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Revêtements complexes antifriction pour les composants moteurs automobiles.
De la F1 à la grande série
deux formes minérales du
carbone : le graphite et le
diamant. Il possède à la fois
une grande dureté (principale qualité du diamant) et
des qualités de glissement
proches de celles du graphite
(pour aller plus loin sur la
structure chimique du DLC,
voir l’Encart : « Le DLC, entre
le diamant et le graphite »).
1.3. Quelques propriétés
du DLC
L’intérêt de l’emploi du DLC
apparaît clairement sur les
données mécaniques reportées dans le Tableau 1 : le DLC
possède une valeur de dureté
(indiquée
sans
mention
d’unité, pour comparaison)
très élevée qui dépasse celle
de la plupart des céramiques
associée à une valeur de coeffi cient de frottement
70 particulièrement faible. À noter :
le frottement se faisant entre
deux surfaces, le coeffi cient
de frottement dépend de
chacune des deux surfaces ;
les chiffres du tableau correspondent au frottement du DLC
sur un acier.
L’objectif de l’optimisation des
moteurs dans la compétition
automobile est de réduire
les pertes par frottement de
manière à augmenter les
performances – ce qui va aussi
permettre de limiter l’usure à
la fois des pièces antagonistes
(voir le paragraphe 1.4) et des
pièces revêtues. Les caractéristiques
exceptionnelles
du DLC rendent évidemment
son utilisation comme revête70. Le frottement est la mesure
de la résistance au mouvement
(qui constitue une perte d’énergie)
de deux surfaces en contact. Il
est mesuré par le coeffi cient de
frottement.
Tableau 1
Le DLC possède une dureté
importante et un coeffi cient de
frottement faible, ce qui conduit à
de faibles pertes par frottement
et une usure limitée du matériau
antagoniste (celui en contact avec
le DLC : l’acier, dans notre cas).
Nano
dureté
Coefficient
de frottement*
Bronze
1,5 - 3
20 - 35
* Tests réalisés à sec, contre un acier, test "bille sur disque"
0,05 - 0,10
0,2 - 0,4
0,4 - 0,6
0,5 - 0,7
0,10 - 0,15
15 à 25
100
8
Acier à outil
Céramique
Diamant
DLC
DLC
Résistance
à l'usure
Frottement
« doux »
ment extrêmement favorable
sous ce rapport.
1.4. Sur les mécanismes
d’action du DLC
La propriété qu’a le DLC
d’établir des conditions de
frottement
particulièrement douces et peu agressives résulte de mécanismes
physico-chimiques qui font
l’objet d’études scientifi ques
poussées ; très complexes,
ils sont encore loin d’être
bien compris. On a mis en
avant l’hypothèse du rôle d’un
« troisième corps » intervenant dans un mécanisme de
transfert partiel de couches
superfi cielles du revêtement
de carbone sur la contrepièce (ou pièce antagoniste)
et qui resterait emprisonné
dans le contact ; rien de suffi -
samment concluant ne vient
corroborer cette hypothèse.
En fait, la solution passe
certainement par l’étude des
phénomènes
d’échauffement. Actuellement, aucun
moteur de F1 ne tourne plus
d’une minute sans DLC, sauf à
vitesse de rotation très faible :
Revêtements complexes antifriction pour les composants moteurs automobiles.
De la F1 à la grande série
deux formes minérales du
carbone : le graphite et le
diamant. Il possède à la fois
une grande dureté (principale qualité du diamant) et
des qualités de glissement
proches de celles du graphite
(pour aller plus loin sur la
structure chimique du DLC,
voir l’Encart : « Le DLC, entre
le diamant et le graphite »).
1.3. Quelques propriétés
du DLC
L’intérêt de l’emploi du DLC
apparaît clairement sur les
données mécaniques reportées dans le Tableau 1 : le DLC
possède une valeur de dureté
(indiquée
sans
mention
d’unité, pour comparaison)
très élevée qui dépasse celle
de la plupart des céramiques
associée à une valeur de coeffi cient de frottement
70 particulièrement faible. À noter :
le frottement se faisant entre
deux surfaces, le coeffi cient
de frottement dépend de
chacune des deux surfaces ;
les chiffres du tableau correspondent au frottement du DLC
sur un acier.
L’objectif de l’optimisation des
moteurs dans la compétition
automobile est de réduire
les pertes par frottement de
manière à augmenter les
performances – ce qui va aussi
permettre de limiter l’usure à
la fois des pièces antagonistes
(voir le paragraphe 1.4) et des
pièces revêtues. Les caractéristiques
exceptionnelles
du DLC rendent évidemment
son utilisation comme revête70. Le frottement est la mesure
de la résistance au mouvement
(qui constitue une perte d’énergie)
de deux surfaces en contact. Il
est mesuré par le coeffi cient de
frottement.
Tableau 1
Le DLC possède une dureté
importante et un coeffi cient de
frottement faible, ce qui conduit à
de faibles pertes par frottement
et une usure limitée du matériau
antagoniste (celui en contact avec
le DLC : l’acier, dans notre cas).
Nano
dureté
Coefficient
de frottement*
Bronze
1,5 - 3
20 - 35
* Tests réalisés à sec, contre un acier, test "bille sur disque"
0,05 - 0,10
0,2 - 0,4
0,4 - 0,6
0,5 - 0,7
0,10 - 0,15
15 à 25
100
8
Acier à outil
Céramique
Diamant
DLC
DLC
Résistance
à l'usure
Frottement
« doux »
ment extrêmement favorable
sous ce rapport.
1.4. Sur les mécanismes
d’action du DLC
La propriété qu’a le DLC
d’établir des conditions de
frottement
particulièrement douces et peu agressives résulte de mécanismes
physico-chimiques qui font
l’objet d’études scientifi ques
poussées ; très complexes,
ils sont encore loin d’être
bien compris. On a mis en
avant l’hypothèse du rôle d’un
« troisième corps » intervenant dans un mécanisme de
transfert partiel de couches
superfi cielles du revêtement
de carbone sur la contrepièce (ou pièce antagoniste)
et qui resterait emprisonné
dans le contact ; rien de suffi -
samment concluant ne vient
corroborer cette hypothèse.
En fait, la solution passe
certainement par l’étude des
phénomènes
d’échauffement. Actuellement, aucun
moteur de F1 ne tourne plus
d’une minute sans DLC, sauf à
vitesse de rotation très faible :