Contribution à la compréhension des mécanismes d'action des additifs modificateurs de frottement et du couplage additif/surface dans tous les régimes de lubrification PDF Download
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Author: Mohamadou Bocar Diew
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Languages : fr
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Book Description
Le moteur à combustion, utilisé dans l’automobile est en perpétuelle évolution pour des raisons économiques et écologiques. Pour parvenir à de faibles consommations de carburant et émissions polluantes, l’un des axes étudiés est la réduction des pertes mécaniques par frottement du moteur qui constituent 15 à 20% de la consommation totale d’énergie du moteur. 50% de ces frottements proviennent des contacts Segment-Piston- Chemise et de la liaison Maneton-Bielle-Coussinet. De ce fait la compréhension de la tribologie de ce contact, l’optimisation de la lubrification et le vieillissement des lubrifiants deviennent primordiaux. L’objectif de cette thèse est d’étudier les mécanismes de lubrification de ces contacts segment/chemise et maneton/coussinet, et en particulier de comprendre l’influence du couplage additif, surface et matériau dans les différentes régimes de lubrification. Il s’agira de répondre à la question : comment maîtriser le frottement et l’usure en contrôlant la chimie du lubrifiant, la topographie et le matériau ? La démarche expérimentale choisie s’appuie sur l’analyse du comportement tribologique de deux additifs modificateurs de frottement sans cendres d’une part, puis sur l’impact du matériau et enfin sur l’influence de la topographie d’autre part. L’analyse de la cinétique d’évolution du coefficient de frottement et des traces d’usure en régime limite ont notamment permis d’identifier les mécanismes de réduction de frottement induits par les deux modificateurs étudiés.
Author: Mohamadou Bocar Diew
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Le moteur à combustion, utilisé dans l’automobile est en perpétuelle évolution pour des raisons économiques et écologiques. Pour parvenir à de faibles consommations de carburant et émissions polluantes, l’un des axes étudiés est la réduction des pertes mécaniques par frottement du moteur qui constituent 15 à 20% de la consommation totale d’énergie du moteur. 50% de ces frottements proviennent des contacts Segment-Piston- Chemise et de la liaison Maneton-Bielle-Coussinet. De ce fait la compréhension de la tribologie de ce contact, l’optimisation de la lubrification et le vieillissement des lubrifiants deviennent primordiaux. L’objectif de cette thèse est d’étudier les mécanismes de lubrification de ces contacts segment/chemise et maneton/coussinet, et en particulier de comprendre l’influence du couplage additif, surface et matériau dans les différentes régimes de lubrification. Il s’agira de répondre à la question : comment maîtriser le frottement et l’usure en contrôlant la chimie du lubrifiant, la topographie et le matériau ? La démarche expérimentale choisie s’appuie sur l’analyse du comportement tribologique de deux additifs modificateurs de frottement sans cendres d’une part, puis sur l’impact du matériau et enfin sur l’influence de la topographie d’autre part. L’analyse de la cinétique d’évolution du coefficient de frottement et des traces d’usure en régime limite ont notamment permis d’identifier les mécanismes de réduction de frottement induits par les deux modificateurs étudiés.
Author: Audrey Molza
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Languages : fr
Pages : 142
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Book Description
L'utilisation des additifs conventionnels (MoDTC, ZnDTP) dans les lubrifiants pour réduire le frottement et l'usure de pièces frottantes ont montré des limitations. Afin de pallier les faiblesses de ces additifs de nouvelles stratégies de lubrification ont été développées en utilisant des particules colloïdales de phases réductrices de frottement et d'usure. Les travaux antérieurs ont montré que l'introduction d'un lubrifiant solide composé de nanoparticules lamellaires en présence d'un liquide de faible viscosité entraînait une réduction spectaculaire du coefficient de frottement. L'objectif principal de la thèse est donc l'élucidation des mécanismes d'action mis en œuvre lors de ce processus de réduction du frottement. L'ensemble des résultats expérimentaux, acquis au cours des essais réalisés sur les films de nanoparticules (graphite exfolié et CND-G) en présence de pentane ou en présence de dispersion de nanoparticules dans le dodécane, à l'aide d'un tribomètre alternatif à géométrie sphère/plan, nous a permis de montrer que le processus de réduction du frottement est lié à la formation d'un contact conforme par constitution d'un film épais de nanoparticules agglomérées dans la zone de pénombre de Hertz conduit au changement de régime de lubrification limite vers un régime mixte ou EHD. Les analyses physico-chimiques du contact en glissement lubrifié par spectrométrie Raman in situ nous a permis de montrer que le film lubrifiant est constitué de la dispersion de nanoparticules dans le liquide et que le processus spécifique de réduction du frottement est aussi associé à l'orientation des nanoparticules parallèlement aux surfaces de glissement.
