La tribologie consiste à analyser l’impact du mouvement des pièces de métal les unes sur les autres. Cette étude repose sur trois paramètres, l’usure, les frottements et la lubrification et sert avant tout à comprendre pourquoi et comment les matériaux s’usent et se cassent. L’analyse des propriétés tribologiques des métaux se trouve au cœur de l’activité du groupe ThermiLyon, qui, fort de son expérience, a développé plusieurs techniques afin de répondre à tous les besoins de ses clients, depuis les traitements thermiques et thermochimiques jusqu’aux dépôts sous vide.
Tribologie et propriétés tribologiques, de quoi parle-t-on ?
Pour bien comprendre les diverses manières d’améliorer les propriétés tribologiques des pièces en métal, il semble indispensable de savoir à quoi correspond exactement la tribologie. Il s’agit de la science du comportement de la surface des pièces. En d’autres termes, cette discipline consiste à étudier les causes et les conséquences du contact entre les matériaux, en se concentrant sur trois paramètres essentiels : l’usure, les frottements et la lubrification. De ce fait, la tribologie implique d’étudier au moins deux pièces en contact l’une avec l’autre et effectuant un mouvement relatif, afin de comprendre la manière dont le frottement les impacte. Selon leur composition chimique, le résultat peut se révéler très différent, par exemple, deux pièces en acier n’interagissent pas de la même façon qu’une pièce en acier avec une pièce en cuivre. L’étude des propriétés tribologiques permet alors d’établir des couples de frottement, et non des coefficients de frottement pour les éléments chimiques eux-mêmes, car ces valeurs changent en fonction des éléments en contact les uns avec les autres.
Les trois paramètres essentiels pour comprendre la tribologie
La tribologie se trouve au cœur de l’activité du groupe ThermiLyon : 80 % de nos applications servent précisément à améliorer les propriétés tribologiques des matériaux, en intervenant au niveau de leur mode d’usure, des frottements ou de leur lubrification.
L’usure
La compréhension du mode d’usure des pièces en contact représente le premier paramètre à analyser dans le cadre d’une étude tribologique. Celle-ci peut prendre plusieurs formes : abrasion, adhésion, forces et contraintes exercées sur la pièce… Ces données garantissent de trouver une solution adaptée à la situation.
Les frottements
Les frottements exercés sur une pièce et leurs conséquences dépendent de divers paramètres, notamment de la nature et l’état de la surface de cette dernière, mais aussi de sa rugosité. En fonction de la situation, la réponse peut se trouver dans un traitement spécifique ou bien dans le remplacement complet de la matière de la surface. Parfois, il peut aussi s’avérer nécessaire de rectifier les pièces, par exemple, si l’usinage induit que la surface se comporte comme une râpe ou une scie, le matériau en face de la pièce risque de se voir rapidement endommagé. Cette situation s’observe notamment dans le cas d’un fraisage, où les stries de la fraise agissent comme une lime lors du frottement. Dans ce cas, il devient indispensable de rectifier la surface pour supprimer cet effet.
La lubrification
La lubrification facilite le mouvement des pièces entre elles, le plus souvent grâce à l’insertion d’un fluide, qui leur permet de mieux glisser les unes sur les autres. Cette solution s’emploie couramment dans la vie de tous les jours, pour réduire le grincement des portes comme pour réparer des engrenages. Par exemple, l’ajout d’huile dans les moteurs de voiture sert à éviter le grippage des boîtes de vitesse. Dans le monde de l’outillage, une vis insérée dans un écrou a aussi bien souvent besoin de graisse pour que le système entier fonctionne durablement. Ainsi, la lubrification modifie la tribologie des pièces.
Si les huiles restent les lubrifiants les plus connus, ces solutions demeurent toutefois polluantes et il existe des lubrifiants solides, plus écologiques. Le teflon représente sûrement l’un des plus célèbres, et Thermi Lyon a, de son côté, mis au point le Thermi DLC, pour Diamond Like Carbon.
Améliorer les propriétés tribologiques des métaux selon leur mode d’usure
L’amélioration des propriétés tribologiques des métaux dépend donc de ces trois facteurs essentiels mais aussi de la manière dont les pièces travaillent. La nature des matériaux se révèle tout aussi importante que les contraintes qui s’exercent dessus, et ces dernières peuvent s’avérer déterminantes dans le choix d’une solution adaptée.
Contraintes mécaniques exercées sur la pièce
De manière générale, trois méthodes de traitements offrent la possibilité de modifier les propriétés tribologiques des pièces de métal : les traitements thermiques, thermochimiques et les dépôts sous vide. Si les contraintes exercées sur les pièces restent assez faibles, un traitement par dépôt sous vide peut s’avérer suffisant. Lorsqu’elles sont qualifiées de modérées, un traitement thermochimique comme la cémentation ou la nitruration semble plus approprié. Enfin, quand une pièce subit de fortes contraintes mécaniques, on pratique, le plus souvent, un traitement thermique tel que la trempe ou le revenu. Il est possible également de combiner plusieurs traitements type DUPLEX.
Les multiples solutions développées par Thermilyon
Selon les sollicitations mécaniques des pièces, ThermiLyon propose plusieurs solutions pour améliorer les propriétés tribologiques des métaux. Traitements thermiques, thermochimiques et dépôts sous vide, le groupe a mis au point des technologies variées qui agissent au niveau de l’usure, des frottements et de la lubrification pour répondre à tous les besoins de ses clients. Par exemple, notre méthode de nitrocarburation permet de travailler la surface des pièces afin de créer des couches denses ou bien poreuses, capables de retenir de l’huile.
Le DLC développé par Thermi-Lyon offre aussi l’opportunité de remplacer les lubrifiants liquides et graisseux. En effet, il agit comme un lubrifiant solide dont l’utilisation simplifie grandement la fabrication des produits comme des composants moteur évoqués plus haut, par exemple.
