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TRIBOLOGIE, USURE, FROTTEMENT, TRAITEMENT SURFACE, and [SPI]Engineering Sciences [physics]

National audience; Aujourd'hui, les entreprises face à la mondialisation recherchent des sources d'amélioration pour défier la concurrence en optimisant les outils de production et en augmentant la qualité et la fiabilité des produits manufacturés. L'édition des JIFT2010, qui s'est tenue les 27 et 28 mai 2010 à l'Ecole des Mines d'Albi-Carmaux, a pour thème "la modélisation du contact et de l'usure". La modélisation devient de plus en plus nécessaire pour comprendre et quantifier les mécanismes tribologiques. L'étendue des voies d'investigation et des domaines d'application explique que cet ouvrage recense un très grand nombre de contributions réparties dans 6 grands axes : Diagnostic en fonctionnement & Dynamique du contact, Interfaces fonctionnelles, Traitements de surface, Revêtements & Lubrification, Tribo-oxydation & Tribo-corrosion, Tribologie dans les procédés de mise en forme, Simulation et Modélisation.Ces travaux démontrent que la tribologie est et restera toujours une science pluridisciplinaire alliant les approches expérimentales et numériques.

Propriété surface, Article synthèse, Durabilité, Adhésivité, Traitement surface, Propriété physique, Peinturage, Matière plastique, and [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials

National audience; Le développement des plastiques présente de nombreux avantages, qui justifient leur utilisation: - faible masse volumique, avantage crucial dans les industries automobile et aéronautiques ; - durabilité, absence de corrosion et résistance aux chocs ; - plus grande liberté de forme, mise en avant par le design ; - facilité d'intégration de fonctions ; - investissement moins élevés, facilitant des renouvellements de forme plus fréquents. Les exigences des stylistes et la durabilité permise par les plastiques imposent bien souvent une mise en peinture des pièces, afin de leur conférer la protection et l'aspect souhaité. Les plastiques peints sont souvent en compétition avec les mêmes plastiques teintés masse, qui sont généralement de moindre coût mais qui ne permettent pas d'assurer un aspect durable dans le temps. De ce fait, ils sont cantonnés à des utilisations ou la durabilité n'est pas un facteur essentiel. La mise en peinture des plastiques permet de donner un aspect semblable à celui des pièces métalliques peintes, ce qui assure leur intégration dans des ensembles de nature complexe et d'aspect uniforme. De nombreuses industries appliquent de la peinture sur des matériaux plastiques: électroménager, électrotechnique, matériel médical, industrie du jouet et surtout fabrication des bateaux de plaisance, mais c'est la construction automobile qui fait le plus grand usage de ce procédé de finition, aussi bien pour l'habitacle que pour la carrosserie. C'est pour cette raison que les exemples choisis pour examiner les problèmes de la mise en peinture des plastiques proviennent de cette industrie. Nous verrons également les contraintes qui nous obligent à être très vigilants sur les choix et les utilisations du couple plastique/peinture

Traitement surface, Critère sélection, Adhésivité, Collage, Propriété rhéologique, Durabilité, Article synthèse, Adhésif, Propriété surface, and [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials

National audience; Dans cet article, nous allons montrer l'utilité du collage par rapport à d'autres techniques d'assemblage, en en faisant ressortir les spécificités. En fonction de la nature des surfaces à coller, sont présentés différents traitements permettant d'accroître la tenue du collage. La rhéologie des adhésifs a un rôle important, ainsi que son évolution au cours du collage, pour la tenue de l'assemblage. Cet effet apparaît aussi bien juste après solidification qu'au cours du temps et dans différents environnements.