Author: Matthieu Boehm
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Languages : fr
Pages : 267
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La bonne maîtrise de l'opération de laminage passe par le contrôle du frottement d'origine limite ce qui nécessite une meilleure compréhension de la rhéologie des films interfaciaux et donc des mécanismes d'action des additifs de lubrification. La grande complexité des phénomènes physico-chimiques contrôlant le régime limite nous a amenés à développer une démarche originale visant à modéliser expérimentalement la lubrification limite par un tribomètre analytique sous ultra-vide. Cette méthode permet de simplifier le système tribologique et d'étudier in situ les mécanismes de formation de tribofilms au moyen de technique d'analyse de surface (XPS, AES). Nous avons utilisé des conditions mécaniques sévères pour former de la surface métallique nouvelle qui serait fortement impliquée dans la génération des tribofilms. Pour lubrifier le contact, nous avons introduit des molécules de petit poids moléculaire modélisant les différents constituants du lubrifiant par leur fonction chimique. Le contrôle de la pession de ces molécules dans l'enceinte (de 10-9 à 10 mbar) permet d'évaluer la cinétique de formation/destruction des tribofilms et de quantifier l'efficacité de ces molécules en régime de frottement limite. L'ensemble de ces résultats et leur rapprochement avec des expériences conduites avec les mêmes molécules en phase liquide valident la démarche expérimentale. En effet, les comportements tribologiques observés sont très proches des comportements usuels. Cette méthode pourrait donc être utilisée pour prédire le comportement tribologique de nouvelles molécules. Par ailleurs, les techniques d'analyse de surface ont permis de déterminer, pour de nombreuses molécules, les chemins réactionnels conduisant à la formation de tribofilms. Ces résultats nous ont conduit à diviser la formation d'un film protecteur en trois étapes clés (adsorption de la molécule, réactions chimiques et propriétés mécaniques du tribofilm) qui permettent de mieux comprendre la formation des tribofilms et de clarifier les effets des nombreux paramètres influençant leur formation, en particulier l'effet complexe de la température.
Author: Georges Minatchy
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Languages : fr
Pages : 0
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La tribologie est définie comme la science qui étudie les phénomènes de frottement, d'usure et de lubrification. Elle intervient à chaque fois que deux surfaces sont en mouvement relatif l'une par rapport à l'autre. On la rencontre donc principalement dans les moteurs, les instruments de coupe, les assemblages mécaniques etc. Le frottement et l'usure sont les causes principales des pertes de performances et de durabilité des systèmes. L'usure coute 3 % du PIB en France et on estime que 10 % à 30 % de l'énergie produite dans le monde est consommée par frottement, c'est dire l'importance que porte le monde industriel à cette science.C'est la lubrification qui a pour rôle de minimiser le frottement et de protéger les surfaces de l'usure. Il existe différents régimes de lubrification, cependant les travaux effectués au cours de cette thèse de doctorat s'intéressent exclusivement au régime de lubrification limite. Dans ce régime de lubrification, l'épaisseur du film de lubrifiant est du même ordre de grandeur que la hauteur des aspérités des surfaces en contact et le frottement et l'usure des surfaces peuvent être très sévères. La stratégie mise en place pour lutter contre ces phénomènes consiste à ajouter des additifs à l'huile lubrifiante, qui formeront au cours du frottement un film protecteur (le tribofilm). Il apparait donc primordial de bien caractériser ces tribofilms afin de mieux comprendre les mécanismes de réduction de frottement et de l'usure, qui restent encore à ce jour mal connus.Les nanotechnologies permettent aujourd'hui d'apporter un nouvel éclairage sur cette problématique et nous les avons mises à profit pour étudier le comportement mécanique des tribofilms à l'échelle nanométrique.L'objectif de ce travail est de comprendre les processus de réduction de frottement observés à l'échelle macroscopique lorsque des particules de composés lamellaires sont associées à un liquide de faible viscosité. Les tribofilms étudiés sont formés à partir de trois composés lamellaires différents, le graphite, le thiophosphate de nickel NiPS3 et le bisulfure de molybdène MoS2. Pour ces trois composés, deux types de tribofilms ont été étudiés : ceux formés à partir des particules seules (les tribofilms secs) et ceux formés en présence de liquide (les tribofilms éther).L'analyse des propriétés tribologiques mesurées à macro et nano échelle, nous ont permis de mieux comprendre la contribution des effets individuels et collectifs sur les mécanismes réducteurs de frottement. Ces expériences ont permis de mettre en évidence que la réduction du coefficient de frottement observée à macro-échelle n'est pas due à la nanostructuration des tribofilms ni à une baisse des interactions entre les feuillets mais plutôt à un effet collectif des particules et du liquide.
