro-rayures afin de déterminer la charge critique de la défaillance de l'adhérence du revêtement PTFE.

NANOVEA PB1000

Testeur mécanique à grande plate-forme

EN SAVOIR PLUS

PROCÉDURE DE TEST

TEST D'USURE

USURE LINÉAIRE ALTERNATIVE À L'AIDE D'UN TRIBOMÈTRE

Le comportement tribologique de l'échantillon de revêtement PTFE, y compris le coefficient de frottement (COF) et la résistance à l'usure, a été évalué à l'aide du test NANOVEA. Tribomètre en mode alternatif linéaire. Une pointe sphérique en acier inoxydable 440 d'un diamètre de 3 mm (grade 100) a été utilisée contre le revêtement. Le COF a été surveillé en permanence pendant le test d'usure du revêtement PTFE.

 

Le taux d'usure, K, a été calculé à l'aide de la formule K=V/(F×s)=A/(F×n), où V représente le volume usé, F est la charge normale, s est la distance de glissement, A est la surface de la section transversale de la piste d'usure, et n est le nombre de courses. Les profils de traces d'usure ont été évalués à l'aide du NANOVEA Profilomètre optique, et la morphologie des traces d'usure a été examinée à l'aide d'un microscope optique.

PARAMÈTRES DES ESSAIS D'USURE

CHARGE 30 N
DURÉE DU TEST 5 minutes
TAUX GLISSANT 80 tr/min
AMPLITUDE DE PISTE 8 millimètres
RÉVOLUTIONS 300
DIAMÈTRE DE LA BOULE 3 mm
MATÉRIAU DE LA BOULE Acier inoxydable 440
LUBRIFIANT Aucun
ATMOSPHÈRE Air
TEMPÉRATURE 230C (TA)
HUMIDITÉ 43%

PROCÉDURE DE TEST

TEST D'ÉRAFLURE

TEST D'ADHÉRENCE MICRO SCRATCH À L'AIDE D'UN TESTEUR MÉCANIQUE

La mesure de l'adhérence des rayures du PTFE a été réalisée à l'aide du NANOVEA Testeur Méchanique avec un stylet diamant 1200 Rockwell C (rayon de 200 μm) en mode Micro Scratch Tester.

 

Afin d'assurer la reproductibilité des résultats, trois tests ont été réalisés dans des conditions de test identiques.

PARAMÈTRES DE L'ESSAI DE GRATTAGE

TYPE DE CHARGE Progressif
CHARGE INITIALE 0,01 mN
CHARGE FINALE 20 mN
TAUX DE CHARGEMENT 40 mN/min
LONGUEUR DU GRATTAGE 3 mm
VITESSE DE SCRATCHAGE, dx/dt 6.0 mm/min
GÉOMÉTRIE DU PÉNÉTRATEUR 120o Rockwell C
MATÉRIAU DE L'INDENTATEUR (pointe) Diamant
RAYON DE LA POINTE DU PÉNÉTRATEUR 200 μm

RÉSULTATS ET DISCUSSION

USURE LINÉAIRE ALTERNATIVE À L'AIDE D'UN TRIBOMÈTRE

Le COF enregistré in situ est présenté dans la FIGURE 1. L'échantillon de test présentait un COF d'environ 0,18 au cours des 130 premiers tours, en raison de la faible adhérence du PTFE. Cependant, il y a eu une augmentation soudaine du COF jusqu’à environ 1 une fois que le revêtement a percé, révélant le substrat situé en dessous. Suite aux essais linéaires alternatifs, le profil de la trace d'usure a été mesuré à l'aide du NANOVEA Profilomètre optique sans contact, comme le montre la FIGURE 2. À partir des données obtenues, le taux d'usure correspondant a été calculé comme étant d'environ 2,78 × 10-3 mm3/Nm, tandis que la profondeur de la trace d'usure a été déterminée comme étant de 44,94 µm.

Configuration du test d'usure du revêtement PTFE sur le tribomètre NANOVEA T50.

FIGURE 1: Évolution du COF lors du test d'usure du revêtement PTFE.

FIGURE 2 : Extraction de profil de piste d'usure PTFE.

PTFE Avant percée

Max COF 0.217
Min COF 0.125
CAF moyen 0.177

PTFE Après percée

Max COF 0.217
Min COF 0.125
CAF moyen 0.177

TABLEAU 1 : COF avant et après percée lors du test d'usure.

RÉSULTATS ET DISCUSSION

TEST D'ADHÉRENCE MICRO SCRATCH À L'AIDE D'UN TESTEUR MÉCANIQUE

L'adhérence du revêtement PTFE au substrat est mesurée à l'aide de tests de rayure avec un stylet en diamant de 200 µm. La micrographie est illustrée à la FIGURE 3 et à la FIGURE 4, Évolution du COF et de la profondeur de pénétration à la FIGURE 5. Les résultats du test de rayure du revêtement PTFE sont résumés dans le TABLEAU 4. Au fur et à mesure que la charge sur le stylet en diamant augmentait, il pénétrait progressivement dans le revêtement, entraînant une augmentation du COF. Lorsqu'une charge d'environ 8,5 N a été atteinte, la percée du revêtement et l'exposition du substrat se sont produites sous haute pression, conduisant à un COF élevé d'environ 0,3. Le faible St Dev indiqué dans le TABLEAU 2 démontre la répétabilité du test de rayure du revêtement PTFE effectué à l'aide du testeur mécanique NANOVEA.

FIGURE 3 : Micrographie de la rayure complète sur PTFE (10X).

FIGURE 4 : Micrographie de la rayure complète sur PTFE (10X).

FIGURE 5 : Graphique de frottement montrant la ligne du point de rupture critique pour le PTFE.

Test de rayure. Point de défaillance [N] Force de frottement [N] COF
1 0.335 0.124 0.285
2 0.337 0.207 0.310
3 0.380 0.229 0.295
Moyenne 8.52 2.47 0.297
St dev 0.17 0.16 0.012

TABLEAU 2 : Résumé de la charge critique, de la force de friction et du COF lors du test de rayure.

CONCLUSION

Dans cette étude, nous avons réalisé une simulation du processus d'usure d'un revêtement PTFE pour casseroles antiadhésives à l'aide du tribomètre NANOVEA T50 en mode linéaire alternatif. Le revêtement PTFE présentait un faible COF d'environ 0,18, le revêtement a connu une percée à environ 130 tours. L'évaluation quantitative de l'adhérence du revêtement PTFE au substrat métallique a été réalisée à l'aide du testeur mécanique NANOVEA qui a déterminé que la charge critique de l'échec de l'adhérence du revêtement était d'environ 8,5 N dans ce test.

 

Les tribomètres NANOVEA offrent des capacités de test d'usure et de frottement précises et reproductibles en utilisant les modes rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM. Ils fournissent des modules optionnels pour l'usure à haute température, la lubrification et la tribocorrosion, tous intégrés dans un système unique. Cette polyvalence permet aux utilisateurs de simuler avec plus de précision des environnements d'application réels et de mieux comprendre les mécanismes d'usure et les propriétés tribologiques de différents matériaux.

 

Les testeurs mécaniques NANOVEA proposent des modules Nano, Micro et Macro, chacun comprenant des modes de test d'indentation, de rayure et d'usure conformes aux normes ISO et ASTM, offrant la gamme de capacités de test la plus large et la plus conviviale disponible dans un seul système.