Propriété surface, Article synthèse, Durabilité, Adhésivité, Propriété rhéologique, Traitement surface, Collage, Critère sélection, Adhésif, and [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials

National audience; Dans cet article, nous allons montrer l'utilité du collage par rapport à d'autres techniques d'assemblage, en en faisant ressortir les spécificités. En fonction de la nature des surfaces à coller, sont présentés différents traitements permettant d'accroître la tenue du collage. La rhéologie des adhésifs a un rôle important, ainsi que son évolution au cours du collage, pour la tenue de l'assemblage. Cet effet apparaît aussi bien juste après solidification qu'au cours du temps et dans différents environnements.

HSLA steel, Damage, Straightening, Bending, Unbending, Micro-harness, F.E. simulation, Transfert thermique, Traitement surface, Tribologie, Usure, Simulation numerique, Acier inoxydable, Irradiation laser, Revetement, and [SPI]Engineering Sciences [physics]

A pulsed Nd-YAG laser is used to irradiate and alloy X30Cr13 stainless steel by surface melting, with incorporation of boron or hexagonal boron nitride (h-BN), and to obtain thick coatings: multiphase borided alloys or metal-ceramic composites. The metallographic analyses allow to determine the thickness for each coating (melting zone) and reveal characteristic solidification microstructures: planar front and cellular dendrites. Optical characteristics of the laser beam are measured: divergence, focal length spot radius and power distribution in the focal plane. Heat effect simulations are based on the finite difference modelling of the temporal progression of temperature distribution in the steel irradiated by scanning of the pulsed beam. Melting zone thickness is computed and progression of melting front during irradiation is simulated and so, a better description of the conditions of material incorporation by successive meltings and solidifications becomes possible. The mechanical properties, elastic modulus and hardness, of the different coatings are determined from nanoindentation tests. Under optimal irradiation conditions, the hardness reaches 14 GPa for composite coating and 10 GPa for borided alloy, whereas that for untreated steel is 4 GPa. Friction and wear tests are systematically performed in a ball-on-disc configuration, at 25 °C under various loads (1 to 10 N), then at 300 and 500 °C under 2 N. At ambient temperature, the dry sliding on ruby ball of these two types of coatings is characterized by a reduced friction coefficient and a weak wear rate, compared with the untreated steel, revealing a very reinforced resistance towards adhesive and/or abrasive wear. On the other hand, their wear resistance is decreased from 300 °C, in the spite of the significant lowering of friction coefficient.; L'irradiation par un laser Nd-YAG pulsé est mise en oeuvre afin d'élaborer des revêtements épais sur acier inoxydable X30Cr13, par fusion superficielle avec apport de bore ou nitrure de bore hexagonal (h-BN): alliages borurés polyphasés ou composites métal-céramique. Les coupes métallographiques permettent de déterminer l'épaisseur de chaque revêtement (zone fondue) et révèlent des microstructures de solidification caractéristiques: front plan, cellulaire et dendritique. Les caractéristiques optiques du faisceau laser sont déterminées: divergence, distance focale, rayon du spot et distribution de la puissance dans le plan focal. La simulation des effets thermiques est fondée sur la modélisation par différences finies de la distribution spatio-temporelle de la température, dans l'acier irradié par balayage du faisceau pulsé. Par ce moyen, la prévision de l'épaisseur atteinte par la zone fondue et la description de l'avancement du front de fusion durant l'irradiation deviennent possibles, d'où une meilleure description des conditions d'incorporation de matière, selon un processus de fusions et solidifications successives. Les propriétés mécaniques, module d'élasticité et dureté, des divers revêtements sont déterminées à partir d'essais de nanoindentation. Dans des conditions d'irradiation optimales, la dureté du composite atteint 10 GPa et celle de l'alliage boruré, 14 GPa, alors que l'acier non traité a une dureté de 4 GPa. L'analyse systématique du comportement tribologique des revêtements est effectuée en configuration bille-sur-disque, à 25 °C sous différentes charges (1 à 10 N), puis à 300 et 500 °C sous 2 N. A température ambiante, le glissement à sec sur bille en rubis de ces deux types de revêtements est caractérisé par un coefficient de frottement réduit et un faible taux d'usure volumique, par rapport à ceux de l'acier non traité, révélant une résistance nettement renforcée envers l'usure adhésive et/ou abrasive. A partir de 300 °C, en revanche, leur tenue au frottement se dégrade, malgré l'abaissement sensible du coefficient de frottement.