Author: Jean-Marie Georges
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ISBN: 9782212058239
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Languages : fr
Pages : 424
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Les phénomènes de frottement, d'usure et de lubrification, de même que les propriétés d'adhérence des matériaux entrent en jeu dans de nombreux domaines industriels, en particulier dans les secteurs où les enjeux de conservation d'énergie ou de fiabilité des systèmes et des équipements interviennent de façon cruciale. La tribologie, discipline qui traite de ces phénomènes, est une science pluridisciplinaire s'appuyant à la fois sur les bases fondamentales de la mécanique et sur les acquis récents de la science des matériaux. Elle s'intéresse à des phénomènes dont l'échelle varie de la dimension d'une machine à celle des liaisons atomiques et qui relèvent tant de la physique des solides que de la physico-chimie des surfaces. Destiné aux étudiants de deuxième et troisième cycles universitaires, aux élèves des écoles d'ingénieurs, à la formation par la recherche ainsi qu'aux praticiens chargés de la fabrication et de la maintenance des équipements, l'ouvrage de Jean-Marie Georges propose une méthode globale d'étude des problèmes de tribologie. Celle-ci passe par l'analyse mécanique macroscopique des systèmes et l'identification du type de déformation qui affecte les corps en contact. Un important développement est également consacré à l'apport de la physico-chimie des interfaces ainsi qu'aux notions d'énergie de surface, de mouillage et d'adhésion. Finalement, des modèles moléculaires sont présentés, qui rendent compte de l'origine des forces de frottement et de l'usure chimique des matériaux.
Author: Vanyna Golabkan
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Languages : fr
Pages : 125
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L'objectif de ce travail est l'étude des propriétés tribologiques intrinsèques (réduction du frottement et de l'usure)d'additifs organominéraux appartyenant à la famille de savons d'acide de diméthyle-3,5-hexanoïque (noté acide cékanoïque CK8).Le comportement tribologique des additifs étudiés (frottement et usure ) est initialement caractérisé à l'échelle macroscopique à l'aide d'un tribomètre alternatif sphère/plan dans les conditions extrêmes de pression, de température et de cisaillement régnant dans le contact, afin de se placer en régimede lubrification limite.La réduction de l'usure est associée à la formation au cours du frottement d'un tribofilm, capable de protéger efficacement les matériaux. Le mécanisme d'action du diméthyle-3,5-hexanoate de strontium est précisément étudié. La microscopie électronique en transmission particulièrement adaptée à l'étude des nanoparticules est le moyen mis en oeuvre pour caractériser l'additif initial ainsi que le film formé au cours des essais tribologiques. Le couplage des différentes techniques d'analyse:la diffraction électronique, l'imagerie filtrée en énergie, la spectroscopie de perte d'énergie d'électrons transmis(EELS)et d'émission des rayons X (EDXS) contribue à déterminer la composition chimique, la structure physique et moléculaire des phases avant et après frottement. La comparaison des microstructures permet de mettre en évidence les modifications physico-chimiques subies par l'additif sous les conditions physiques régnant dans le contact. Afin de compléter l'étude des propriétés tribologiques intrinsèques de l'additif et du film tribologique, des investigations à l'échelle moléculaire sont mises en oeuvre.