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Usure et frottement des courroies polymères à l'aide d'un tribomètre

COURROIES EN POLYMÈRE

USURE ET FRICTION à l'aide d'un TRIBOMETRE

Préparé par

DUANJIE LI, PhD

INTRODUCTION

La transmission par courroie transmet la puissance et suit le mouvement relatif entre deux ou plusieurs arbres rotatifs. En tant que solution simple et peu coûteuse avec un entretien minimal, les transmissions par courroie sont largement utilisées dans une variété d'applications, telles que les scies à ruban, les scieries, les batteuses, les souffleurs de silo et les convoyeurs. Les transmissions par courroie peuvent protéger les machines contre les surcharges, ainsi qu'amortir et isoler les vibrations.

IMPORTANCE DE L'ÉVALUATION DE L'USURE POUR LES TRANSMISSIONS PAR COURROIE

Le frottement et l'usure sont inévitables pour les courroies d'une machine entraînée par courroie. Un frottement suffisant assure une transmission efficace de la puissance sans glissement, mais un frottement excessif peut entraîner une usure rapide de la courroie. Différents types d'usure tels que la fatigue, l'abrasion et le frottement se produisent pendant le fonctionnement de la transmission par courroie. Afin de prolonger la durée de vie de la courroie et de réduire le coût et le temps de réparation et de remplacement de la courroie, une évaluation fiable des performances d'usure des courroies est souhaitable pour améliorer la durée de vie des courroies, l'efficacité de la production et les performances des applications. La mesure précise du coefficient de friction et du taux d'usure de la courroie facilite la R&D et le contrôle de la qualité de la production de courroies.

Tribomètre pneumatique à haute charge

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, nous avons simulé et comparé les comportements d'usure de courroies présentant différentes textures de surface afin de mettre en évidence la capacité de l NANOVEA Le tribomètre T2000 permet de simuler le processus d'usure de la courroie de manière contrôlée et surveillée.

NANOVEA

T2000

EN SAVOIR PLUS

PROCÉDURES DE TEST

Le coefficient de frottement (COF) et la résistance à l'usure de deux courroies présentant des rugosités et des textures de surface différentes ont été évalués par l'analyse de l'indice de frottement. NANOVEA Charge élevée Tribomètre utilisant le module d'usure à mouvement alternatif linéaire. Une bille en acier 440 (diamètre 10 mm) a été utilisée comme contre-matériau. La rugosité de la surface et la trace d'usure ont été examinées à l'aide d'un Profilomètre 3D sans contact. Le taux d'usure, Ka été évaluée à l'aide de la formule K=Vl(Fxs)où V est le volume usé, F est la charge normale et s est la distance de glissement.

 

Veuillez noter qu'une contrepartie lisse en acier 440 a été utilisée comme exemple dans cette étude. Tout matériau solide de forme et de finition de surface différentes peut être appliqué à l'aide de montages personnalisés pour simuler la situation d'application réelle.

RÉSULTATS ET DISCUSSION

La bande texturée et la bande lisse ont une rugosité de surface Ra de 33,5 et 8,7 um, respectivement, d'après les profils de surface analysés pris avec une NANOVEA Profileur optique 3D sans contact. Le COF et le taux d'usure des deux courroies testées ont été mesurés à 10 N et 100 N, respectivement, afin de comparer le comportement d'usure des courroies à différentes charges.

FIGURE 1 montre l'évolution du COF des courroies pendant les essais d'usure. Les courroies avec différentes textures présentent des comportements d'usure sensiblement différents. Il est intéressant de noter qu'après la période de rodage au cours de laquelle le COF augmente progressivement, la courroie texturée atteint un COF inférieur de ~0,5 dans les deux tests réalisés avec des charges de 10 N et 100 N. En comparaison, la courroie lisse testée sous une charge de 10 N présente un COF nettement plus élevé de ~1,4 lorsque le COF se stabilise et se maintient au-dessus de cette valeur pour le reste du test. La courroie lisse testée sous une charge de 100 N a été rapidement usée par la bille d'acier 440 et a formé une grande trace d'usure. L'essai a donc été arrêté à 220 tours.

FIGURE 1: Evolution du COF des courroies à différentes charges.

La FIGURE 2 compare les images des traces d'usure en 3D après les essais à 100 N. Le profilomètre sans contact NANOVEA 3D offre un outil pour analyser la morphologie détaillée des traces d'usure, ce qui permet de mieux comprendre le mécanisme d'usure.

TABLEAU 1 : Résultat de l'analyse des traces d'usure.

FIGURE 2 :  Vue 3D des deux courroies
après les essais à 100 N.

Le profil de la trace d'usure en 3D permet de déterminer directement et précisément le volume de la trace d'usure calculé par le logiciel d'analyse avancée, comme le montre le TABLEAU 1. Lors d'un essai d'usure de 220 tours, la courroie lisse présente une trace d'usure beaucoup plus grande et plus profonde avec un volume de 75,7 mm3, contre un volume d'usure de 14,0 mm3 pour la courroie texturée après un essai d'usure de 600 tours. Le frottement nettement plus élevé de la courroie lisse contre la bille d'acier entraîne un taux d'usure 15 fois supérieur à celui de la courroie texturée.

 

Une telle différence de COF entre la courroie texturée et la courroie lisse est probablement liée à la taille de la zone de contact entre la courroie et la bille d'acier, ce qui entraîne également des performances d'usure différentes. La FIGURE 3 montre les traces d'usure des deux courroies au microscope optique. L'examen des traces d'usure est en accord avec l'observation de l'évolution du COF : La courroie texturée, qui maintient un faible COF de ~0,5, ne présente aucun signe d'usure après le test d'usure sous une charge de 10 N. La courroie lisse présente une petite trace d'usure à 10 N. Les tests d'usure effectués à 100 N créent des traces d'usure beaucoup plus grandes sur les courroies texturées et lisses, et le taux d'usure sera calculé à l'aide de profils 3D, comme nous le verrons dans le paragraphe suivant.

FIGURE 3 :  Traces d'usure au microscope optique.

CONCLUSION

Dans cette étude, nous avons démontré la capacité du tribomètre NANOVEA T2000 à évaluer le coefficient de friction et le taux d'usure des courroies d'une manière bien contrôlée et quantitative. La texture de la surface joue un rôle essentiel dans la résistance au frottement et à l'usure des courroies pendant leur durée de vie. La courroie texturée présente un coefficient de frottement stable de ~0,5 et possède une longue durée de vie, ce qui permet de réduire le temps et les coûts de réparation ou de remplacement des outils. En comparaison, le frottement excessif de la courroie lisse contre la bille d'acier use rapidement la courroie. En outre, la charge exercée sur la courroie est un facteur essentiel de sa durée de vie. La surcharge crée une friction très élevée, ce qui entraîne une usure accélérée de la courroie.

Le tribomètre NANOVEA T2000 offre des essais d'usure et de friction précis et répétables en utilisant des modes rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules optionnels d'usure à haute température, de lubrification et de tribocorrosion disponibles dans un système pré-intégré. NANOVEA's est une solution idéale pour déterminer la gamme complète des propriétés tribologiques des revêtements, films et substrats minces ou épais, mous ou durs.

