ANALYSE ET IDENTIFICATION DU COMPORTEMENT TRIBOLOGIQUE

Ce chapitre est consacré à l’étude de la réponse tribologique des composites à base de matrices thermoplastiques suite à des essais de frottement réalisés sur un micro-tribomètre de type alterné. Les matrices thermoplastiques de l’étude ont été décrites au chapitre précédent, elles concernent principalement le PC et le PA. Deux types de lubrifiant solide leurs ont été incorporés à des fractions massiques variant de 2% jusqu’à 10%, le graphite et le MoS2. L’addition de ces lubrifiants est effectuée à travers deux procédés différents, l’impact de la méthodologie d’élaboration sera ainsi analysé. Les tests de frottement ont été réalisés à l’aide du micro-tribomètre décrit au chapitre 2. Les conditions opératoires sont fixées à un effort normal de 5 N, une fréquence d’alternance de 1 Hz pour une course de ± 1 mm. Les corps en contact sont, pour le corps mobile, une bille en acier 100Cr6 de diamètre 19mm et, pour le corps fixe, une éprouvette en matériau composite (polymère + charge). À l’issue de chaque test, des mesures du volume usé, ainsi que des observations topographiques et ectués. Des observations microscopiques des fa dentifier les principaux mécanismes d’usure.

Les polymères thermoplastiques chargés de lubrifiants solides en poudre

 Le mécanisme est le système mécanique qui donne les conditions de fonctionnement du contact par la transmission des charges statiques ou dynamiques. Les éléments associés au mécanisme peuvent être divisés en deux catégories (Bill, 1982) : les conditions de contact (amplitude de déplacement, charge normale, fréquence, dureté et géométrie du contact) et les conditions environnementales (humidité, température et nature de l’atmosphère).— Les premiers corps sont les corps délimitant le contact et par lesquels les efforts sont transmis. Ils supportent les sollicitations du mécanisme et répondent par des transformations superficielles ou volumiques. La résistance au déplacement est imposée par la variation des vitesses relatives des corps en contact. La réponse des premiers corps aux contraintes locales se traduit par deux types de comportement: soit des transformations microstructurales, soit un détachement de particules.— Le troisième corps peut être représenté comme étant la zone qui marque une discontinuité de composition très proche de la surface (troisième corps au sens matériaux). Cette zone comprend des « écrans » de très faible épaisseur ainsi que des particules solides qui circulent dans le contact pour construire un film continu ou discontinu. Le troisième corps peut également être représenté comme étant l’épaisseur qui régit l’accommodation de la différence de vitesse entre les deux premiers corps. Ainsi, le troisième corps garantit la répartition des pressions et participe à la transmission du chargement entre les deux solides en contact. Il peut être piégé dans le contact ou bien expulsé du contact. Le troisième corps peut alimenter volontairement le contact (graisse, huile, lubrifiant solide,…) comme il peut être le produit de l’usure des deux matériaux en contact. Son épaisseur est de quelques micromètres. développé au sein du thème Tribologie, Fonctionnalisation et Caractérisation des Surfaces (TFCS) du Département de Mécanique Appliquée de l’Institut Femto-ST. Un déplacement sinusoïdal est imposé à la fréquence de 1 Hz et avec une amplitude de ±1mm. L’effort normal appliqué est de 5 N ce qui engendre une pression de contact de 40 MPa. Ces conditions sont conservées durant tous les essais.

Sur la figure 3.3 sont reportées des courbes typiques qui donnent l’évolution du coefficient de frottement moyen avec le nombre de cycles à différents pourcentages massiques de MoS2 ajoutés à la matrice en PC. Les différentes courbes de la figure 3.3 présentent des allures semblables. En effet, le coefficient de frottement progresse de façon continue en début d’essai jusqu’à atteindre une valeur maximale suite à laquelle il diminue progressivement. Il atteint un régime d’accommodation établi en se stabilisant après un nombre de cycles variable selon la quantité de MoS2. Le coefficient de frottement reste alors stable jusqu’au bout de l’essai (Delbé, 2008; Kagnaya, 2009). On peut constater que la valeur du pic de frottement des composites en PC diminue en fonction du taux de MoS2 ajouté. Similairement, la valeur stabilisée du coefficient de frottement diminue en fonction du taux de MoS2.