Author: Jean-Michel Martin
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Languages : fr
Pages : 153
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Author: Suzanne Giasson
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Languages : fr
Pages : 171
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LE MECANISME DE FORMATION DU FILM LIMITE OBTENU A PARTIR DES SULFONATES DE CALCIUM HYPERBASIQUES, A ETE ETUDIE. DANS UN PREMIER TEMPS, UNE ETUDE PHYSICO-CHIMIQUE DES SULFONATES DE CALCIUM HYPERBASIQUES A ETE REALISEE. LA STRUCTURE, LA TAILLE ET LA POLYDISPERSITE DES MICELLES QUE FORMENT CET ADDITIF DANS L'HUILE AINSI QUE LA NATURE DES INTERACTIONS EXISTANT ENTRE ELLES ONT ETE ETUDIEES PRINCIPALEMENT A L'AIDE DE LA SPECTROSCOPIE DE DIFFUSION DES RAYONS X AUX PETITS ANGLES (SAXS). CERTAINS PARAMETRES: LA PRESSION, LA TEMPERATURE, LA PRESENCE D'EAU, SUSCEPTIBLES D'INFLUENCER LA STRUCTURE MICELLAIRE EN FROTTEMENT, ONT EGALEMENT ETE ETUDIES. DANS UN DEUXIEME TEMPS, LA FORMATION DU FILM LIMITE OBTENU A PARTIR D'ESSAIS REALISES SUR UN TRIBOMETRE ALTERNATIF A ETE ETUDIEE A L'AIDE DE LA SPECTROSCOPIE INFRAROUGE PAR MODULATION DE POLARISATION (PM ARRAS), DE LA MICROSCOPIE ELECTRONIQUE A BALAYAGE (MEB) ET DE LA MICROSCOPIE A FORCE ATOMIQUE (AFM). L'ADDITIF ETUDIE FORME DANS L'HUILE DES MICELLES CONSTITUEES D'UN CUR DE CARBONATE DE CALCIUM AMORPHE DONT LE RAYON MOYEN EST 2,0 NM, ENTOURE DE CHAINES DE SULFONATE DONT LA LONGUEUR, COMPRISE ENTRE 0,9 ET 2,2 NM, DEPEND DE LA CONCENTRATION EN ADDITIF. EN REGIME CONCENTRE, LES MICELLES SONT SOUMISES A DES REPULSIONS STERIQUES CAUSEES PAR L'ENCOMBREMENT DES CHAINES DE SULFONATE ALORS QU'EN REGIME DILUE, DES FORCES ATTRACTIVES DE L'ORDRE DE 1 KT SONT RESSENTIES ENTRE LES MICELLES ET LES MAINTIENNENT AGREGEES. EN PRESENCE D'EAU, CETTE ENERGIE D'INTERACTION EST AUGMENTEE D'UN FACTEUR 10. LORSQUE L'ADDITIF EST SOUMIS AUX CONTRAINTES DU FROTTEMENT, SA STRUCTURE MICELLAIRE EST DETRUITE. LA FORMATION DU FILM LIMITE DEPEND DE L'ADSORPTION DU CARBONATE DE CALCIUM A LA SURFACE ET DE L'EXPULSION DES CHAINES DE SULFONATE OCCASIONNEE ESSENTIELLEMENT PAR LE CISAILLEMENT. LE FILM SE FORME DES LES PREMIERES SECONDES DE FROTTEMENT ET SA CROISSANCE S'OPERE PAR L'AGGLOMERATION ET LA CRISTALLISATION DES CURS DE CARBONATE DENUDES DE LEUR COUCHE DE SULFONATE ADSORBEE. LE FILM COUVRE PARTIELLEMENT LA SURFACE DE FROTTEMENT ET SON EPAISSEUR AUGMENTE TOUT AU COURS DE LA PREMIERE HEURE DE FROTTEMENT POUR ATTEINDRE, A CERTAINS ENDROITS, JUSQU'A 1 M. LA CRISTALLISATION S'EFFECTUE PRINCIPALEMENT SUR LES PARTIES PROEMINENTES DU FILM POUR FORMER DES CRISTAUX DE CALCITE DONT LA TAILLE TRES VARIABLE, EST COMPRISE ENTRE QUELQUES DIZAINES ET QUELQUES CENTAINES DE NANOMETRES. EN PRESENCE D'EAU, LA CINETIQUE DE FORMATION DU FILM EST RALENTIE ET LA CRISTALLISATION N'EST QUE PARTIELLE
Author: Pascale Malosse
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Languages : fr
Pages : 164
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Book Description
Le synchroniseur est l'organe de la boîte de vitesses le plus critique lors de la sélection d'un rapport. Un synchroniseur aussi bien conçu soit-il est incapable de produire un agrément de passage convenable sans un lubrifiant approprié dont les divers constituants et en particulier modificateurs de frottement, une amine et un phosphite ont été étudiées. Un tribomètre moléculaire et un banc élastohydrodynamique en ont permis une caractérisation nonotribologique. La flexibilité de la molécule d'amine et son organisation en couche anisotrope donnent un frottement ultra-faible. Il existe une adsorption concurrentielle entre l'amine et le phosphite qui, sans l'intervention du polymère épaississant, conduit, à température ambiante, à une déstructuration de la couche adsorbée associée à une perte d'anisotropie et à un mauvais comportement en frottement. Le package d'additifs est primordial à haute température où son excellente synergie avec l'amine et le phosphite favorise la chimisorption.
