Etude des nouveaux modificateurs de frottement à base de molybdène pour la lubrification moteur

par Olga Gorbatchev

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Le président du jury était Didier Léonard.

Le jury était composé de Christophe Donnet, Raphaële Iovine.

Les rapporteurs étaient Jean-Louis Mansot, Christophe Geantet.


  • Résumé

    La zone Segment-Piston-Chemise (SPC) d’un moteur thermique est une source importante de dissipation d’énergie liée au frottement sévère. Il est important d’optimiser les lubrifiants agissant dans cette zone car ils ont un impact essentiel sur la durée de vie des pièces mécaniques et la réduction de la consommation énergétique des véhicules. Le dépôt de revêtements sur certaines pièces soumises à des frottements sévères est également une alternative intéressante, en particulier les revêtements carbonés de type DLC et diamant nanocristallin (NCD). La formulation des nouveaux lubrifiants moteurs doit tenir compte de la présence éventuelle de ces nouveaux matériaux. Dans ce travail de doctorat, l’action tribochimique de nouveaux additifs à base de molybdène, couplés à un additif anti-usure de type ZnDTP et à d’autres additifs de type modificateur de frottement, a été étudiée. Ces derniers sont depuis longtemps connus pour leur grande capacité à réduire le frottement grâce à la formation du composé lamellaire di-sulfure de molybdène (MoS2), notamment les additifs MoDTC dimer. Cependant la quantité importante de soufre qu’ils contiennent reste problématique du fait de son impact néfaste sur l’environnement. L’effet synergique d’un additif au molybdène purement organique, appelé Mo-organique, en combinaison avec un additif ZnDTP et d’une triamine grasse, a été découvert. Ce nouveau mélange ternaire permet de réduire jusqu’à 20% la contenance en soufre d’une formulation lubrifiante globale tout en améliorant les performances tribologiques par rapport à celles du MoDTC classique. De ce fait, une réduction du coefficient de frottement atteignant 50% a été observée. Une caractérisation physico-chimique multi-échelles des tribofilms binaires et ternaires dérivés du Mo-organique a été réalisée en utilisant une approche multi-techniques (XPS, ToF-SIMS, FIB/HRTEM). Un mécanisme réactionnel hypothétique conduisant à la formation du MoS2, passant par un composé intermédiaire de type « thiomolybdate » a été proposé.


  • Résumé

    The friction in the Piston-ring area is a significant cause of the energy waste. It is important to optimize the lubricants acting in this zone because they have an essential impact on the service life of the mechanical parts and the reduction of the energy consumption of vehicles. The coating on relevant part is also an interesting alternative, such as the carbon coating of the DLC type or a nano-crystalline diamond (NCD) coating. If such coating materials are used, the composition of new lubricants has to be adapted correspondingly. This doctoral work-studies the tribo-chemical action of new additives with molybdenum, coupled with an anti-wear additive of the ZnDTP type as well as with some other friction-modifying additives. Some of these additives, especially the MoDTC dimer, are known to reduce the friction through formation of the lamellar di-sulfur composite of molybdenum (MoS2). However, due to high sulfur content these additives produce significant adverse environmental effects. A synergy effect has been proven of a purely organic molybdenum additive, called Moorganic, combined with a ZnDTP additive and from a fatty triamine. This new ternary mixture allows reducing up to 20% the sulfur content in the lubricant’s global formula and improves the tribological properties in comparison with the classical MoDTC. Consequently, the observed reduction of friction coefficient reached 50%. Using the multi-technic approach (XPS, ToF-SIMS, FIB/HRTEM) we realized a multi-scale physicochemical characterization of the binary and ternary tribo-layers that derived from the Mo-organic. A reactional mechanism that leads to the MoS2 formation has been proposed; it goes through the intermediate composite of the « thiomolybdate » type.


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  • Détails : 1 vol. (206 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.199-205

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