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Test d'usure des pistons

Test d'usure des pistons

Utilisation d'un tribomètre

Préparé par

FRANK LIU

INTRODUCTION

La perte par frottement représente environ 10% de l'énergie totale du carburant d'un moteur diesel.[1]. 40-55% de la perte par friction provient du système de cylindre de puissance. La perte d'énergie due au frottement peut être diminuée par une meilleure compréhension des interactions tribologiques qui se produisent dans le système de cylindre de puissance.

Une partie importante de la perte par frottement dans le système de cylindre de puissance provient du contact entre la jupe du piston et la chemise du cylindre. L'interaction entre la jupe du piston, le lubrifiant et les interfaces du cylindre est assez complexe en raison des changements constants de force, de température et de vitesse dans un moteur réel. L'optimisation de chaque facteur est essentielle pour obtenir des performances optimales du moteur. Cette étude se concentre sur la reproduction des mécanismes à l'origine des forces de frottement et de l'usure aux interfaces jupe du piston - lubrifiant - chemise du cylindre (P-L-C).

 Schéma du système de vérins de puissance et des interfaces jupe de piston-lubrifiant-revêtement de vérin.

[1] Bai, Dongfang. Modélisation de la lubrification de la jupe du piston dans les moteurs à combustion interne. Diss. MIT, 2012

IMPORTANCE DE TESTER LES PISTONS AVEC DES TRIBOMÈTRES

L'huile moteur est un lubrifiant bien conçu pour son application. Outre l'huile de base, des additifs tels que des détergents, des dispersants, des améliorants de viscosité (VI), des agents anti-usure/anti-friction et des inhibiteurs de corrosion sont ajoutés pour améliorer ses performances. Ces additifs influent sur le comportement de l'huile dans différentes conditions de fonctionnement. Le comportement de l'huile affecte les interfaces P-L-C et détermine si une usure importante par contact métal-métal ou une lubrification hydrodynamique (très peu d'usure) se produit.

Il est difficile de comprendre les interfaces P-L-C sans isoler la zone des variables externes. Il est plus pratique de simuler l'événement avec des conditions représentatives de son application réelle. Le site NANOVEA Tribomètre est idéal pour cela. Équipé de plusieurs capteurs de force, d'un capteur de profondeur, d'un module de lubrifiant goutte à goutte et d'un étage linéaire alternatif, le NANOVEA Le T2000 est capable de reproduire fidèlement les événements qui se produisent dans un bloc moteur et d'obtenir des données précieuses pour mieux comprendre les interfaces P-L-C.

Module liquide sur le tribomètre NANOVEA T2000

Le module goutte à goutte est crucial pour cette étude. Comme les pistons peuvent se déplacer à une vitesse très rapide (supérieure à 3 000 tr/min), il est difficile de créer un film mince de lubrifiant en immergeant l'échantillon. Pour remédier à ce problème, le module de goutte-à-goutte est capable d'appliquer une quantité constante de lubrifiant sur la surface de la jupe du piston.

L'application d'un lubrifiant frais élimine également le risque que des contaminants d'usure délogés influencent les propriétés du lubrifiant.

Tribomètre pneumatique à haute charge

NANOVEA T2000

Tribomètre à charge élevée

OBJECTIF DE MESURE

Les interfaces jupe du piston - lubrifiant - chemise du cylindre seront étudiées dans ce rapport. Les interfaces seront reproduites en effectuant un essai d'usure linéaire alternatif avec un module de lubrifiant goutte à goutte.

Le lubrifiant sera appliqué à température ambiante et à chaud pour comparer les conditions de démarrage à froid et de fonctionnement optimal. Le COF et le taux d'usure seront observés pour mieux comprendre le comportement des interfaces dans des applications réelles.

PARAMÈTRES D'ESSAI

pour les essais tribologiques sur les pistons

CHARGE ............................ 100 N

DURÉE DU TEST ............................ 30 minutes

VITESSE ............................ 2000 rpm

AMPLITUDE ............................ 10 mm

DISTANCE TOTALE ............................ 1200 m

REVÊTEMENT DE LA JUPE ............................ Moly-graphite

MATÉRIAU DE LA BROCHE ............................ Alliage d'aluminium 5052

DIAMÈTRE DE LA BROCHE ............................ 10 mm

LUBRIFIANT ............................ Huile moteur (10W-30)

APPROX. DÉBIT ............................ 60 mL/min

TEMPÉRATURE ............................ Température ambiante et 90°C

RÉSULTATS DES ESSAIS DE RÉCIPROCITÉ LINÉAIRE

Dans cette expérience, l'A5052 a été utilisé comme contre-matériau. Alors que les blocs moteurs sont généralement fabriqués en aluminium moulé tel que l'A356, l'A5052 a des propriétés mécaniques similaires à l'A356 pour ce test de simulation [2].

Dans les conditions d'essai, une usure importante a été
observée sur la jupe du piston à température ambiante
par rapport à la température de 90°C. Les rayures profondes observées sur les échantillons suggèrent que le contact entre le matériau statique et la jupe du piston se produit fréquemment tout au long de l'essai. La viscosité élevée à température ambiante peut empêcher l'huile de remplir complètement les espaces aux interfaces et de créer un contact métal-métal. À une température plus élevée, l'huile s'amincit et est capable de s'écouler entre l'axe et le piston. Par conséquent, on observe une usure nettement moindre à une température plus élevée. La FIGURE 5 montre qu'un côté de la cicatrice d'usure s'est beaucoup moins usé que l'autre. Cela est très probablement dû à l'emplacement de la sortie d'huile. L'épaisseur du film de lubrifiant était plus importante d'un côté que de l'autre, provoquant une usure inégale.

 

 

[2] "Aluminium 5052 vs aluminium 356.0." MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminum/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminum

Le COF des essais de tribologie à mouvement alternatif linéaire peut être divisé en un passage haut et un passage bas. Le passage haut fait référence à l'échantillon se déplaçant dans la direction avant, ou positive, et le passage bas fait référence à l'échantillon se déplaçant dans la direction inverse, ou négative. On a observé que le COF moyen pour l'huile RT était inférieur à 0,1 dans les deux sens. Les COF moyens entre les passages étaient de 0,072 et 0,080. Le COF moyen de l'huile à 90°C s'est avéré différent entre les passages. Des valeurs moyennes de COF de 0,167 et 0,09 ont été observées. La différence de COF est une preuve supplémentaire que l'huile n'a pu mouiller correctement qu'un seul côté de l'axe. Un COF élevé a été obtenu lorsqu'un film épais s'est formé entre l'axe et la jupe du piston en raison de la lubrification hydrodynamique qui s'est produite. Un COF plus faible est observé dans l'autre sens lorsqu'une lubrification mixte se produit. Pour plus d'informations sur la lubrification hydrodynamique et la lubrification mixte, veuillez consulter notre note d'application sur Courbes de Stribeck.

Tableau 1 : Résultats d'un essai d'usure lubrifié sur des pistons.

FIGURE 1: Graphiques COF pour l'essai d'usure de l'huile à température ambiante A profil brut B passage élevé C passage bas.

FIGURE 2 : Graphiques COF pour un essai d'huile d'usure à 90°C A profil brut B passe haut C passe bas.

