Trois familles d’états de surface ont été considérées dans cette étude :
– des disques neufs (ou dits vierges) tels qu’ils sont montés dans le bloc de sécurité industriel de cette étude ;
– des disques polis à 3 niveaux de polissage selon la procédure présentée ci-après ; – des disques revenant de service.
Procédure de polissage : Les échantillons polis sont crées par polissage à 100 tr/min, à une pression appliquée manuellement. Chaque échantillon est poli sur les différentes tailles de grain pendant 1min et 45s. Les papiers SiC successifs sont : 180 - 320 - 600 - 1200. Cela correspond à un nombre de grains par unité de surface croissant et donc une taille de grains décroissante. La correspondance entre la taille des grains de SiC et la nomenclature des papiers est donnée par le Tableau III.7. Ensuite sont utilisées les pâtes diamantées contenant des grains de diamètre : 6, 3 et 1 μm.
Papier SiC
80 180 320 600 1200 2000 (nbre de grains par cm2)
Taille de grain correspondante 200 76 46 26 14 10
TABLEAU III.7 – Correspondance polissage entre le nombre de gains par cm2 et la taille de grain
Trois états de surface différents sont créés par polissage. L’échantillon numéroté P01 correspond à la totalité de la procédure alors que pour les échantillons P02 et P03, le polissage a été arrêté respectivement après la pâte diamantée 6 μm et après le papier SiC 1200.
4. Etats de surface de référence Dans cette section, seules les caractérisations morphologiques et topographiques sont présentées. Les caractéristiques en coupe, en MVC ou d’usure seront données dans les Chapitres IV et V traitant du comportement tribologique du matériau.
4.1. Caractérisation morphologique
Des observations au MEB sont réalisées sur les surfaces des disques de référence. Cela permet la connaissance de l’état morphologique typique de chaque famille de disque. Conformément à la procédure exposée Page 75, deux grossissements sont utilisés pour caractériser les surfaces. Le premier donne une vue d’ensemble et permet d’apprécier l’homogénéité de l’état de surface et la quantité de porosités ouvertes, le second apporte essentiellement des informations sur les feuillets de graphite. Les Figures III.20 et III.21 présentent les visuels typiques des disques vierges, des différents disques polis et des disques revenant de service (RS).
La Figure III.20 (a et b) correspond à la morphologie typique d’échantillons neufs et montre un état de surface irrégulier et des porosités débouchantes. Les fibres perpendicu-
(a)
(b)
(c)
(d)
Figure III.20 – Morphologie typique des échantillons neufs (a et b) et du disque poli P03 (c et d)
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
FigureIII.21 – Morphologie typique des disques polis P02 (a et b) et P01 (c et d) et des disques revenant de service (e et f)
laires à la surface de l’échantillon ainsi que celles qui sont inclinées par rapport à cette surface sont bien visibles. Elles apparaissent gainées par la matrice qui est constituée de feuillets de graphite. L’usinage a provoqué des arrachements de fibres et de matrice et parfois des micro-fissures dans la matrice.
La morphologie de l’échantillon poli P03 (Fig. III.20 (c et d)) est globalement plus plate que celle de l’échantillon neuf mais comporte toujours des porosités ouvertes et des irrégularités. Si le polissage permet de voir l’agencement des fibres dans la matrice carbonée, il a
4. Etats de surface de référence cependant provoqué l’arrachement de certaines fibres. Les feuillets de graphite sont bien visibles à fort grossissement.
Les morphologies des échantillons polis P02 et P01 sont données dans la Figure III.21, respectivement les images (a et b) et (c et d). Ce sont des états de surface assez similaires.
`
A faible grossissement, de nombreuses fibres arrachées sont visibles et la matrice carbonée présente un aspect lissé. `A plus fort grossissement, il apparaît que les feuillets de la matrice sont gommés. La différence principale entre ces deux disques est le plus grand nombre de fibres arrachées dans le cas du disque P02.
Enfin, la morphologie des disques revenant de service est visible sur la Figure III.21 (e et f). Comme pour les disques polis, la surface apparaît aplatie par rapport à celle des échantillons neufs. Le grossissement ×250 (Fig. III.21e) permet d’observer une surface lisse présentant uniquement quelques sillons de fibres arrachées. L’origine de cet aspect très lisse est comprise grâce au grossissement ×1000, où les feuillets de graphite sont gommés. Les disques revenant de service (RS) ont pour caractéristique commune, avec les disques polis P02 et P01, la quasi disparition des feuillets de graphite à fort grossissement. `A faible grossissement, les RS présentent moins d’arrachement de fibres et leur morphologie est plus uniforme.
Au final, l’état de surface typique de la famille des disques neufs montre une forte irrégularité et des porosités débouchantes. Les fibres et la matrice (constituée de feuillets de graphite) sont bien identifiables. Dans la famille des disques polis, une morphologie unique ne se dégage pas des observations. La surface de l’échantillon poli P03 est plus plate qu’un disque neuf mais comporte toujours des porosités débouchantes. De nombreuses fibres s’avèrent être arrachées par le polissage et les feuillets de graphite sont bien visibles à fort grossissement.
Au contraire, la différenciation des disques polis P02, P01 et des disques revenant de service est moins nette. Ils présentent tous un aspect lissé à faible grossissement et des fibres arrachées sont visibles. `A plus fort grossissement, la quasi disparition des feuillets de graphite est observée.
4.2. Caractérisation rugosimétrique
La Figure III.22 présente les valeurs moyennes (ainsi que minimales et maximales) des 4 paramètres de rugosité : Sa, Sk Spk et Svk. Les différentes valeurs ont été calculées pour
3 disques neufs, 6 disques revenant de service et les 3 disques polis.
Les 4 paramètres montrent les mêmes tendances. Les disques neufs ont une rugosité notablement supérieure à celle des autres échantillons. La valeur des paramètres de rugosité double par rapport à celle des échantillons polis et revenants de service ; voire triple, selon le paramètre de rugosité considéré. Par contre, on remarque une similitude d’ordre de grandeur des valeurs pour les disques revenants de service et les disques polis, toujours quel que soit le paramètre considéré. Afin de déterminer un paramètre unique de rugosité,
Figure III.22 – Paramètres de rugosité des différents types de disques
FigureIII.23 – Amplitude des valeurs de Sk, Sa, Spket Svk pour les états de surface de référence
l’amplitude des données est calculée (différence entre les valeurs maximale et minimale). Il s’avère (Fig. III.23) qu’elle est assez importante. C’est le paramètre Sk qui présente la plus
faible dispersion, et ce tout en conservant des tendances nettes pour chacune des familles. C’est pour cela qu’il est choisi parmi les paramètres ci-dessus pour caractériser la rugosité.
`
A la suite du choix de paramètre de rugosité Sk, les trois familles des états de surface de
référence ont été détaillées. La famille des échantillons neufs se caractérise significativement par une valeur moyenne de Sk de 12,5 μm (Fig. III.24). Les disques polis et les disques
revenant de service présentent des rugosités du même ordre de grandeur. Cette similarité d’ordre de grandeur des valeurs des deux familles ne permet pas de définir une rugosité typique pour l’une ou l’autre des familles d’état de surface.