Etude et formalisation du comportement tribologique d'un contact polytetrafluoroéthylène/Alliage de titane soumis à des sollicitations de fretting-reciprocating

• Auteur / Autrice : Sana Toumi Krir
• Direction : Michelle Salvia, Siegfried Fouvry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 09/06/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Benayoun
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michelle Salvia, Siegfried Fouvry, Mhamed Boutaous
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Langlade, Juan Jorge Martinez Vega

Mots clés

Mots clés contrôlés

Corrosion de contact

Polytétrafluoréthylène

Mots clés libres

PTFE

Ti-6Al-4V

Usure

Frottement

Fretting-reciprocating

Film de transfer

PTFE

Ti-6Al-4V

Wear

Friction

Fretting-reciprocating

Transfer film

Résumé

Les polymères sont de plus en plus répandus dans différents secteurs industriels comme une alternative aux métaux. En effet, les composants en polymère permettent une réduction accrue du poids et une meilleure inertie chimique dans les structures où ils sont utilisés. Ils permettent également une réduction du frottement sans recourir à des systèmes de lubrification externe. Parmi ces polymères, le PTFE - connu sous le nom du Teflon et découvert en 1938 - se caractérise par une morphologie semi-cristalline particulière où les molécules de PTFE forment des superstructures dites « à bandes ». Il possède d’excellentes propriétés thermiques, un très faible coefficient de frottement et une très bonne inertie chimique justifiant sa vaste utilisation dans différentes applications : comme renfort de type lubrifiant solide, revêtement antiadhésif, isolant électrique des câbles dans le domaine de l’aéronautique, récipients pour des produits chimiques réactifs. Ce travail de thèse s’inscrit dans ce contexte et adopte une démarche tribologique globale. Il étudie les réponses tribologiques d’un contact PTFE/Ti-6Al-4V sollicité en fretting-usure alternatif - notamment en mode glissement total et reciprocating - dans une configuration cylindre/plan. Les paramètres étudiés sont : nombre de cycles, vitesse de glissement, force normale et propriétés thermomécaniques et surfaciques des matériaux. Cette étude propose de nouvelles formalisations analytiques basées sur l’approche d’Archard et établit des lois de frottement et d’usure qui intègrent les effets de ces paramètres. Le rôle joué par le film de transfert dans la détermination des réponses tribologiques est également mis en évidence.

The tribology of thermoplastic polymers is nowadays one of the major issues in several engineering fields. These non-metallic materials increasingly provide a useful alternative to metals that are in contact with a harder counterface. Areas of application are various and include offshore oil-drilling, aeronautics and the automotive industry and biomedical applications such as prosthesis designs. The aim of polymer-metal, and especially PTFE/Ti-6Al-4V, designs is to reduce wear and friction. Polytetrafluoroethylene (PTFE) is one such interesting thermoplastic polymer that has been closely studied since it was discovered in 1938. It is a high-performance engineering polymer characterized especially by a high melting point, chemical inertness and low coefficient of friction due to its banded structure. PTFE is a tribologically attractive material, widely used especially as a solid lubricant in a variety of dry sliding tribosystems. The purpose of this study is to evaluate friction and wear rate evolution for gross slip fretting-reciprocating sliding conditions of PTFE/Ti-6Al-4V interface in a cylinder/plane configuration. Various investigations have been made to study the influence of wear test conditions: number of cycles, sliding speed, normal force, materials thermomechanical and surface properties. Analysis aimed to determine tribological processes as well as formulation of experimental evolution of friction and wear rates regarding selected parameters. Finally, characterization of the transfer film formed on the counterpart under repeated cyclic sliding is undertaken to determine its role and its interference with wear and friction response.