Damage, Transfert thermique, Tribologie, Acier inoxydable, [SPI]Engineering Sciences [physics], Usure, F.E. simulation, Bending, Traitement surface, Simulation numerique, Unbending, Straightening, Micro-harness, Irradiation laser, Revetement, and HSLA steel

A pulsed Nd-YAG laser is used to irradiate and alloy X30Cr13 stainless steel by surface melting, with incorporation of boron or hexagonal boron nitride (h-BN), and to obtain thick coatings: multiphase borided alloys or metal-ceramic composites. The metallographic analyses allow to determine the thickness for each coating (melting zone) and reveal characteristic solidification microstructures: planar front and cellular dendrites. Optical characteristics of the laser beam are measured: divergence, focal length spot radius and power distribution in the focal plane. Heat effect simulations are based on the finite difference modelling of the temporal progression of temperature distribution in the steel irradiated by scanning of the pulsed beam. Melting zone thickness is computed and progression of melting front during irradiation is simulated and so, a better description of the conditions of material incorporation by successive meltings and solidifications becomes possible. The mechanical properties, elastic modulus and hardness, of the different coatings are determined from nanoindentation tests. Under optimal irradiation conditions, the hardness reaches 14 GPa for composite coating and 10 GPa for borided alloy, whereas that for untreated steel is 4 GPa. Friction and wear tests are systematically performed in a ball-on-disc configuration, at 25 °C under various loads (1 to 10 N), then at 300 and 500 °C under 2 N. At ambient temperature, the dry sliding on ruby ball of these two types of coatings is characterized by a reduced friction coefficient and a weak wear rate, compared with the untreated steel, revealing a very reinforced resistance towards adhesive and/or abrasive wear. On the other hand, their wear resistance is decreased from 300 °C, in the spite of the significant lowering of friction coefficient.; L'irradiation par un laser Nd-YAG pulsé est mise en oeuvre afin d'élaborer des revêtements épais sur acier inoxydable X30Cr13, par fusion superficielle avec apport de bore ou nitrure de bore hexagonal (h-BN): alliages borurés polyphasés ou composites métal-céramique. Les coupes métallographiques permettent de déterminer l'épaisseur de chaque revêtement (zone fondue) et révèlent des microstructures de solidification caractéristiques: front plan, cellulaire et dendritique. Les caractéristiques optiques du faisceau laser sont déterminées: divergence, distance focale, rayon du spot et distribution de la puissance dans le plan focal. La simulation des effets thermiques est fondée sur la modélisation par différences finies de la distribution spatio-temporelle de la température, dans l'acier irradié par balayage du faisceau pulsé. Par ce moyen, la prévision de l'épaisseur atteinte par la zone fondue et la description de l'avancement du front de fusion durant l'irradiation deviennent possibles, d'où une meilleure description des conditions d'incorporation de matière, selon un processus de fusions et solidifications successives. Les propriétés mécaniques, module d'élasticité et dureté, des divers revêtements sont déterminées à partir d'essais de nanoindentation. Dans des conditions d'irradiation optimales, la dureté du composite atteint 10 GPa et celle de l'alliage boruré, 14 GPa, alors que l'acier non traité a une dureté de 4 GPa. L'analyse systématique du comportement tribologique des revêtements est effectuée en configuration bille-sur-disque, à 25 °C sous différentes charges (1 à 10 N), puis à 300 et 500 °C sous 2 N. A température ambiante, le glissement à sec sur bille en rubis de ces deux types de revêtements est caractérisé par un coefficient de frottement réduit et un faible taux d'usure volumique, par rapport à ceux de l'acier non traité, révélant une résistance nettement renforcée envers l'usure adhésive et/ou abrasive. A partir de 300 °C, en revanche, leur tenue au frottement se dégrade, malgré l'abaissement sensible du coefficient de frottement.