FIGURE 3 : Image optique d'une cicatrice d'usure provenant d'un test d'usure d'huile moteur RT.

FIGURE 4 : Volume d'un trou analyse de la cicatrice d'usure de l'essai d'usure de l'huile moteur RT.

FIGURE 5 : Scan de profilométrie d'une cicatrice d'usure provenant d'un test d'usure d'huile moteur RT.

FIGURE 6 : Image optique d'une cicatrice d'usure provenant d'un essai d'usure d'huile moteur à 90°C

FIGURE 7 : Volume de l'analyse d'un trou de la cicatrice d'usure provenant d'un essai d'usure d'huile moteur à 90°C.

FIGURE 8 : Balayage profilométrique d'une cicatrice d'usure provenant d'un essai d'usure d'huile moteur à 90°C.

CONCLUSION

Des essais d'usure par mouvement alternatif linéaire lubrifié ont été menés sur un piston afin de simuler les événements qui se produisent dans une machine à café.
moteur opérationnel en situation réelle. Les interfaces jupe du piston - lubrifiant - chemise du cylindre sont cruciales pour le fonctionnement d'un moteur. L'épaisseur du lubrifiant à l'interface est responsable de la perte d'énergie due à la friction ou à l'usure entre la jupe du piston et la chemise du cylindre. Pour optimiser le moteur, l'épaisseur du film doit être aussi fine que possible sans que la jupe du piston et la chemise du cylindre ne se touchent. Le défi, cependant, est de savoir comment les changements de température, de vitesse et de force affecteront les interfaces P-L-C.

Avec sa large gamme de charge (jusqu'à 2000 N) et de vitesse (jusqu'à 15000 tr/min), le tribomètre NANOVEA T2000 est capable de simuler les différentes conditions possibles dans un moteur. Les études futures possibles sur ce sujet incluent le comportement des interfaces P-L-C sous différentes charges constantes, charges oscillantes, température du lubrifiant, vitesse et méthode d'application du lubrifiant. Ces paramètres peuvent être facilement ajustés avec le tribomètre NANOVEA T2000 pour donner une compréhension complète des mécanismes des interfaces jupe de piston-lubrifiant-revêtement de cylindre.

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Fretting Wear Testing Tribologie

Évaluation de l'usure par frottement

ÉVALUATION DE L'USURE PAR FROTTEMENT

Évaluation de l'usure par frottement dans l'aviation

Auteur :

Duanjie Li, PhD

Révisé par

Jocelyn Esparza

Évaluation de l'usure par fretting dans les mines et la métallurgie

INTRODUCTION

L'usure par frottement est "un processus d'usure particulier qui se produit dans la zone de contact entre deux matériaux soumis à une charge et à un mouvement relatif minime sous l'effet de vibrations ou d'une autre force". Lorsque les machines sont en fonctionnement, des vibrations se produisent inévitablement dans les assemblages boulonnés ou goupillés, entre des composants qui ne sont pas destinés à bouger, ainsi que dans les accouplements et les roulements oscillants. L'amplitude de ce mouvement de glissement relatif est souvent de l'ordre du micromètre ou du millimètre. Ce mouvement répétitif de faible amplitude provoque une usure mécanique localisée importante et un transfert de matière à la surface, ce qui peut entraîner une réduction de l'efficacité de la production et des performances de la machine, voire l'endommager.

Importance de l'aspect quantitatif
Évaluation de l'usure par frottement

L'usure par frottement implique souvent plusieurs mécanismes d'usure complexes se produisant au niveau de la surface de contact, notamment l'abrasion à deux corps, l'adhérence et/ou l'usure par fatigue par frottement. Afin de comprendre le mécanisme d'usure par frottement et de sélectionner le meilleur matériau pour la protection contre l'usure par frottement, une évaluation fiable et quantitative de l'usure par frottement est nécessaire. Le comportement à l'usure par frottement est considérablement influencé par l'environnement de travail, tel que l'amplitude de déplacement, la charge normale, la corrosion, la température, l'humidité et la lubrification. Un polyvalent tribomètre capable de simuler différentes conditions de travail réalistes sera idéal pour l'évaluation de l'usure par fretting.

Steven R. Lampman, ASM Handbook : Volume 19 : Fatigue et Fracture
http://www.machinerylubrication.com/Read/693/fretting-wear

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, nous avons évalué les comportements d'usure par fretting d'un échantillon d'acier inoxydable SS304 à différentes vitesses d'oscillation et températures afin de mettre en évidence la capacité de l'acier inoxydable SS304 à résister à l'usure par fretting. NANOVÉA T50 Le tribomètre permet de simuler le processus d'usure par frottement du métal d'une manière bien contrôlée et surveillée.

NANOVEA

T50

CONDITIONS DE TEST

La résistance à l'usure par frottement d'un échantillon d'acier inoxydable SS304 a été évaluée par NANOVEA Tribomètre utilisant un module d'usure à mouvement alternatif linéaire. Une bille en WC (6 mm de diamètre) a été utilisée comme contre-matériau. La trace d'usure a été examinée à l'aide d'un NANOVEA Profileur 3D sans contact. 

L'essai de fretting a été réalisé à température ambiante (RT) et à 200 °C pour étudier l'effet de la haute température sur la résistance à l'usure par frottement de l'échantillon de SS304. Une plaque chauffante sur le plateau de l'échantillon a chauffé l'échantillon pendant l'essai de fretting à 200 °C. Le taux d'usure, Ka été évaluée à l'aide de la formule K=V/(F×s)où V est le volume usé, F est la charge normale, et s est la distance de glissement.

Veuillez noter qu'une boule de WC comme contre-matériau a été utilisée comme exemple dans cette étude. Tout matériau solide de différentes formes et finitions de surface peut être appliqué à l'aide d'un dispositif de fixation personnalisé afin de simuler la situation d'application réelle.

PARAMÈTRES D'ESSAI

des mesures d'usure

RÉSULTATS ET DISCUSSION

Le profil 3D de la trace d'usure permet de déterminer directement et avec précision la perte de volume de la trace d'usure calculée par l'analyse de la trace d'usure. NANOVEA Logiciel d'analyse des montagnes. 

L'essai d'usure alternatif à faible vitesse de 100 tr/min et à température ambiante présente une petite trace d'usure de 0,014 mm.³. En comparaison, l'essai d'usure par frottement effectué à une vitesse élevée de 1000 tr/min crée une trace d'usure nettement plus importante, d'un volume de 0,12 mm.³. Ce processus d'usure accéléré peut être attribué à la chaleur élevée et aux vibrations intenses générées pendant l'essai d'usure par frottement, qui favorisent l'oxydation des débris métalliques et entraînent une forte abrasion des trois corps. L'essai d'usure par frottement à une température élevée de 200 °C forme une plus grande trace d'usure de 0,27 mm³.

L'essai d'usure par frottement à 1000 tr/min présente un taux d'usure de 1,5×10-4 mm³/Nm, soit près de neuf fois plus que lors d'un essai d'usure alternatif à 100 tr/min. L'essai d'usure par frottement à une température élevée accélère encore le taux d'usure à 3,4×10-4 mm³/Nm. Une différence aussi importante dans la résistance à l'usure mesurée à différentes vitesses et températures montre l'importance de simuler correctement l'usure de contact pour des applications réalistes.

