Lubrification par la phase gazeuse : Tribochimie des additifs phosphorés et boratés

par David Philippon

Thèse de doctorat en Sciences. Génie des matériaux

Sous la direction de Jean-Michel Martin.

Soutenue en 2007

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .


  • Résumé

    La formulation des lubrifiants utilisés dans l’automobile est complexe du fait du nombre important d’additifs mélangés aux huiles de base. Pour orienter le choix des formulateurs, il est non seulement nécessaire de connaître le mécanisme d’action de chaque additif mais aussi les interactions entre ces additifs. Pour mieux appréhender ces mécanismes, une démarche originale a été mise en place dans cette étude. Celle-ci consiste à simuler expérimentalement la lubrification en régime limite par la lubrification en phase gazeuse. Pour cela, des molécules de faible poids mole��culaire modélisant les différents constituants d’un lubrifiant ont été introduites sous ultravide. Ce type d’expérience a pu être réalisé grâce au développement d’un nouveau Tribomètre à Environnement Contrôlé (TEC) connecté à un système d’analyse de surface. Cette technique permet de simplifier le système tribologique et d’étudier in situ les tribofilms formés en phase gazeuse par des analyses de surface (XPS/AES). Différentes molécules ont été étudiées : triméthylborate (TMB), triméthylphosphite (TMPi) et triméthylphosphate (TMPa) modélisant respectivement les additifs boratés et phosphorés des lubrifiants de transmission. Cette simulation expérimentale a pu être validée en comparant les résultats en phase gazeuse avec ceux obtenus en phase liquide. Des observations en microscopie optique et des analyses chimiques ont mis en évidence la formation de tribofilms. Les expériences réalisées en présence de TMB ont permis de confirmer les résultats de la littérature sur la formation d’un tribofilm non sacrificiel de borates de type « minéral ». Les expériences réalisées avec les molécules phosphorées ont permis de montrer la différence entre les phosphates et les phosphites, notamment la formation d’un composé de type phosphure de fer en présence de TMPi. Les analyses in situ sur les tribofilms obtenus en présence de TMPi ont permis de déterminer le mécanisme de formation du composé phosphure de fer. La réalisation de mélanges de gaz a permis également de mettre en avant les effets de synergie et d’antagonisme entre les additifs.

  • Titre traduit

    Gas phase lubrication : phosphorus and borate additives tribochemistry


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    Automotive lubricants are very complex systems due to numerous additives mixed with base oils. In order to better design lubricants, it is necessary to understand the mechanisms of reaction of each additives and also the interactions between additives. Consequently, to better understand these mechanisms, a new approach was developed during this study based on the experimental simulation of the boundary lubrication by gas phase lubrication: low molecular weight molecules simulating the heavy lubricant additives were introduced under ultra high vacuum (UHV). Tests were carried out in a new Environmentally Controlled Tribometer (ECT) developed in the laboratory, which is also connected to a chemical analysis device. This technique allows the simplification of the tribosystem and the in situ study of the tribofilm formation mechanisms by XPS/AES analysis. Different kinds of molecules were used: trimethylborate (TMB), trimethylphosphite (TMPi) and trimethylphosphate (TMPa) to simulate respectively the borate and the phosphorous additives usually used as gear lubricants. The experimental simulation by gas phase lubrication was corroborated by comparison with liquid phase lubrication. Moreover, optical microscopy observations as well as chemical analysis gave rise to tribofilm formation. Experiments made in presence of TMB have confirmed literature observations by the formation of a non sacrificial tribofilm composed of mineral borate. Experiments made with phosphorous molecules allowed to clearly identify differences between phosphates and phosphites. Phosphites induce iron phosphide formation. The possible mechanism of the iron phosphide like compound was proposed thanks to the in situ analysis. The binary blends of gases allowed us to study the effect of synergisms and antagonisms interactions between additives.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (192 p.)
  • Notes : Confidentielle jusqu'en 2022
  • Annexes : 115 réf.

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : T2077
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