Selection of coatings for tribological applications

• Auteur / Autrice : Dabing Luo
• Direction : Philippe Kapsa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône1970-)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Frottement

Revêtements

Tribologie (technologie)

Mots clés libres

Lubrifiant solide

Vernis de glissement

Résumé

Les revêtements sont souvent utilisés pour réduire le frottement et protéger les surfaces contre l’usure. Cependant, choisir le revêtement approprié pour une application tribologique donnée est toujours compliqué pare que la réponse tribologique d’un système revêtu dépend de beaucoup trop de facteurs. Les objectifs de cette thèse sont de développer un outil de pré-sélection de revêtements, et de proposer quelques approches permettant d’évaluer et de comparer des revêtements. Basé sur l’étude de la littérature et sur trois études de cas tribologiques, un outil de pré-sélection est développé, en considérant tous les aspects des exigences requises et des limites d’application et caractéristiques des revêtements. Deux études expérimentales sont ensuite effectuées. Un revêtement de MoS2 pulvérisé sous pression est examiné dans trois différentes configurations d’essai pour identifier l’effet des conditions d’essai sur sa performance tribologique. La durée de vie de ce revêtement peut être prévue par les courbes maîtresses basées sur l’énergie dissipée. Cinq revêtements de type vernis de glissement sont également étudiés par des techniques simples d’évaluation et par des essais de fretting. Les performances tribologiques de revêtements dépendent de leur propriétés, et les techniques simples dévaluation peuvent être utilisées pour éliminer de mauvais revêtements, lors du processus de choix. Les performances tribologiques des revêtements sont évaluées en comparant les courbes maîtresses reliant durée de vie et énergie dissipée. Le meilleur revêtement peut alors être choisi, en comparant synthétiquement les revêtements selon divers aspects dans un diagramme polaire.

Coatings are often used to reduce friction and protect the substrate surface from wear. However, selecting the appropriate coating from numerous ones for a given tribological application is still complicated because the tribological response of a coating system depends on many factors. The objectives of the thesis are to develop a coating pre-selection tool, and to propose some approaches to evaluate and compare coatings, sequentially to help the coating selection. Based on the study of literature and three different tribological cases, a pre-selection tool is developed by comprehensively considering the requirements and limits of applications and the characteristics of coatings. Two kinds of experiments are carried out to understand the relationships between tribological behaviors and running conditions and coating properties. Pressure sprayed MoS2 coating is investigated under three contact configurations to identify the effect of test conditions on its tribological performance. The coating lifetime can be predicted by relevant dissipated energy master curves. 5 bonded solid lubricant coatings are studied by simple evaluation techniques and fretting tests. The tribological performances of the coatings are closely related to their properties, and the simple evaluation techniques can be used to screen out the poor coatings. The tribological performances of the coatings are evaluated by comparing their dissipated energy – coating lifetime master curves. The best coating can be selected by synthetically comparing the coatings from various aspects in a polar diagram.