« Tribologie/Lubrifiants/Lubrifiants solides et vernis » : différence entre les versions

Du point de vue chimique, il s'agit d'un silicate de magnésium naturel ; sa structure est constituée de feuillets faiblement liés et donc susceptibles de glisser facilement les uns par rapport aux autres. Par rapport au PTFE, au graphite ou à d'autres lubrifiants solides, il possède une excellente tenue aux températures élevées (950 °C), une totale résistance à l'oxydation et il n'engendre aucune pollution. On cherche aujourd'hui à l'incorporer dans les revêtements de surface d'objets métalliques soumis à des frottements, de manière qu'il puisse être libéré dans l'interface des pièces frottantes ; il devrait en résulter une meilleure aptitude au glissement et une diminution de certaines formes d'usure comme la corrosion de contact.

[[File:Graphit gitter.svg|thumb|250px|structureStructure lamellaire du graphite]]

La densité du graphite est 2,25. Il est insoluble dans les solvants usuels, conducteur de la chaleur et de l'électricité, ce qui l'apparente aux métaux, dont il se rapproche aussi par l'« éclat métallique ». Son point de fusion est très élevé (35503 550 °C) et il fait preuve d'une grande neutralité chimique sauf avec les oxydants. Sa structure est un empilage de plaques parallèles formées d'hexagones réguliers et pouvant glisser sous un effort très faible. Ces plaques, liées par des forces de van der Waals, sont distantes de 0,335 nm et elles peuvent laisser pénétrer entre elles des ions ou des molécules formant des composés d'intercalation appelés « lamellars ».

Le graphite est utilisable comme matériau de frottement de - 180 à + 650 °C et jusqu'à 750 °C en atmosphère neutre mais il n'est efficace que s'il adsorbe un film de gaz, d'huiles ou surtout d'eau ; ses qualités frottantes sont donc diminuées à chaud, sous vide ou dans les milieux anhydres (il tend alors à devenir abrasif).

L'adsorption des films de graphite nécessite une action énergique et prolongée, moyennant quoi ils résistent à des pressions considérables : 25 000 barsbar en cas d'écrasement sous déplacements lents et 7 000 sous charges variables ou mouvements rapides. Ces films favorisent l'adsorption d'autres lubrifiants mais ils n'assurent aucune protection contre la corrosion et peuvent être éliminés par des détergents suffisamment puissants. Le pouvoir lubrifiant du graphite est augmenté par l'oxydation des surfaces lubrifiées ou par adjonction d'oxydes de plomb, de cadmium ou d'antimoine, ou encore par d'autres adjuvants comme des poudres de métaux mous.

Le ''Grade AA'' ne craquèle pas, ne fond pas, quelle que soit la température, et les impuretés ne s'y accrochent pas. On peut lui donner un fini miroir si nécessaire. Lorsqu'on n'en a plus besoin, il suffit de rincer les surfaces à l'eau froide pour l'éliminer. C'est aussi un excellent agent de démoulage, la plupart des métaux fondus, le quartz, le verre, le béton ou les céramiques ne collent pas sur les surfaces traitées. Des pièces de fonderie en aluminium, en cuivre, en plomb, en zinc, en argent ou autres métaux non ferreux démoulent sans effort lorsque les moules sont traités.

Ce produit de densité 4, 8, de formule MoS₂, résiste à la plupart des solvants et produits chimiques mais pas au chlore ni aux bases fortes, ni aux oxydants, ni à l'air au-dessus de 450 °C. On l'emploie de -180 °C à + 300 °C dans l'air, jusqu'à 650 °C en atmosphère neutre et 1  100  °C sous vide (lubrification des parties tournantes des tubes à rayons X). En cas d'oxydation, il se forme de l'acide sulfurique H₂SO₄ qui corrode les pièces, tandis que leur coefficient de frottement augmente.

Ce produit àa une structure en lamelles qui comportentcomporte une couche d'atomes de molybdène entre deux couches d'atomes de soufre (on en compte 16401 640 par micromètre d'épaisseur). Ces lamelles ont peu d'affinité entre elles, d'où le clivage facile et la faible résistance au cisaillement des films, mais elles présentent une affinité pour les métaux bien supérieure à celle du graphite. Au contraire de ce dernier, le bisulfure de molybdène ne provoque aucune surépaisseur : ses lamelles n'ont pas tendance à s'empiler, elles sont par ailleurs assez dures pour pénétrer la structure du métal.

La grande affinité du bisulfure de molybdène pour les surfaces métalliques rend son incorporation possible par frottement à sec ou par projection dans un liquide volatil, le métal devant être soigneusement nettoyé. L'adsorption nécessite toutefois une grande énergie, elle n'est effective que par une pression d'au moins 15 barsbar, assurée par friction à la main ou dans certains cas dès la mise en service. On suppose que cette pression est nécessaire pour chasser les gaz adsorbés, d'ailleurs la durée de vie des films est triplée dans l'argon, gaz qui est bien moins adsorbé que l'oxygène de l'air.

