Analyse des surfaces en 2 dimensions

Figure II. 39. Evolution du Ssc (1/mm) en fonction de la taille moyenne des particules. Durée de traitement 5 secondes.

II.3.1.2. Analyse des surfaces en 2 dimensions

Dans le cas de l’analyse morphologique de surface en 2D les paramètres de rugosité sont calculés à partir des profils extraits des surfaces en 3 dimensions comme expliqué précédemment.

II.3.1.2.1. Analyse de l’amplitude des profils

L’amplitude de surface en 2D peut être évaluée par le paramètre (Ra) moyenne arithmétique des hauteurs de profil (défini par l’équation Eq.II.2). Ce paramètre est analogue au (Sa) et il présente une évolution similaire que le (Sa) dans les mêmes conditions de traitement due au caractère isotrope de la morphologie des surfaces générées par le traitement par sablage. Ce résultat est illustré sur la Figure II. 40 qui donne un exemple de corrélation entre les paramètres (Ra et Sa) pour une même durée de traitement et de granulométrie moyenne pour l’ensemble des matériaux à base de PEEK 90G.

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Les deux paramètres Skewness (Rsk) et Kurtosis (Rku) permettent de donner des informations qualitatives concernant la distribution de hauteur du profil.

Le paramètre (Rsk) représente le degré d’asymétrie des hauteurs de profil par rapport à la ligne moyenne. Si (Rsk>0) le profil présente une prépondérance de pics, en revanche, si (Rsk<0) le profil présente plus de vallées que de pics. L’évolution du paramètre (Rsk) des résines PEEK 90G et PEEK 450G et leurs composites est donnée (Figure II. 41) en fonction de la durée de traitement et de la granulométrie moyenne des particules. Figure II. 41. Evolution du Skewness en fonction des conditions du traitement. a) PEEK 90G et ses composites et b) PEEK 450G et ses composites. Les résultats montrent qu’après application du traitement et quelles que soient les conditions de traitement (en termes de durée et granulométrie) la valeur du Skewness est négative pour tous les matériaux étudiés. Par conséquent, les surfaces générées par sablage se caractérisent par plus de vallées étroites que de pics, ce qui corrobore avec les mécanismes d’érosion intervenant lors du procédé par sablage sur les matériaux à base de PEEK évoqués précédemment. Les impacts des particules et la déformation plastique créent des empreintes sur la surface qui peuvent être considérées comme étant des vallées.

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Le paramètre (Rku) décrit la forme de la courbe de distribution normale des pics. Lorsqu’il est inférieur à 3 la distribution est plutôt aplatie, en revanche quand il est supérieur à 3 la distribution des pics est pointue. L’évolution du paramètre (Rku) des résines PEEK 90G et PEEK 450G et leurs composites en fonction de la durée de traitement et la granulométrie moyenne des particules est montrée Figure I. 42. Figure II. 42. Evolution du Kurtosis on fonction des conditions du traitement. a) PEEK 90G et ses composites et b) PEEK 450G et ses composites. Les résultats montrent que les valeurs du Kurtosis sont supérieures à 3 dans tous les cas.

La combinaison des paramètres d’amplitudes et les paramètres (Rsk) et (Rku) permettent de mieux décrire la morphologie de surface, en ayant une information sur les hauteurs et la distribution des hauteurs. Cependant, le (Rsk) et le (Rku) sont sensibles à la présence de pics ou de creux isolés non significatifs par rapport à la surface globale, ce qui peut conduire à une interprétation erronée de la morphologie de surface en utilisant ces deux paramètres.

II.3.1.2.3. Motifs de rugosité

Parmi les centaines de paramètres calculés à partir des profils de rugosité (cf. Annexe I), il existe un paramètre qui permet de mieux décrire la morphologie de surface. Ce paramètre est la pente moyenne des motifs de rugosité (Kr). La pente moyenne des motifs de rugosité est une combinaison entre un paramètre qui représente l’amplitude de surface (R) et un autre qui représente la distance entre les pics (AR). Le (Kr) est définie par la relation suivante : r AR K = 2R ^{Eq.II. 11} Où, R (µm) est la moyenne arithmétique de la profondeur des motifs de rugosité (Ri) et AR (µm) est la moyenne des espacements entre les pics des motifs de rugosité (ARi) comme l’illustre la Figure II. 43. Ces deux paramètres sont définis dans la norme ISO 12085:1996. Le paramètre (Kr) est défini dans la norme française E.05.015.

b

a

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Figure II. 43. Pente moyenne des motifs d’un profil anamorphosé (PEEK 90CA30). Taille des particules 250 µm durée de traitement 45 secondes.

Toutefois, en prenant en compte la définition géométrique des motifs de rugosité, la pente moyenne des motifs de rugosité est définie par (1/Kr) comme le montre la (Figure II. 43 (pente de la ligne (ab)) : r R 2R 1 Apparent Slope(ab) = = = AR _{AR K} 2 Eq.II. 12 Par conséquent, dans ce travail, la pente moyenne des motifs de rugosité est considérée comme (1/Kr). Figure II. 44. Evolution du (1/Kr) (sans unité) en fonction du temps et la taille moyenne des particules pour (a) les matrices pures PEEK amorphe, PEEK 90G et PEEK 450G, (b) PEEK 90CA30 et PEEK 450CA30, (c) PEEK 90GL30 et PEEK 450GL30 et (d) PEEK 90HMF40.

a _b

c d

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La Figure II. 44 montre l’évolution de la pente moyenne des motifs de rugosité en fonction du temps et la taille moyenne des particules pour : le PEEK amorphe et les matrices pures PEEK 90G et PEEK 450G (a), les composites PEEK 90CA30 et PEEK 450CA30 (b), les composites PEEK 90GL30 et PEEL 450GL30 (c) et enfin le composite PEEK 90HMF40 (d). Ces courbes montrent clairement que la pente moyenne des motifs de rugosité augmente après application du traitement de sablage jusqu'à atteindre une stabilité morphologique juste après quelques secondes. Cette tendance est similaire aux autres paramètres morphologiques étudiés. Par voie de conséquence, on peut confirmer que la structure et la morphologie de surface se stabilisent juste après quelques secondes de traitement quelle que soit la taille moyenne des particules utilisées pour les résines PEEK et leurs composites renforcés en fibres discontinues.

En fixant la durée de traitement, la Figure II. 44 montre que la taille moyenne des particules à un effet non négligeable sur la valeur de (1/Kr). L’augmentation de la granulométrie moyenne des particules est associée à un accroissement de la pente des motifs de rugosité. Ce résultat est cohérent avec les analyses morphologiques de surface précédentes. En effet, il a été constaté que l’utilisation de particules de grande taille génère des empreintes larges et aussi profondes, de par l’augmentation du (Sa) et la diminution du (Sds).