Surface treatment, Diffusion, Modeling, Microstructure, Titane carbure, Titanium carbide, Silicon carbide, Tungstène, Fibre metal, Couche interfaciale, Propriété mécanique, Traitement surface, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, Tungsten, Fibre reinforced metal, Non metal coating, Revêtement non metallique, Metal renforce fibre, Texture, Composite material, Metal fiber, Interfacial layer, Materiau composite, Mechanical properties, Chemical vapor deposition, Modelisation, Dépôt chimique phase vapeur, and Silicium carbure

Les filaments de SiC sont obtenus par depot chimique en phase vapeur sur un substrat de W chauffe par effet Joule. Ces filaments peuvent etre utilises comme renforts dans des matrices d' alliage de titane. L' interposition d' une phase synthetique de TiC entre un substrat filamentaire de W et le depot de SiC a permis d' obtenir une stabilite thermochimique accrue du couple de diffusion. Les mecanismes conduisant a la protection chimique ont ete identifies. Une simulation numerique du depot de TiC, prenant en compte une evaluation de la convection des gaz, du transfert thermique, et de la diffusion des precurseurs gazeux, a permis une meilleure comprehension du mecanisme de formation du carbure de titane. L' influence des differents parametres operatoires sur la germination, la microstructure et la composition des depots a ete analysee, dans le but de controler la texture et la composition des materiaux. Le comportement mecanique des differents constituants a ete evalue afin de comprendre le mecanisme de rupture du filament dans son ensemble.; non disponible

Prevention, Adsorption, Protein, In vitro, Biomaterial, Surface treatment, Protéine, Biomatériau, Traitement surface, Lentilles de contact, Hydrocolloïdes, Larmes, Surfactants, and [SDV.MHEP]Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology

Not available; L’adsorption et la désorption des protéines représentent un point fondamental dans le domaine des biomatériaux et concernent de nombreuses applications, notamment les lentilles de contact. Le confort des porteurs a été amélioré par les lentilles souples, mais celles-ci présentent un dépôt d'encrassement qui s'enlève difficilement par les solutions d'entretien. Un des remèdes serait la mise au point d'un principe actif de désorption et de prévention de l'adsorption de ce dépôt. Pour contrôler de façon quantitative cette efficacité, nous avons élaboré un modèle de larme qui permet de travailler in vitro et de manière reproductible. Nous avons constaté par la fluorimétrie un comportement similaire entre l'encrassement avec ce modèle et celui obtenu avec des patients. Pour le quantifier, nous avons mis en place un dosage colorimétrique direct des protéines sur la lentille. Nous avons ainsi pu remarquer des différences de dépôt sur deux lentilles, Cristelle et Lunelle (composées d'un copolymère PMMA-NVP), ainsi que l'influence de la présence des lipides dans le modèle lacrymal. Une analyse en AFM nous a permis de visualiser les différences d'adsorption des protéines et de confirmer l'influence des lipides dans l'élaboration du dépôt. La sélection des surfactants a été effectuée selon leur affinité déterminée par la méthode de Maron, basée sur l'évolution de la tension de surface d'une solution en fonction de l'ajout de surfactant. La différence de réponse en présence de lentille permet de mesurer l'affinité de ce surfactant envers ce matériau. En testant l'efficacité en action préventive des surfactants ainsi sélectionnés, il s'est avère que les surfactants de type polyoxyéthylène Sorbitant (Tween 20) et glucoside (l'OBG) présentaient des efficacités très importantes. L’efficacité de la solution d'ESSILOR (Concerto) est également intéressante bien que ses composants, pris séparément, n'aient aucune affinité visible. Ces résultats nous permettent de mettre en place une recherche systématique de surfactants efficaces.