Le comportement de l'usure peut changer radicalement lorsque de petites modifications des conditions d'essai sont introduites dans le tribosystème. La polyvalence de la NANOVEA Le tribomètre permet de mesurer l'usure dans diverses conditions, notamment la température élevée, la lubrification, la corrosion et autres. Le contrôle précis de la vitesse et de la position par le moteur avancé permet aux utilisateurs d'effectuer le test d'usure à des vitesses allant de 0,001 à 5000 tr/min, ce qui en fait un outil idéal pour les laboratoires de recherche et d'essai pour étudier l'usure de contact dans différentes conditions tribologiques.

Traces d'usure par frottement dans diverses conditions

sous le microscope optique

Traces d'usure par frottement dans différentes conditions au microscope optique

PROFILS 3D DES PISTES D'USAGE

fournir plus d'informations sur la compréhension fondamentale
du mécanisme d'usure par frottement

profils d'usure 3d - fretting

RÉSUMÉ DES RÉSULTATS DES TRACES D'USURE

mesurée à l'aide de différents paramètres d'essai

CONCLUSION

Dans cette étude, nous avons mis en évidence la capacité de la NANOVEA Tribomètre pour évaluer le comportement de l'usure de contact d'un échantillon d'acier inoxydable SS304 de manière bien contrôlée et quantitative. 

La vitesse et la température de l'essai jouent un rôle essentiel dans la résistance à l'usure par frottement des matériaux. La chaleur élevée et les vibrations intenses pendant l'usure par frottement ont entraîné une accélération substantielle de l'usure de l'échantillon de SS304, de près de neuf fois. La température élevée de 200 °C a encore augmenté le taux d'usure à 3,4×10-4 mm3/Nm. 

La polyvalence de la NANOVEA Le tribomètre est un outil idéal pour mesurer l'usure de contact dans diverses conditions, notamment la température élevée, la lubrification, la corrosion et autres.

NANOVEA Les tribomètres offrent des tests d'usure et de friction précis et répétables en utilisant des modes rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules optionnels d'usure à haute température, de lubrification et de tribo-corrosion disponibles dans un système pré-intégré. Notre gamme inégalée est une solution idéale pour déterminer l'ensemble des propriétés tribologiques des revêtements, films et substrats minces ou épais, souples ou durs.

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Roulements à billes : étude de résistance à l'usure à haute force



INTRODUCTION

Un roulement à billes utilise des billes pour réduire le frottement de rotation et supporter les charges radiales et axiales. Les billes qui roulent entre les chemins de roulement produisent un coefficient de frottement (COF) bien inférieur à celui de deux surfaces planes glissant l'une contre l'autre. Les roulements à billes sont souvent exposés à des niveaux élevés de contraintes de contact, à l'usure et à des conditions environnementales extrêmes telles que des températures élevées. Par conséquent, la résistance à l'usure des billes sous des charges élevées et des conditions environnementales extrêmes est essentielle pour prolonger la durée de vie du roulement à billes et réduire les coûts et les délais de réparation et de remplacement.
Les roulements à billes peuvent être trouvés dans presque toutes les applications impliquant des pièces mobiles. Ils sont couramment utilisés dans les industries du transport telles que l'aérospatiale et l'automobile, ainsi que dans l'industrie du jouet qui fabrique des articles tels que des fidget spinner et des planches à roulettes.

ÉVALUATION DE L'USURE DES ROULEMENTS À BILLES À DES CHARGES ÉLEVÉES

Les roulements à billes peuvent être fabriqués à partir d’une longue liste de matériaux. Les matériaux couramment utilisés vont des métaux comme l'acier inoxydable et l'acier chromé ou des céramiques comme le carbure de tungstène (WC) et le nitrure de silicium (Si3n4). Pour garantir que les roulements à billes fabriqués possèdent la résistance à l'usure requise, idéale pour les conditions d'application données, des évaluations tribologiques fiables sous des charges élevées sont nécessaires. Les tests tribologiques aident à quantifier et à comparer les comportements à l'usure de différents roulements à billes de manière contrôlée et surveillée afin de sélectionner le meilleur candidat pour l'application ciblée.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, nous présentons un Nanovea Tribomètre comme l'outil idéal pour comparer la résistance à l'usure de différents roulements à billes sous des charges élevées.

Figure 1 : Configuration du test de roulement.

PROCÉDURE DE TEST

Le coefficient de frottement, COF, et la résistance à l'usure des roulements à billes fabriqués dans différents matériaux ont été évalués par un tribomètre Nanovea. Du papier de verre grain P100 a été utilisé comme matériau de comptoir. Les traces d'usure des roulements à billes ont été examinées à l'aide d'un Nanovea Profileur 3D sans contact après la fin des tests d'usure. Les paramètres de test sont résumés dans le tableau 1. Le taux d'usure, Ka été évaluée à l'aide de la formule K=V/(F×s)où V est le volume usé, F est la charge normale et s est la distance de glissement. Les cicatrices d'usure des billes ont été évaluées par un Nanovea Profileur 3D sans contact pour garantir une mesure précise du volume d'usure.
La fonction de positionnement radial motorisé automatisée permet au tribomètre de diminuer le rayon de la piste d'usure pendant la durée d'un test. Ce mode de test est appelé test en spirale et garantit que le roulement à billes glisse toujours sur une nouvelle surface du papier de verre (Figure 2). Il améliore considérablement la répétabilité du test de résistance à l’usure du ballon. L'encodeur avancé 20 bits pour le contrôle de vitesse interne et l'encodeur 16 bits pour le contrôle de position externe fournissent des informations précises sur la vitesse et la position en temps réel, permettant un ajustement continu de la vitesse de rotation pour obtenir une vitesse de glissement linéaire constante au niveau du contact.
Veuillez noter que le papier de verre P100 Grit a été utilisé pour simplifier le comportement à l'usure entre les différents matériaux de billes dans cette étude et peut être remplacé par n'importe quelle autre surface de matériau. N'importe quel matériau solide peut être remplacé pour simuler les performances d'une large gamme de raccords de matériaux dans des conditions d'application réelles, comme dans un liquide ou un lubrifiant.

Figure 2 : Illustration des passes en spirale du roulement à billes sur le papier de verre.
Tableau 1 : Paramètres d'essai des mesures d'usure.

 

RÉSULTATS ET DISCUSSION

Le taux d'usure est un facteur essentiel pour déterminer la durée de vie du roulement à billes, tandis qu'un faible COF est souhaitable pour améliorer les performances et l'efficacité du roulement. La figure 3 compare l'évolution du COF pour différents roulements à billes par rapport au papier de verre lors des tests. La bille en acier Cr présente un COF accru de ~0,4 lors du test d'usure, contre ~0,32 et ~0,28 pour les roulements à billes SS440 et Al2O3. En revanche, la boule WC présente un COF constant de ~0,2 tout au long du test d'usure. Une variation observable du COF peut être observée tout au long de chaque test, attribuée aux vibrations provoquées par le mouvement de glissement des roulements à billes contre la surface rugueuse du papier de verre.

 

Figure 3 : Evolution du COF lors des tests d'usure.

