Elaboration, caractérisation et tribologie de couches minces DLC (diamond-like carbon) pour la lubrification des mécanismes spatiaux PDF Download
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Author: Julien Fontaine
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 536
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Book Description
La lubrification des mécanismes spatiaux embarqués sur des satellites est un enjeu technologique considérable compte tenu du cahier des charges imposé en terme d'exigences fonctionnelles et opérationnelles. Ce travail de recherche a pour objectif d'élargir les performances des lubrifiants solides déjà utilisés dans la plupart des missions, notamment le MoS2. Ces lubrifiants présentent actuellement une durabilité insuffisante, une forte sensibilité à l'environnement et produisent trop de débris d'usure. Parmi les couches minces à forte potentialité dans de nombreux domaines (microélectronique, optique, biomédical), les couches de type DLC (Diamond-like Carbon) présentent un très large spectre de structures et de compositions ajustables par les procédés de dépôt. Notre choix s'est porté sur l'optimisation d'une famille de couches DLC susceptibles de répondre au cahier des charges d'au moins une application spatiale. Nous avons élaboré et optimisé la composition et la structure d'un multicouche à gradient fonctionnel à base de titane, carbone et hydrogène Ti/TiC(H)/a-CH par un procédé hybride PVD/PECVD. Les dépôts, mis au point en collaboration avec le groupe HEF, ont été réalisés sur éprouvettes et sur pièces de mécanismes réels tels que des roulements. Nous avons montré que des frottements sous vide faibles et peu bruités sont liés à la teneur en hydrogène dans la couche superficielle, teneur qui doit être supérieure à 45 % at. L'adhérence de la couche carbonée sur les substrats est conditionnée par la couche à gradient fonctionnel à base de titane. Les tests sur tribomètre de laboratoire et sur les bancs d'essais du CNES (Toulouse) démontrent que les multicouches optimisées répondent à un premier niveau de sélection pour une application spatiale, en termes de valeur et de stabilité de frottement d'une part, de résistance à l'usure d'autre part. Parallèlement à cette étude à finalité technologique, nous avons approfondi significativement les mécanismes de frottement faible observé également sur des couches DLC modèles déposées sur silicium par le centre de recherche Watson d'IBM (U.S.A.). Nous avons ainsi dégagé une meilleure compréhension du rôle de l'hydrogène, présent dans les couches DLC ou sous forme gazeuse dans l'environnement du contact, sur les valeurs de frottement stabilisé. Nous avons également démontré l'influence de la composition chimique des surfaces en contact sur la cinétique du régime de frottement transitoire précédent le régime stabilisé. Le concept de dureté chimique "Chemical Hardness" a été appliqué et discuté à partir des résultats expérimentaux. Ce travail, soutenu par la région Rhône-Alpes, a été réalisé en cotutelle entre deux laboratoires de l'Institut Européen de Tribologie, le Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes de l'Ecole Centrale de Lyon, et le Laboratoire de Mécanique des Contact de l'INSA de Lyon.
Author: Julien Fontaine
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Languages : fr
Pages : 536
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La lubrification des mécanismes spatiaux embarqués sur des satellites est un enjeu technologique considérable compte tenu du cahier des charges imposé en terme d'exigences fonctionnelles et opérationnelles. Ce travail de recherche a pour objectif d'élargir les performances des lubrifiants solides déjà utilisés dans la plupart des missions, notamment le MoS2. Ces lubrifiants présentent actuellement une durabilité insuffisante, une forte sensibilité à l'environnement et produisent trop de débris d'usure. Parmi les couches minces à forte potentialité dans de nombreux domaines (microélectronique, optique, biomédical), les couches de type DLC (Diamond-like Carbon) présentent un très large spectre de structures et de compositions ajustables par les procédés de dépôt. Notre choix s'est porté sur l'optimisation d'une famille de couches DLC susceptibles de répondre au cahier des charges d'au moins une application spatiale. Nous avons élaboré et optimisé la composition et la structure d'un multicouche à gradient fonctionnel à base de titane, carbone et hydrogène Ti/TiC(H)/a-CH par un procédé hybride PVD/PECVD. Les dépôts, mis au point en collaboration avec le groupe HEF, ont été réalisés sur éprouvettes et sur pièces de mécanismes réels tels que des roulements. Nous avons montré que des frottements sous vide faibles et peu bruités sont liés à la teneur en hydrogène dans la couche superficielle, teneur qui doit être supérieure à 45 % at. L'adhérence de la couche carbonée sur les substrats est conditionnée par la couche à gradient fonctionnel à base de titane. Les tests sur tribomètre de laboratoire et sur les bancs d'essais du CNES (Toulouse) démontrent que les multicouches optimisées répondent à un premier niveau de sélection pour une application spatiale, en termes de valeur et de stabilité de frottement d'une part, de résistance à l'usure d'autre part. Parallèlement à cette étude à finalité technologique, nous avons approfondi significativement les mécanismes de frottement faible observé également sur des couches DLC modèles déposées sur silicium par le centre de recherche Watson d'IBM (U.S.A.). Nous avons ainsi dégagé une meilleure compréhension du rôle de l'hydrogène, présent dans les couches DLC ou sous forme gazeuse dans l'environnement du contact, sur les valeurs de frottement stabilisé. Nous avons également démontré l'influence de la composition chimique des surfaces en contact sur la cinétique du régime de frottement transitoire précédent le régime stabilisé. Le concept de dureté chimique "Chemical Hardness" a été appliqué et discuté à partir des résultats expérimentaux. Ce travail, soutenu par la région Rhône-Alpes, a été réalisé en cotutelle entre deux laboratoires de l'Institut Européen de Tribologie, le Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes de l'Ecole Centrale de Lyon, et le Laboratoire de Mécanique des Contact de l'INSA de Lyon.