Surface treatment, Nitriding, Post-discharge, Cold plasma, Microwave, Traitement surface, Nitruration, Postdécharge, Plasma froid, Hyperfréquence, Traitements de surface, Plasmas froids, Modélisation tridimensionnelle, and [SPI.OTHER]Engineering Sciences [physics]/Other

Not available; Le travail présenté dans ce mémoire porte sur le développement d'un nouveau concept de traitement de surface par plasma froid : la nitruration assistée par une post-décharge en écoulement générée par un plasma micro-ondes. Les diagnostics dans les décharges Ar-N2-H2 (spectroscopie optique, fluorescence induite par laser, et titrage de N par NO) ont d'abord été établis afin de quantifier les processus de création et de transport de l'azote atomique responsable de la nitruration. La modélisation 3D de la phase gazeuse dans le réacteur de nitruration a été ensuite effectuée. Elle permet de prévoir la carte des températures, l'hydrodynamique du gaz, et la carte des titres massiques en azote atomique dans le réacteur pour des conditions opératoires données et des configurations géométriques choisies. Au moyen d'un modèle numérique de diffusion de l'azote atomique dans le fer en régime transitoire, des abaques ont été construits à partir de plusieurs simulations utilisant des conditions à la surface différentes (titre massique constant ou densité de flux constante). Ils permettent de prévoir la croissance des couches de nitrures de fer et la position des interfaces en fonction du temps. Des expériences ont porté sur la nitruration à 550°C de trois tiges en fer pur de grande longueur pour différentes durées de nitruration. La simulation de ces expériences permet d'affirmer d'une part, que la croissance des couches de nitrures de fer s'effectue avec une condition de densité de flux constantes à la surface, et d'autre part, de corréler l'hétérogénéité du titre massique en azote atomique calculé au voisinage des tiges dans la phase gazeuse avec les différences d'épaisseur des couches de combinaison obtenues lors des expériences. Le modèle élaboré se présente ainsi comme un outil prévisionnel facilement extrapolable aux traitements de post-décharge qui sont en développement

Carbon fiber, Surface treatment, Oxidation, Electrochemical reaction, Grafting, Amine, Improvement, Adhesion, Fibre carbone, Traitement surface, Oxydation, Réaction électrochimique, Greffage, Amélioration, Adhérence, Traitements de surface, Fibres de carbone, Oxydation électrochimique, Adhésion (physique), Amines, and [SPI.OTHER]Engineering Sciences [physics]/Other

Not available; L’objectif de cette étude est la conception et la réalisation d'un dispositif pilote de traitement de surface de fibres de carbone. Le traitement consiste en une oxydation électrochimique dans un milieu acétonitrile qui aboutit au greffage de fonctions aminées à la surface des fibres. Cet apport d'azote améliore fortement l'adhésion entre les fibres et les résines époxydes dans les matériaux composites. Le phénomène, mis en évidence par voltamétrie, est caractérisé par des analyses de surface ESCA. La cinétique du greffage de l'éthylènediamine a été étudiée sur des électrodes de fibres fixes en faisant varier leur longueur et le potentiel d'électrode appliqué. Les mesures d'intensité ont montré le rôle prépondérant de l'amine dans l'oxydation ainsi que la décroissance de l'activité le long de l'électrode. Les performances du greffage dans un dispositif ou la mèche de fibres circule dans divers bains ont été évaluées suivant trois modes de fonctionnement de la cellule électrochimique: contrôle du potentiel d'électrode, de la tension de cellule ou de la distribution de courant dans la cellule. La quantité d'azote fixée sur les fibres dépend principalement de la vitesse de défilement du fil dans la cellule. Une quantité importante de fibres traitées à la triéthylènetétramine a été produite, afin de préciser l'apport du traitement aminant au niveau des propriétés mécaniques des composites. Les résultats sont comparés avec ceux issus d'un autre procédé de traitement électrochimique, conduisant également à un apport d'azote en surface des fibres après la réduction de sels de diazonium en milieu acide