Les figures 4 et 5 comparent les cicatrices d'usure des roulements à billes après qu'elles ont été mesurées respectivement par un microscope optique et un profileur optique sans contact Nanovea, et le tableau 2 résume les résultats de l'analyse des traces d'usure. Le profileur Nanovea 3D détermine avec précision le volume d'usure des roulements à billes, permettant de calculer et de comparer les taux d'usure de différents roulements à billes. On peut observer que les billes en acier Cr et SS440 présentent des cicatrices d'usure aplaties beaucoup plus grandes que les billes en céramique, c'est-à-dire Al2O3 et WC après les tests d'usure. Les billes en acier Cr et SS440 ont des taux d'usure comparables de 3,7 × 10-3 et 3,2 × 10-3 m3/N m, respectivement. En comparaison, la bille Al2O3 présente une résistance à l’usure améliorée avec un taux d’usure de 7,2×10-4 m3/N·m. La boule WC présente à peine des rayures mineures sur la zone de piste d'usure peu profonde, ce qui entraîne un taux d'usure considérablement réduit de 3,3 × 10-6 mm3/N·m.

Figure 4 : Cicatrices d'usure des roulements à billes après les tests.

Figure 5 : Morphologie 3D des cicatrices d'usure sur les roulements à billes.

Tableau 2 : Analyse des cicatrices d'usure des roulements à billes.

La figure 6 montre des images au microscope des traces d'usure produites sur le papier de verre par les quatre roulements à billes. Il est évident que la boule WC produit la trace d'usure la plus sévère (éliminant presque toutes les particules de sable sur son passage) et possède la meilleure résistance à l'usure. En comparaison, les billes en acier Cr et SS440 ont laissé une grande quantité de débris métalliques sur la trace d'usure du papier de verre.
Ces observations démontrent en outre l’importance du bénéfice d’un test en spirale. Il garantit que le roulement à billes glisse toujours sur une nouvelle surface du papier de verre, ce qui améliore considérablement la répétabilité d'un test de résistance à l'usure.

Figure 6 : Usure des traces sur le papier de verre contre différents roulements à billes.

CONCLUSION

La résistance à l'usure des roulements à billes sous haute pression joue un rôle essentiel dans leurs performances en service. Les roulements à billes en céramique possèdent une résistance à l'usure considérablement améliorée dans des conditions de contraintes élevées et réduisent le temps et les coûts liés à la réparation ou au remplacement des roulements. Dans cette étude, le roulement à billes WC présente une résistance à l'usure nettement supérieure à celle des roulements en acier, ce qui en fait un candidat idéal pour les applications de roulements soumises à une usure importante.
Un tribomètre Nanovea est conçu avec des capacités de couple élevées pour des charges allant jusqu'à 2 000 N et un moteur précis et contrôlé pour des vitesses de rotation de 0,01 à 15 000 tr/min. Il propose des tests d'usure et de frottement reproductibles en utilisant les modes rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules d'usure et de lubrification à haute température en option disponibles dans un système pré-intégré. Cette gamme inégalée permet aux utilisateurs de simuler différents environnements de travail sévères des roulements à billes, notamment des contraintes élevées, l'usure et des températures élevées, etc. Elle constitue également un outil idéal pour évaluer quantitativement les comportements tribologiques de matériaux supérieurs résistants à l'usure sous des charges élevées.
Un profileur 3D sans contact Nanovea fournit des mesures précises du volume d'usure et agit comme un outil pour analyser la morphologie détaillée des traces d'usure, fournissant ainsi des informations supplémentaires sur la compréhension fondamentale des mécanismes d'usure.

Préparé par
Duanjie Li, Ph.D., Jonathan Thomas et Pierre Leroux

Évaluation de l'usure et des rayures d'un fil de cuivre traité en surface

Importance de l'évaluation de l'usure et de la rayure des fils de cuivre

Le cuivre a une longue histoire d'utilisation dans le câblage électrique depuis l'invention de l'électroaimant et du télégraphe. Les fils de cuivre sont utilisés dans une large gamme d'équipements électroniques tels que les panneaux, les compteurs, les ordinateurs, les machines commerciales et les appareils électroménagers, grâce à leur résistance à la corrosion, à leur soudabilité et à leurs performances à des températures élevées (jusqu'à 150 °C). Environ la moitié de tout le cuivre extrait est utilisé pour la fabrication de fils et de câbles électriques.

La qualité de la surface des fils de cuivre est essentielle pour les performances et la durée de vie des applications. Les micro-défauts des fils peuvent entraîner une usure excessive, l'apparition et la propagation de fissures, une diminution de la conductivité et une soudabilité inadéquate. Un traitement de surface approprié des fils de cuivre élimine les défauts de surface générés lors du tréfilage, améliorant ainsi la résistance à la corrosion, aux rayures et à l'usure. De nombreuses applications aérospatiales utilisant des fils de cuivre nécessitent un comportement contrôlé afin d'éviter une défaillance inattendue de l'équipement. Des mesures quantifiables et fiables sont nécessaires pour évaluer correctement la résistance à l'usure et aux rayures de la surface des fils de cuivre.

 
 

 

Objectif de la mesure

Dans cette application, nous simulons un processus d'usure contrôlée de différents traitements de surface de fils de cuivre. Essais par rayures mesure la charge nécessaire pour provoquer une rupture sur la couche de surface traitée. Cette étude présente le Nanovea Tribomètre et Testeur Méchanique comme outils idéaux pour l’évaluation et le contrôle qualité des fils électriques.

 

 

Procédure d'essai et procédures

Le coefficient de frottement (COF) et la résistance à l'usure de deux traitements de surface différents sur des fils de cuivre (fil A et fil B) ont été évalués par le tribomètre Nanovea à l'aide d'un module d'usure linéaire alternatif. Une bille d'Al₂O₃ (diamètre 6 mm) est le contre-matériau utilisé dans cette application. La trace d'usure a été examinée à l'aide du système Nanovea Profilomètre 3D sans contact. Les paramètres de test sont résumés dans le tableau 1.

Une bille lisse en Al₂O₃ comme contre-matériau a été utilisée comme exemple dans cette étude. Tout matériau solide de forme et de finition de surface différentes peut être appliqué à l'aide d'un dispositif de fixation personnalisé pour simuler la situation d'application réelle.

 

 

Le testeur mécanique de Nanovea équipé d'un stylet en diamant Rockwell C (rayon de 100 μm) a effectué des tests de rayure à charge progressive sur les fils revêtus en utilisant le mode micro-rayure. Les paramètres du test de rayure et la géométrie de la pointe sont indiqués dans le tableau 2.
 

 

 

 

Résultats et discussion

Usure du fil de cuivre :

La figure 2 montre l'évolution du COF des fils de cuivre pendant les tests d'usure. Le fil A présente un COF stable de ~0,4 tout au long de l'essai d'usure tandis que le fil B présente un COF de ~0,35 dans les 100 premiers tours et augmente progressivement jusqu'à ~0,4.