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ISBN:
Category :
Languages : en
Pages : 316
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Author: Hans Jörg Mathieu
Publisher: EPFL Press
ISBN: 2880744547
Category :
Languages : fr
Pages : 515
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Book Description
De nouveaux défis se présentent aujourd'hui pour l'industrie et la recherche avec le développement de la technologie des nanomatériaux et des biomatériaux. Pour relever ces défis, l'ingénieur et le scientifique ont besoin de connaissances approfondies dans le domaine de la chimie et de la physique des surfaces. Cet ouvrage propose une vue d'ensemble des méthodes analytiques récentes, de la préparation et du dépôt des couches minces ainsi que des problèmes de contact et d'usure pour diverses applications industrielles. La première partie présente les principales notions de la structure atomique des surfaces solides ainsi que les méthodes de leur caractérisation quantitative. La deuxième partie traite des nombreux aspects de la technologie de modification et de revêtement des surfaces d'objets techniques. Enfin, la troisième partie introduit le lecteur à la tribologie, science des phénomènes et des mécanismes du frottement. L'effet de lubrification est également discuté. Les principes sont illustrés de nombreux exemples pratiques, enrichis de la grande expérience des auteurs dans les domaines abordés. L'ouvrage s'adresse ainsi à la fois aux étudiants ingénieurs en matériaux, aux praticiens et aux chercheurs de l'industrie travaillant dans les domaines de la micro- et nanotechnologie, de l'électrochimie et du traitement des surfaces.
Author: Kazuhisa Miyoshi
Publisher:
ISBN:
Category : Tribology
Languages : en
Pages : 19
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Author: Kosta Simonović
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : en
Pages : 148
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This Ph.D. thesis studies individual and synergistic contributions of the Anti-Wear (Zinc dialkyldithiophosphate, ZDDP), Friction-Modifier (Glycerol isostearate, GIS) and Automotive additive package to the friction of the steel and DLC contacts across a broad range of boundary-lubrication contact conditions. A design-of-experiments was used to enable broad-range experimental matrix and Elastic-net regression technique was used to develop friction models and friction maps depending on the most relevant contact parameters, namely pressure, roughness, speed, and temperature. Moreover, obtained models are based on the experimental parameters and their interactions whose statistical significance has been undoubtedly proven. The major conclusion is that statistically identified interactions of the experimental parameters show which of the parameters interfere and compete in their influence on the coefficient of friction, hence, which of the investigated parameters must be simultaneously considered if proper conclusions are to be made. What is more, it is shown that single parameter investigations of the boundary lubrication regime do not reveal true properties of the contact/lubricant combination in the whole range of the boundary lubrication regime.
Author: Mathew M. Swisher
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : en
Pages : 111
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Book Description
Diamond like carbon (DLC) is an attractive choice as a coating for mechanical components, because of its excellent wear resistance and very low coefficient of friction . We use molecular dynamics (MD) simulations with a reactive force field (ReaxFF) to study the friction and wear between DLC counterfaces, both in comparison to and in contact with steel counterfaces. We show that the tribological properties of DLC in dry sliding friction are heavily dependent on both the structure of the DLC as well as the passivation layer that forms on the sliding counterfaces under different environmental conditions, and that when optimizing for the lowest COF the best structure for the DLC depends on the type of passivation layer. We also find that, by preventing bonding across the counterfaces as the thin film of lubricant is squeezed out at the point of contact, the passivation layer is instrumental in the material's ability to resist scuffing and wear. Additionally, we find that the strength and hardness of DLC makes damaging the passivation layer due to contact forces unlikely under real world conditions. Finally, we use MD simulations to study in more detail the transition from lubricated to dry friction, and in particular, the role of DLC surface chemistry and the resulting passivation layer in this transition. Our work shows that the frictional force can be described quite accurately across the transition from pure slip ( dry friction) to the purely hydrodynamic regime using a simple model which superposes the two effects, provided it also accounts for any immobile fluid layers at the fluid-solid interface. We show that, for water lubrication, the transition from the pure slip to the purely hydrodynamic regime occurs at smaller lengthscales in DLC counterfaces compared with steel.
Author: Erjia Liu
Publisher:
ISBN: 9789056820664
Category :
Languages : en
Pages : 0
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