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Hentour, Karim. Nouveaux revêtements nanocomposites chargés en espèces carbonées pour applications tribologiques

Hentour, Karim (2017). Nouveaux revêtements nanocomposites chargés en espèces carbonées pour applications tribologiques.

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Résumé en francais

Les aciers inoxydables austénitiques sont très utilisés dans l'industrie. Reconnus pour leur résistance à la corrosion, ils le sont également pour leur forte susceptibilité à l'usure adhésive (grippage). Cela a pour conséquence une dégradation accélérée des matériaux, ce qui conduit à des pannes brutales, à des pertes de performances et à une augmentation des coûts d'exploitation. Le CETIM et le CIRIMAT explorent des solutions basées sur des revêtements protecteurs afin de diminuer le coefficient de frottement et le volume d'usure. Des sols chargés en carbone sont élaborés et déposés par trempage-retrait sur des substrats en acier inoxydable 304L. Après gélification et traitement thermique en atmosphère inerte, des revêtements carbone-céramique d'une épaisseur d'environ 2 à 7 µm sont obtenus. Deux matrices (alumine et alumine-silice) sont étudiées, ainsi que différentes charges carbonées: du graphite commercial et des nanotubes de carbone (NTC) dont le nombre de parois moyen est égal à 2, 8 ou 20. Des essais tribologiques rotatifs bille-plan réalisés selon la norme ASTM G99 (bille en acier, charge normale 2N, vitesse 10 cm/s, 250 m de glissement) ont montré que les revêtements graphite-alumine présentent un plus faible coefficient de frottement et une plus faible usure que les revêtements alumine et NTC-alumine. Nous montrons que la surface totale de carbone disponible dans l'échantillon est le paramètre pertinent et que l'exfoliation progressive du graphite en graphène oligocouche (2-5) pendant l'essai permet de générer in situ de nouvelles surfaces, tandis que les NTC ne subissent pas d'endommagement majeur. Nous mettons en évidence la formation d'un tribofilm lubrifiant au contact bille/revêtements composites. Nous nous sommes donc orientés vers la pré-exfoliation du graphite dans le sol par différentes méthodes. Nous mettons en évidence qu'une méthode impliquant de grandes contraintes de cisaillement permet la pré-exfoliation efficace du graphite, la surface de carbone étant alors 1300 fois plus grande qu'avec la dispersion par sonde à ultrasons. Nous montrons que ce sont les échantillons GBC-alumine qui présentent les plus faibles volumes d'usure (0,0023 mm3) et coefficient de frottement (0,14) de ce travail. Le dernier chapitre est consacré à l'étude de l'adhérence du revêtement au substrat et du comportement tribologique des revêtements lors d'un essai industriel sévère (ASTM G133). Il est notamment mis en évidence que les revêtements à matrice alumine-silice présentent une meilleure adhérence que ceux à matrice alumine.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Laurent, Christophe
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des MATériaux (CIRIMAT), UMR 5085
Mots-clés libres :Revêtement - Composite - Sol-gel - Alumine - Alumine-silice - Graphite - Graphène - Nanotubes de carbone - Tribologie - Grippage
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :15 Apr 2021 13:04