 

La figure 3 compare les traces d'usure des fils de cuivre après les tests. Le profilomètre 3D sans contact de Nanovea a offert une analyse supérieure de la morphologie détaillée des traces d'usure. Il permet une détermination directe et précise du volume des traces d'usure en fournissant une compréhension fondamentale du mécanisme d'usure. La surface du fil B présente des traces d'usure significatives après un test d'usure de 600 tours. La vue 3D du profilomètre montre que la couche traitée en surface du fil B a été complètement retirée, ce qui a considérablement accéléré le processus d'usure. Cela a laissé une trace d'usure aplatie sur le fil B, là où le substrat de cuivre est exposé. Cela peut entraîner une réduction significative de la durée de vie des équipements électriques dans lesquels le fil B est utilisé. En comparaison, le fil A présente une usure relativement faible, comme le montre une trace d'usure peu profonde sur la surface. La couche traitée en surface sur le fil A ne s'est pas retirée comme la couche sur le fil B dans les mêmes conditions.

Résistance à la rayure de la surface du fil de cuivre :

La figure 4 montre les traces de rayures sur les fils après les tests. La couche protectrice du fil A présente une très bonne résistance aux rayures. Elle se délamine à une charge de ~12,6 N. En comparaison, la couche protectrice du fil B s'est rompue à une charge de ~1,0 N. Une telle différence significative dans la résistance à la rayure de ces fils contribue à leur performance d'usure, où le fil A possède une résistance à l'usure considérablement améliorée. L'évolution de la force normale, du COF et de la profondeur au cours des tests de rayure illustrés à la Fig. 5 fournit un meilleur aperçu de la rupture du revêtement pendant les tests.

Conclusion

Dans cette étude contrôlée, nous avons présenté le tribomètre Nanovea qui effectue une évaluation quantitative de la résistance à l'usure des fils de cuivre traités en surface et le testeur mécanique Nanovea qui fournit une évaluation fiable de la résistance à la rayure des fils de cuivre. Le traitement de surface des fils joue un rôle essentiel dans les propriétés tribo-mécaniques pendant leur durée de vie. Le traitement de surface approprié du fil A a considérablement amélioré la résistance à l'usure et aux rayures, ce qui est essentiel pour la performance et la durée de vie des fils électriques dans des environnements difficiles.

Le tribomètre de Nanovea offre des tests d'usure et de friction précis et répétables en utilisant des modes rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules optionnels d'usure à haute température, de lubrification et de tribo-corrosion disponibles dans un système pré-intégré. La gamme inégalée de Nanovea est une solution idéale pour déterminer la gamme complète des propriétés tribologiques des revêtements, films et substrats minces ou épais, souples ou durs.

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Effet de l'humidité sur la tribologie des revêtements DLC

Importance de l'évaluation de l'usure du DLC dans l'humidité

Les revêtements en carbone de type diamant (DLC) possèdent des propriétés tribologiques améliorées, à savoir une excellente résistance à l'usure et un très faible coefficient de frottement (COF). Les revêtements DLC confèrent les caractéristiques du diamant lorsqu'ils sont déposés sur différents matériaux. Les propriétés tribo-mécaniques favorables rendent les revêtements DLC préférables dans diverses applications industrielles, telles que les pièces aérospatiales, les lames de rasoir, les outils de coupe de métal, les roulements, les moteurs de motos et les implants médicaux.

Les revêtements DLC présentent un très faible COF (inférieur à 0,1) contre les billes d'acier sous vide poussé et dans des conditions sèches.12. Cependant, les revêtements DLC sont sensibles aux changements de conditions environnementales, en particulier à l'humidité relative (HR).3. Les environnements à forte humidité et concentration d'oxygène peuvent entraîner une augmentation significative du COF4. Une évaluation fiable de l'usure dans une humidité contrôlée simule des conditions environnementales réalistes des revêtements DLC pour les applications tribologiques. Les utilisateurs sélectionnent les meilleurs revêtements DLC pour les applications cibles avec une comparaison appropriée
des comportements d'usure du DLC exposé à différentes humidités.



Objectif de la mesure

Cette étude présente le Nanovea Tribomètre équipé d'un contrôleur d'humidité, c'est l'outil idéal pour étudier le comportement à l'usure des revêtements DLC à diverses humidités relatives.

 

 



Procédure d'essai

La résistance au frottement et à l'usure des revêtements DLC a été évaluée par le tribomètre Nanovea. Les paramètres de test sont résumés dans le tableau 1. Un contrôleur d’humidité fixé à la tribo-chambre contrôlait avec précision l’humidité relative (HR) avec une précision de ± 1%. Après les tests, les traces d'usure sur les revêtements DLC et les cicatrices d'usure sur les billes de SiN ont été examinées à l'aide d'un microscope optique.

Remarque : N'importe quel matériau de bille solide peut être appliqué pour simuler les performances de différents couplages de matériaux dans des conditions environnementales telles que dans un lubrifiant ou à haute température.







Résultats et discussion

Les revêtements DLC sont parfaits pour les applications tribologiques en raison de leur faible friction et de leur résistance supérieure à l'usure. Le frottement du revêtement DLC présente un comportement dépendant de l'humidité, comme le montre la figure 2. Le revêtement DLC présente un COF très faible de ~0,05 tout au long du test d'usure dans des conditions relativement sèches (10% HR). Le revêtement DLC présente un COF constant de ~0,1 pendant l'essai lorsque l'humidité relative augmente à 30%. La phase initiale de rodage du COF est observée au cours des 2000 premiers tours lorsque l'humidité relative dépasse 50%. Le revêtement DLC présente un COF maximal de ~0,20, ~0,26 et ~0,33 pour des HR de 50, 70 et 90%, respectivement. Après la période de rodage, le COF du revêtement DLC reste constant à ~0,11, 0,13 et 0,20 pour des HR de 50, 70 et 90%, respectivement.

 



La figure 3 compare les cicatrices d'usure des billes SiN et la figure 4 compare les traces d'usure du revêtement DLC après les tests d'usure. Le diamètre de la cicatrice d'usure était plus petit lorsque le revêtement DLC était exposé à un environnement à faible humidité. La couche de transfert DLC s'accumule sur la surface de la bille SiN pendant le processus de glissement répétitif au niveau de la surface de contact. À ce stade, le revêtement DLC glisse contre sa propre couche de transfert qui agit comme un lubrifiant efficace pour faciliter le mouvement relatif et limiter la perte de masse supplémentaire causée par la déformation par cisaillement. Un film de transfert est observé dans la cicatrice d'usure de la bille en SiN dans des environnements à faible HR (par exemple 10% et 30%), ce qui entraîne un processus d'usure décéléré sur la bille. Ce processus d'usure se reflète sur la morphologie de la trace d'usure du revêtement DLC, comme le montre la figure 4. Le revêtement DLC présente une trace d'usure plus petite dans les environnements secs, en raison de la formation d'un film de transfert DLC stable à l'interface de contact, qui réduit considérablement la friction et le taux d'usure.


 


Conclusion




L'humidité joue un rôle essentiel dans les performances tribologiques des revêtements DLC. Le revêtement DLC possède une résistance à l'usure considérablement améliorée et un faible frottement supérieur dans des conditions sèches en raison de la formation d'une couche graphitique stable transférée sur la contrepartie coulissante (une bille de SiN dans cette étude). Le revêtement DLC glisse contre sa propre couche de transfert, qui agit comme un lubrifiant efficace pour faciliter le mouvement relatif et limiter la perte de masse supplémentaire causée par la déformation par cisaillement. Aucun film n'est observé sur la bille de SiN avec une humidité relative croissante, ce qui entraîne une augmentation du taux d'usure de la bille de SiN et du revêtement DLC.

