Formalisation des mécanismes de tribo-oxydation d'un alliage de cobalt soumis à des sollicitations de fretting-usure : effet de la température

Formalisation of the tribo-oxidation mechanisms of a cobalt-based alloy subjected to fretting wear : influence of the temperature

• Auteur / Autrice : Alixe Dreano
• Direction : Siegfried Fouvry, Gaylord Guillonneau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des matériaux
• Date : Soutenance le 14/11/2019
• 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 : Stefano Mischler
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Siegfried Fouvry, Gaylord Guillonneau, Clotilde Minfray, Guillaume Kermouche, Philip Shipway
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Boher, Nicolas Fillot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Frottement

Usure

Mots clés libres

Fretting

Usure

Tribo-oxydation

Haute température

Glaze Layer

Fretting

Wear

Tribo-oxidation

High temperature

Glaze layer

Résumé

Ce mémoire de thèse présente une analyse multi-physique des endommagements par usure provoqués sur un alliage base cobalt soumis à des sollicitations de fretting pour des températures allant de 25˚C à 600˚C. On montre alors que l’usure est sévère à basse température puis douce à haute température. À basse température, l’usure est contrôlée par une synergie entre l’oxydation de l’interface et l’abrasion de la couche d’oxyde nouvellement formée. Une formulation analytique est développée, prenant en compte ces deux aspects. Cependant, cette loi n’est valable que lorsque le produit de l’endommagement, à savoir les débris d’usure oxydés, sont immédiatement évacués de l’interface. Or, si la température dépasse une température seuil T1, les débris commencent à stagner dans l’interface, ils s’agglomèrent et modifient complètement la réponse tribologique. À haute température, une tribocouche protectrice est formée par compaction et frittage des débris, limitant drastiquement l’usure. La loi d’usure par oxydo-abrasion, décrivant le comportement tribologique à basse température, est alors modifiée pour prendre en compte l’apparition de cette tribocouche. La tribocouche, également appelée glaze layer, possède une structure multi-couches, où les propriétés d’oxydation et de diffusion des éléments d’alliage jouent un rôle prépondérant dans les modalités de sa formation. À la lumière de ces résultats, sont finalement discutés les mécanismes mis en jeu dans l’absence totale d’usure lorsque la glaze layer est efficace à l’interface.

This manuscript presents a multi-physical analysis of the fretting wear damages observed on a cobalt-based alloy. It has been showed that the wear process is severe at low temperature whereas a mild wear process takes place at high temperature. At low temperature, the wear process is driven by a synergetic action of the oxidation of the surface and the abrasion of the newly formed oxide layer. An analytical formulation is then proposed by taking into account these two phenomena. However, the proposed wear law is only valid when the wear debris is immediately ejected out of the interface. Yet, when the temperature is high enough, the debris starts to agglomerate into the interface changing completely the tribological response. At high temperature, a protective tribolayer is formed by a compaction and sintering processes of the wear debris which drastically limits wear. The oxido-abrasive wear law, describing the wear behaviour at low temperature, is then modified in order to take into account the tribolayer formation. The tribolayer, also called "glaze layer", has a multi-layerered structure whose formation is strongly linked to the oxidation and diffusive properties of the alloying elements. In the light of these results, the tribological mecanisms providing complete protection of the interface from further wear are discussed.