Author: Carol Grossiord
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Languages : fr
Pages : 146
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Book Description
Certaines pièces du moteur de véhicules automobiles sont soumises à des conditions sévères de frottement et d'usure. Les conséquences sur les surfaces en vis-à-vis (came/patin et segment/chemise) sont néfastes tant pour le rendement du système tout entier que pour sa longévité. Pour apporter au lubrifiant moteur des propriétés anti-usure et de réduction du frottement, des additifs spécifiques ont été développés. Ces additifs agissent en formant sur les surfaces en contact un film (appelé tribofilm) qui facilite le glissement des pièces l'une sur l'autre et qui les protège contre l'usure. Les dithiophosphates de zinc (Zndtp) sont des additifs utilisés pour leur propriétés anti-usure. Les dithiocarbamates de molybdène (Modtc) sont connus pour former des tribofilms capables de réduire considérablement le frottement. Les dithiophosphates de molybdène (Modtp) agissent à la fois sur l'usure et sur le frottement. Le respect des normes antipollution (diminution du taux de phosphore) conduit les industries pétrolières à s'intéresser aux combinaisons d'additifs, comme le mélange Modtc/Zndtp. Dans le but de comprendre l'origine des propriétés de ces additifs et leurs mécanismes d'action, nous avons mis au point une démarche expérimentale fondée sur la simulation du contact lubrifié traditionnel "instantané" par un contact sous vide. Dans un premier temps, le tribofilm est formé au cours d'un test de frottement en milieu lubrifié. Dans une enceinte sous ultravide, le tribofilm est ensuite soumis au frottement d'un pion en acier. Après l'essai, les surfaces sont séparées et les traces d'usure des surfaces frottantes sont caractérisées par AES, XPS et SAM. La formation de MoS2, à partir d'additifs au molybdène, a été mise en évidence à la fois lors du test lubrifié et lors du test sous UHV. D'une part, le tribofilm contient du MoS2 sous la forme de feuillets flexibles, indépendants et non orientés, dispersés dans une matrice amorphe. D'autre part, le bas niveau de frottement sous vide est associé à la présence de quelques monocouches de MoS2 dans le contact L'étude du film de transfert présent sur le pion après l'essai de frottement a montré le rôle des phosphates et des sulfures dans la réduction du frottement. Une partie des mécanismes réactionnels du transfert peut être expliquée par le principe de la dureté chimique. L'acidité ou la basicité, la dureté ou la mollesse chimique des espèces présentes dans les tribofilms déterminent la chimie du contact et le comportement de l'additif soumis au frottement. Un coefficient de frottement élevé est associé à une réaction entre les phosphates du tribofilm et la couche d'oxyde présente sur le pion. Une deuxième réaction entre la surface métallique du pion mise à nu et le MoS2 créé par le frottement est liée à un niveau de frottement très bas, de l'ordre du centième.
