Développement et caractérisation d'une nouvelle méthode de dépôt de films superficiels minces à activités tribologiques

Development and characterization of a new method for the deposition of thin surface films with tribological activities.

• Auteur / Autrice : Jean Wilner Petit
• Direction : Jean-Louis Mansot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 27/10/2017
• Etablissement(s) : Antilles
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Milieu insulaire tropical à risques : protection, valorisation , santé et développement (Pointe-à-Pitre)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Louis Mansot, Maria Isabel De Barros Bouchet, Jean Denape, Ketty Bilba, Philipp Bilas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maria Isabel De Barros Bouchet, Jean Denape

Mots clés

Mots clés contrôlés

Recherche

Tribologie (technologie)

Mots clés libres

Technique tribo-assistée

Film tribo-assisté

Technique de dépôt

Procédé mécanique de dépôt

Tribo-assistée process

Mecanical process of deposition.

Tribo-assisted film

Résumé

Le frottement est un phénomène inhérent à tout système mécanique entre deux corps en contact ou animés de mouvement relatif. Ce phénomène génère des pertes d'énergie et, lorsqu'il devient important, il s'accompagne de l'endommagement (usure) de la surface des pièces frottantes. Le moyen actuellement connu pour lutter contre le frottement et réduire l’usure est la lubrification qui consiste à introduire entre les surfaces frottantes un matériau qui facilite le glissement des dites surfaces et empêche le contact entre aspérités des surfaces.La technique est expérimentée avec trois composés (graphite, h-BN et MoS2) afin de montrer ses performances et son applicabilité à différents produits. Les nanoparticules sont mises en dispersion dans du dodécane. Les films déposés par la technique tribo-assistée ont une cinétique de formation instantanée. Ils ont une structure compacte pour ceux qui sont déposés à partir des nanoparticules de graphite et de MoS2 et une structure poreuse pour ceux qui sont formés à partir des nanoparticules de h-BN. Leur surface est lisse avec une épaisseur moyenne de 0,4 µm. Les tests de frottement effectués dans des conditions sévères (frottement sec) ont mis en évidence leurs performances tribologiques: ils sont immédiatement tribo-actifs, c'est à dire qu’ils présentent un faible coefficient de frottement dès le début du glissement (pas de période d’induction), il ont un fort potentiel auto-réparateur et une durabilité moyenne de 1500 cycles. La présence du liquide dans le processus de dépôt permet d'une part de ramener les nanoparticules dans le convergent du contact et d'autre part de réduire la désorganisation structurale des nanoparticules déposées et de faciliter l'orientation des particules du film avec leurs feuillets de base parallèlement à la direction de glissement. Ce travail montre ainsi les performances de la technique tribo-assistée dans l'élaboration de films minces à partir de nanoparticules de matériaux lubrifiants différents. Il permet également de comprendre les mécanismes de formation et de fonctionnement des films minces élaborés par cette technique.

Friction is a phenomenon present in any mechanical system between two parts in contact or animated with relative motion. This phenomenon generates energy losses and, when it becomes important, it can cause damage (wear) of the surface of the rubbing parts. The present known means for controlling friction and reducing wear is lubrication which consists in introducing between the friction surfaces a material which facilitates the sliding of these surfaces and prevents the contact between asperities.The technique is experimented with three compounds (graphite, h-BN and MoS2) in order to show its performance and its applicability to different products. The nanoparticles are dispersed in dodecane.The films deposited by the tribo-assisted technique have an instantaneous formation kinetics. They have a compact structure for those that are deposited from graphite and MoS2 nanoparticles and a porous structure for those that are formed from h-BN nanoparticles. Their surface is smooth with an average thickness of 0.4 μm. The friction tests carried out under severe conditions (dry friction) have demonstrated their tribological performance: they are immediately tribo-active, ie they have a low friction at the beginning of the sliding (no induction period), they have a high self-repair potential and an average durability of 1500 cycles. The presence of the liquid in the deposition process makes it possible, on the one hand, to bring the nanoparticles into the convergent contact and on the other hand to reduce the structural disorganization of the deposited nanoparticles and to facilitate the orientation of the particles of the film with their sheets of base parallel to the sliding direction. This work thus shows the performance of the tribo-assisted technique in the production of thin films from nanoparticles of different lubricating materials. It also makes it possible to understand the mechanisms of formation and operation of the thin films produced by this technique