Surface treatment, Mechanical properties, Metal coating, Friction, Wear, Microstructure, Brittleness, Tribology, Chromium, Stainless stell, Traitement surface, Propriété mécanique, Revêtement métallique, Frottement, Usure, Fragilité, Tribologie, Chrome, Acier inoxydable, Matériaux -- Propriétés mécaniques, Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus), Corrosion de contact, Acier inoxydable austénitique, and [SPI.OTHER]Engineering Sciences [physics]/Other

Not available; On présente une démarche expérimentale de caractérisation de la tenue mécanique des matériaux revêtus. Cette démarche est basée sur les tests de complexité croissante: 1 d'indentation Vickers sous forte charge normale, 2 de rayure monopasse à charge normale croissante et constante, 3 de frottement et d'usure par rayure multipasses à charge normale constante et par usure pion-disque. Appliquée à des revêtements d'acier inoxydable austénitique AISI 316L enrichi en azote et sur des revêtements de chrome (de 5 à 30 [micro]m d'épaisseur), la démarche a permis de dégager les principaux facteurs mécaniques et microstructuraux, intrinsèques et extrinsèques au dépôt, qui influent sur la fragilité et sur la résistance à l'usure du composite. On montre que la tenue mécanique est clairement une propriété du composite. La fragilité du dépôt est intimement liée aux propriétés mécaniques du substrat et de son état de surface initial avant la phase de dépôt. Le rodage et l'augmentation de la dureté du substrat améliorent la résistance à la fissuration du dépôt. La fragilité du dépôt et celle de son interface sont considérées comme les plus importants mécanismes d'endommagement du composite. Dans ce contexte, la charge critique de fissuration fragile, dans le dépôt ou à l'interface entre le dépôt et le substrat, est plus adéquate dans les tests micro mécaniques d'indentation et de rayure et dans les tests de frottement cyclique pour caractériser la fragilité du composite. La fragilité est d'autant plus importante que la densité de défauts et l'intensité des contraintes d'extension sont importantes. Enfin, on établit clairement l'insuffisance de la charge critique de décohésion, en effet, en rayure monopasse à charge croissante, la défaillance interfaciale des dépôts de chrome élaborés par pulvérisation cathodique, à Lc2 = 30N, n'a aucune incidence sur le comportement du dépôt en frottement et usure, sollicitations qui sont représentatives de la réalité d'application de tels revêtements. La dureté s'est avéré la seule variable qui définit l'usure du dépôt

Metal coating, Hot spraying, Surface treatment, Cathodic sputtering, Microstructure, Texture, Electrochemical corrosion, Corrosion potentials, Ubstrate, Composition effect, Iron base lloys, Revêtement métallique, Projection a chaud, Traitement surface, Pulvérisation cathodique, Corrosion électrochimique, Potentiel corrosion, Substrat, Effet composition, Alliage base fer, and [SPI.OTHER]Engineering Sciences [physics]/Other

Not available; Des revêtements fer-silicium-carbone ont été réalisés par deux techniques différentes (projection d'alliages fondus et pulvérisation cathodique), sur des substrats de fer, fonte et verre et pour des teneurs variables en silicium et carbone. L'analyse structurale par diffraction de rayons X (en mode thêta/2 thêta et en incidence rasante) et par réflectométrie et l'emploi de fentes de Sollers ont conduit à une caractérisation détaillée et précise des revêtements (épaisseur texture, présence des différentes phases). L'étude des propriétés électrochimiques reposant sur la mesure du potentiel de corrosion et la résistance à la polarisation et sur la détermination de courbes de polarisation complètes a permis de se faire une représentation de l'ensemble des processus électrochimiques. Les résultats obtenus conduisent à une meilleure compréhension de l'influence du substrat et de celle de la composition et de l'épaisseur des revêtements considérés, sur leurs propriétés structurales et électrochimiques qui, dans certains cas, s'avèrent être très différentes des propriétés du matériau massif