Caractérisation des surfaces générées

La procédure de caractérisation d’état de surface a été appliquée sur les échantillons à la suite des essais tribologiques. Sont donc présentés ici les résultats de rugosité, de morphologies MEB et de courbes de Stribeck.

4.4.1. Rugosimétrie

Les différentes valeurs ont été replacées dans la matrice d’essais (Fig. V.22). Pour rappel (Section III.4.2.), la rugosité d’un disque vierge est en moyenne de 12,5 μm. Après les

Figure_{V.22 – Rugosité des échantillons tribologiques replacée dans la matrice d’essais}

essais tribologiques en environnement lubrifié, la perte de rugosité est générale. L’ensemble des valeurs est résumée dans l’Annexe D.

Les valeurs des échantillons tribologiques sont reportées sur la Figure V.23, en fonction de la pression normale apparente. Quel que soit le paramètre tribologique considéré, la rugosité de la piste de frottement est très variable. La seule corrélation constatée est celle présentée sur la Figure V.23. L’allure globale indique une diminution de la rugosité en fonction de la pression.

Cependant, les valeurs de Sk les plus faibles relevées sont inférieures ou égales à 3,5

μm et sont produites par des pressions médianes (6, 10 et 15 MPa). Ce sont 4 candidats au « glaçage ». Cela reste à confronter aux morphologies MEB de ces échantillons.

Figure_{V.23 – Rugosité moyenne des échantillons tribologiques en fonction de la pression normale} appliquée

4. Création d’états de surface particuliers - Plan d’expérience 4.4.2. Morphologies MEB

Les morphologies MEB des 15 échantillons tribologiques ont été étudiés. Elles sont toutes reportées dans l’annexe D.

(a) (b)

(c) (d)

Figure_{V.24 – Morphologies MEB de l’échantillon N19 (a) grossissement ×250 et (b) grossisse-} ment ×1000 - de l’échantillon N18 (c) grossissement ×250 et (d) grossissement ×1000

Deux exemples de morphologies sont donnés : les échantillons N18 et N19. Les détails recherchés dans ces images sont premièrement l’homogénéité de la surface, grâce aux observations au grossissement ×250 et deuxièmement la disparition ou non des feuillets de graphite grâce au grossissement ×1000 (Section V.2.2.1.).

Pour prendre l’exemple de l’échantillon neuf N19 (Fig. V.24 (a) et (b)), la disparition des feuillets après l’essai tribologique est avérée dans la Figure V.24b. Par contre la surface est très hétérogène : une forte porosité débouchante est visible, ainsi que les fibres arrachées sur la Figure V.24a. L’état morphologique est alors insuffisant vis à vis des critères fixés et cet échantillons ne peut être considéré comme un potentiel disque glacé.

réunit les 2 conditions sur l’état morphologique glacé comme on peut l’observer à la Figure V.24 (c) et (d). Non seulement l’état morphologique est homogène, il y a peu de porosités débouchantes et de fibres arrachées visibles et la surface paraît globalement lisse (c). De plus, les feuillets de graphite visibles sur les disques neufs au grossissement ×1000 ont disparu (d).

Éch. N14 N15 N16 N17 N18 N19 N20

Glaçage ? presque presque presque non oui non presque

Éch. N21 N22 N23 N24 N25 N26 N27 N28

Glaçage ? non non non presque non non non presque

TABLEAU V.5 – Bilan des états morphologiques après les essais tribologiques longs en environ- nement lubrifié - Conclusion intermédiaire sur le glaçage

Les analyses des états de surface ont été faites sur les 15 échantillons tribologiques et, parmi ceux-ci, un seul réunit les conditions nécessaires sur l’état morphologique attendu, le N18 (Fig. V.24 (c) et (d)). Il s’agit de l’échantillon qui a subi un frottement lubrifié dans les conditions 10 MPa à 100 tr/min sur 2 km (Tab. V.5). Cependant, de nombreux échantillons présentent des caractéristiques très proches de celles définissant l’état de surface « glacé ». Ces résultats seront bien entendu à corréler avec les résultats de rugosimétrie avant de statuer sur un potentiel « glaçage » en Section V.4.5.

4.4.3. Courbes de Stribeck - Caractérisation tribologique

Des essais tribologiques courts viennent compléter la procédure de caractérisation (procédure déterminée à la Section V.2.2.). L’intégralité des courbes de Stribeck des

échantillons N14 à N28 est donnée dans l’Annexe F.

a. Effet de la pression normale appliquée lors des MVC : La pression normale appliquée reste dans le même ordre de grandeur, quelle que soit la contre-pièce utilisée.

N18 N27

Figure _{V.25 – Courbes de Stribeck des essais MVC réalisés à la suite des essais longs des} échantillons N18 et N27

4. Création d’états de surface particuliers - Plan d’expérience Cependant, la sensibilité des capteurs oblige, lors de l’utilisation de la contre-pièce CP3 (2 mm de largeur de piste de frottement) à utiliser une pression normale comprise entre 2,7 et 4,0 MPa, un peu plus élevée que la gamme 0,5-2,7 MPa définie initialement.

Ce changement de pression n’est pas sans conséquence [Dudragne 2000]. L’étude des courbes de Stribeck obtenues prouve que l’augmentation de la pression normale appliquée élève le coefficient de frottement (Fig. V.25). La courbe de Stribeck à la pression apparente de 2,7 MPa, commune à toutes les contre-pièces utiliées, est choisie dans la suite de la caractérisation tribologique des états de surface générés, afin de ne pas biaiser les observations.

b. Caractéristiques du régime mixte : Les courbes de Stribeck issues des essais MVC entrepris après les essais tribologiques sont étudiées pour connaître les caractéristiques du régime de lubrification mixte (Annexe F). Les pentes des régimes mixtes sont extraites comme décrit dans la Section V.2.1.4. Ainsi, les coefficients directeurs des différents échantillons sont récupérés et sont tracés en fonction de la rugosité dans la Figure V.26a.

Une corrélation linéaire entre le coefficient directeur du régime mixte et la rugosité est globalement correcte. Une même allure entre coefficient directeur du régime mixte et rugosité a été mise en évidence pour les échantillons de référence (Fig. V.7 p.125). Si l’on réunit ces résultats avec ceux des échantillons de référence dans la Figure V.26b, la corrélation apparaît robuste. Ainsi, indépendamment du groupe d’état de surface auquel appartient l’échantillon, son régime mixte apparaissant sur sa courbe de Stribeck donne un coefficient directeur qui évolue linéairement avec la rugosité Sk.

(a) (b)

Figure _{V.26 – Évolution de la pente du régime mixte (a) des échantillons tribologiques en} environnement lubrifiés - (b) des échantillons tribologiques en environnement lubrifiés (ici nommés « tribo ») et des échantillons de référence

c. Régime hydrodynamique : Le régime hydrodynamique n’est pas observé sur les courbes de Stribeck de tous les échantillons tribologiques (Annexe F). Ces échantillons ne semblent pas avoir de point commun notable ni entre-eux, ni avec les échantillons revenant de service étudié dans la Section 2.1.2.