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Annales de Chimie - Science des Matériaux

0151-9107
 

 ARTICLE VOL 29/6 - 2004  - pp.131-142  - doi:10.3166/acsm.29.6.131-142
TITRE
Films de surfaces intelligents pour le contrôle du frottement dans un contact lubrifié

TITLE
Smart surface films for friction control in a lubricated contact

RÉSUMÉ

La maîtrise des processus de lubrification nécessite de connaître les propriétés rhéologiques des surfaces et des lubrifiants qui les séparent à une échelle petite ou tout au plus comparable à l'épaisseur des films lubrifiants, c'est-à-dire sur des distances de l'ordre de 1 à 100 nanomètres. Grâce au développement récent des techniques de mesures de forces de surfaces vers la mesure simultanée des efforts normaux et tangentiels, il est dorénavant possible d'évaluer les propriétés rhéologiques d'une interface en glissement. Ces dernières sont un paramètre clé pour la compréhension fondamentale du frottement et de l’'usure, en particulier en régime de lubrification limite. Dans ce travail, nous montrons comment des systèmes multicouches, appelés « films intelligents » et formés durant le processus de lubrification adaptent leur propriétés rhéologiques pour résister aux sollicitations tribologiques. Nous montrons que l’'anisotropie et l'’hétorégénéité des structures des couches confinées gouverne leur cisaillement dans le contact sous pression. Le rôle de la pression de contact et de la vitesse de glissement est plus spécifiquement discuté. Le cas de couches monomoléculaires d'acide gras, utilisées comme modificateurs de frottement et de polymères est présenté pour illustrer la relation entre la structuration des molécules au voisinage des surfaces et leur capacité à contrôler la force de frottement.



ABSTRACT

In order to increase the lifetime of contacts, tribologists need to quantify the basic properties of the lubricant and of the surfaces it is separating. Previously, the bulk properties of these materials (lubricant and solids) were sufficient. In most lubrication processes (metalforming, valve train, bearings, …), this is no longer true and knowledge of mechanical properties is required on a scale which is small or comparable with the film thickness. Nowadays, this means a scale in the range 10-9–10-7 m. With the recent developments in the surface force techniques towards the simultaneous measurements of normal and tangential forces, it is now possible to evaluate, at a molecular scale, the mechanical properties of a sliding interface. The latter are one of the key parameters for the understanding of the friction and wear processes, especially in boundary lubrication. The aim of this paper is to show how multilayer systems called smart surface films formed during the lubrication process under mild or extreme tribological conditions may promote low friction coefficient by adapting their mechanical behaviour to withstand statically and dynamically the sollicitation. The anisotropy of the films and their adhesion to the contacting surface are fundamental in the shearing process that occurs in the high pressure zone of the contact. The role of contact pressure and sliding speed is also discussed. The examples of amphiphile molecules used as friction modifiers and polymer chains are presented to show the relation between the structuration of the molecules in the neighbourhood of the surfaces and their ability to control the friction force.



AUTEUR(S)
Denis MAZUYER, André TONCK

Reçu le 5 octobre 2004.    Accepté le 15 octobre 2004.

LANGUE DE L'ARTICLE
Anglais

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