Le tribomètre Nanovea propose des tests d'usure et de friction reproductibles en utilisant les modes rotatif et linéaire conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules d'humidité en option disponibles dans un système pré-intégré. Il permet aux utilisateurs de simuler l'environnement de travail à différentes humidités, offrant ainsi aux utilisateurs un outil idéal pour évaluer quantitativement les comportements tribologiques des matériaux dans différentes conditions de travail.



En savoir plus sur le tribomètre Nanovea et le service de laboratoire

1 C. Donnet, Surf. Coat. Technol. 100-101 (1998) 180.

2 K. Miyoshi, B. Pohlchuck, K.W. Street, J.S. Zabinski, J.H. Sanders, A.A. Voevodin, R.L.C. Wu, Wear 225-229 (1999) 65.

3 R. Gilmore, R. Hauert, Surf. Coat. Technol. 133-134 (2000) 437.

4 R. Memming, H.J. Tolle, P.E. Wierenga, Thin Solid Coatings 143 (1986) 31


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Comparaison de l'usure par abrasion sur le denim

Introduction

La forme et la fonction d'un tissu sont déterminées par sa qualité et sa durabilité. L'utilisation quotidienne des tissus entraîne leur usure, par exemple l'empilement, le peluchage et la décoloration. La qualité médiocre des tissus utilisés pour les vêtements peut souvent entraîner le mécontentement des consommateurs et porter atteinte à la marque.

Tenter de quantifier les propriétés mécaniques des tissus peut poser de nombreux défis. La structure du fil et même l'usine dans laquelle il a été produit peuvent entraîner une mauvaise reproductibilité des résultats des tests. Il est donc difficile de comparer les résultats de tests provenant de différents laboratoires. La mesure de la résistance à l'usure des tissus est essentielle pour les fabricants, les distributeurs et les détaillants de la chaîne de production textile. Une mesure de la résistance à l'usure bien contrôlée et reproductible est cruciale pour assurer un contrôle de qualité fiable du tissu.

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Usure rotative ou linéaire et COF ? (Une étude complète utilisant le tribomètre Nanovea)

L'usure est le processus d'enlèvement et de déformation d'un matériau sur une surface résultant de l'action mécanique de la surface opposée. Il est influencé par divers facteurs, notamment le glissement unidirectionnel, le roulement, la vitesse, la température et bien d'autres. L'étude de l'usure, la tribologie, couvre de nombreuses disciplines, de la physique et de la chimie au génie mécanique et à la science des matériaux. La nature complexe de l'usure nécessite des études isolées sur des mécanismes ou processus d'usure spécifiques, tels que l'usure adhésive, l'usure abrasive, la fatigue de surface, l'usure par frottement et l'usure érosive. Cependant, « l’usure industrielle » implique généralement plusieurs mécanismes d’usure se produisant en synergie.

Les tests d'usure linéaires alternatifs et rotatifs (broche sur disque) sont deux configurations largement utilisées conformes à la norme ASTM pour mesurer le comportement d'usure par glissement des matériaux. Étant donné que la valeur du taux d'usure de toute méthode de test d'usure est souvent utilisée pour prédire le classement relatif des combinaisons de matériaux, il est extrêmement important de confirmer la répétabilité du taux d'usure mesuré à l'aide de différentes configurations de test. Cela permet aux utilisateurs d’examiner attentivement la valeur du taux d’usure rapportée dans la littérature, ce qui est essentiel pour comprendre les caractéristiques tribologiques des matériaux.

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Évaluation des plaquettes de frein avec la tribologie


Importance de l'évaluation des performances des coussins de sécurité

Les plaquettes de frein sont des composites, c'est-à-dire un matériau composé de plusieurs ingrédients, qui doivent pouvoir satisfaire à un grand nombre d'exigences en matière de sécurité. Les plaquettes de frein idéales ont un coefficient de frottement (COF) élevé, un faible taux d'usure, un bruit minimal et restent fiables dans des environnements variés. Pour s'assurer que la qualité des plaquettes de frein est en mesure de répondre à ces exigences, les essais tribologiques peuvent être utilisés pour identifier les spécifications critiques.


L'importance de la fiabilité des plaquettes de frein est placée très haut ; la sécurité des passagers ne doit jamais être négligée. Il est donc essentiel de reproduire les conditions de fonctionnement et d'identifier les points de défaillance possibles.
Avec le Nanovéa Tribomètre, une charge constante est appliquée entre une goupille, une bille ou un plat et un contre-matériau en mouvement constant. Le frottement entre les deux matériaux est collecté avec une cellule de pesée rigide, permettant de collecter les propriétés du matériau à différentes charges et vitesses et testé dans des environnements à haute température, corrosifs ou liquides.



Objectif de la mesure

Dans cette étude, le coefficient de friction des plaquettes de frein a été étudié dans un environnement où la température augmente continuellement, de la température ambiante à 700°C. La température de l'environnement a été augmentée in-situ jusqu'à ce qu'une défaillance notable de la plaquette de frein soit observée. Un thermocouple a été fixé à l'arrière de l'axe pour mesurer la température près de l'interface de glissement.



Procédure d'essai et procédures




Résultats et discussion

Cette étude se concentre principalement sur la température à laquelle les plaquettes de frein commencent à tomber en panne. Les COF obtenus ne représentent pas des valeurs réelles ; le matériau de l'axe n'est pas le même que celui des rotors de frein. Il convient également de noter que les données de température collectées sont la température de la goupille et non celle de l'interface de glissement.

 








Au début de l'essai (température ambiante), le COF entre la broche en SS440C et la plaquette de frein a donné une valeur constante d'environ 0,2. Au fur et à mesure que la température augmentait, le COF augmentait régulièrement et atteignait une valeur maximale de 0,26 près de 350°C. Au-delà de 390°C, le COF commence rapidement à diminuer. Le COF a commencé à augmenter pour revenir à 0,2 à 450°C mais commence à diminuer jusqu'à une valeur de 0,05 peu après.


La température à laquelle les plaquettes de frein se sont systématiquement rompues est identifiée à des températures supérieures à 500°C. Au-delà de cette température, le COF n'était plus en mesure de conserver le COF de départ de 0,2.



Conclusion




Les plaquettes de frein ont montré une défaillance constante à une température supérieure à 500°C. Son COF de 0,2 augmente lentement jusqu'à une valeur de 0,26 avant de redescendre à 0,05 à la fin de l'essai (580°C). La différence entre 0,05 et 0,2 est un facteur de 4. Cela signifie que la force normale à 580°C doit être quatre fois plus importante qu'à température ambiante pour obtenir la même force d'arrêt !


Bien qu'il ne soit pas inclus dans cette étude, le tribomètre Nanovea est également capable d'effectuer des tests pour observer une autre propriété importante des plaquettes de frein : le taux d'usure. En utilisant nos profilomètres 3D sans contact, le volume de la trace d'usure peut être obtenu pour calculer la vitesse d'usure des échantillons. Les tests d'usure peuvent être effectués avec le tribomètre Nanovea dans différentes conditions et environnements de test afin de simuler au mieux les conditions de fonctionnement.

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