* nitrure de bore BN : il présente un coefficient de frottement élevé de 0,35 à 0,4 mais on peut l'utiliser jusqu'à 980 °C dans l'air et 16501 650 °C dans le vide. On fabrique des roulements à billes en nitrure de bore fritté.

Les ''Sermalubes'' constituent la vaste gamme de produits de la société Sermetel pour le frottement à température élevée. Dans des liants inorganiques céramisants entre 300 et 400 °C, on trouve des produits divers : graphite, oxyde de plomb, bisulfure de molybdène, PTFE, ..etc.

Les nanoparticules de bisulfure de molybdène ou d'autres matériaux produites par la société israélienne ''Nanomaterials'' procurent des capacités lubrifiantes aussi bonnes que les meilleurs revêtements connus. Elles remplacent avantageusement des additifs beaucoup plus polluants.

La structure de base est celle des [[w:fullerène|fullerènefullerènes]]s, dans lesquels les atomes ne sont pas associés selon des structures planes, mais selon des structures sphériques comparables à celles des ballons de footbalfootball. Ces sphères sont d'autant plus grosses qu'elles comportent des particules plus nombreuses et on peut les enfermer les unes dans les autres pour obtenir des structures en couches concentriques comparables à celles des oignons ou encore des poupées russes, et très résistantes aux sollicitations mécaniques (environ 4 à 5 fois plus que l'acier et 2 fois plus que les meilleurs matériaux utilisés en armurerie).

Ils forment une réserve plus importante que les lubrifiants solides adsorbés et assurent une bonne protection contre la corrosion. Le coefficient de frottement, de l'ordre de 0,04 si la pression est élevée, permet de remplacer la lubrification dans des ambiances particulières : vide poussé, radiations nucléaires, très basses ou très hautes températures, ambiances poussiéreuses, vitesses faibles...

Les rugosités acceptables vont de 0,02 à 50 micromètres, l'optimum se situant entre 0,5 et 2 µm. Les surfaces plus finies doivent être lubrifiées autrement.

* les liants organiques diffèrent par leur température de durcissement et leur tenue à la chaleur. Les résines cellusosiques, alkydes, uréthannes ou acryliques qui durcissent ou polymérisent à l'air à 20 °C ; les alkydes et uréthannes ne tiennent pas au-delà de 70 °C. Parmi les résines polymérisables à chaud, les phénoliques ne dépassent pas 160 °C, les époxydes 200 °C, les polyimides 350 °C, les silicones 300-400 °C. Ces dernières présentent de bonnes qualités contre la corrosion de contact des tribocontacts en titane. ;

La quasi -totalité des lubrifiants solides utilisés sont le bisulfure de molybdène, le PTFE, le graphite, le fluorure de graphite, mais on trouve aussi du talc et du mica. L'addition de trioxyde d'antimoine Sb₂O₃ permet de réduire considérablement les risques de corrosion tout en améliorant le comportement du feuil à base de MoS₂.

Depuis peu, on utilise aussi des vernis à inclusion d'huiles. Ces dernières ne sont pas dissoutes mais dispersées dans des liants du type résines époxyépoxyde à raison de 3 à 7 % (10 % est un maximum). Le frottement est bien meilleur qu'avec des lubrifiants solides et cette technique constitue un progrès considérable.

Elles sont très diverses : axes de rotors d'hélicoptères, boulonnerie aéronautique en titane, jupes de pistons de moteurs, ceintures à enrouleurs, assemblages Silent Blocksilentbloc, arbre primaire de boîte de vitesses, pivots, ressorts, charnières, noyaux plongeurs d'électroaimants, gâchettes de fusils, arbres cannelés, cames, rotules, engrenages, filage et calibrage à froid de profilés d'acier, formage du titane.

* Revêtement '''Graphoil''' (Snecma) : vernis thermostable à base de bisulfure de molybdène, qui s'applique sur des pièces fonctionnant dans les carburants et les huiles à moyenne température. Ses performances sont supérieures à celles des lubrifiants traditionnels à base de graphite (tenue sans écaillage dans le kérosène TRO à 150 °C pendant 24 heures).

* Revêtement '''Ni-Ag/MOS₂''' (Brevet Snecma industrialisé par Snecma Services) : ce procédé a été développé pour optimiser la lubrification des pièces fonctionnant à très basse température, notamment dans l'hydrogène liquide à -253 ° C .

Les études des structures lamellaires du graphite et du bisulfure de molybdène confirment que le facteur de frottement varie de façon périodique avec leur inclinaison relative. Dans le cas de réseaux cubiques, le plus faible frottement a lieu lorsque le décalage angulaire est de 45 °C. Pour le graphite, dont la structure est hexagonale, le facteur de frottement passe par un maximum tous les 60 °C, ce qui est conforme à l'intuition.