La tribologie – en quoi consiste-t-elle et quelles sont ses applications ?

Qu’est-ce que la tribologie ?

La tribologie est définie comme la science et la technologie des surfaces en mouvement relatif et en interaction mutuelle. Elle englobe l’étude du frottement, de l’usure et de la lubrification, ainsi que des interactions se produisant à l’interface entre les corps en contact. Ces processus incluent, entre autres, le transfert de forces, la conversion d’énergie mécanique, les transformations physico-chimiques et les phénomènes d’enchevêtrement mécanique résultant de la morphologie et de la topographie des surfaces. L’objectif principal de la tribologie est de comprendre les interactions de surface , permettant ainsi la résolution de problèmes et l’identification de solutions appropriées. Ce domaine est interdisciplinaire par nature : il s’appuie sur l’expertise du génie mécanique, de la science des matériaux, du génie chimique et de nombreuses autres disciplines. Cette approche globale est essentielle pour expliquer pleinement les phénomènes physiques complexes qui se produisent dans la zone de frottement.

Le mécanisme du frottement

Le frottement est, par définition, la résistance tangentielle au mouvement entre deux corps solides en contact. L’intensité de cette résistance dépend des matériaux, de la géométrie et des propriétés de surface des corps en contact, ainsi que des conditions de fonctionnement et de l’environnement. Ce mécanisme résulte d’interactions physiques se produisant principalement à l’échelle microscopique. On distingue les types suivants :

• Frottement cinétique (de mouvement) – résistance entre deux surfaces en contact et en mouvement l’une par rapport à l’autre,
• Frottement statique – présent lors de la transition de l’arrêt au mouvement, ainsi que lors de la cessation du mouvement. Généralement supérieur au frottement cinétique.

Les surfaces des corps, même celles qui paraissent parfaitement lisses, sont parsemées de creux et d’irrégularités à l’échelle moléculaire. Lors du mouvement, ces aspérités s’imbriquent et s’entremêlent, et le franchissement de ces obstacles nécessite un apport d’énergie externe. L’adhésion est également un phénomène clé dans le contexte du frottement. Aux points de contact entre les corps, des liaisons intermoléculaires se forment, notamment les forces de van der Waals et les forces capillaires. De plus, lors du frottement, des charges électriques sont générées à la surface (effet triboélectrique). Ces charges augmentent les forces ioniques de surface, ce qui favorise la formation de forces de contact adhésives. Consultez notre sélection d’ agents antiadhésifs . Il est important de noter que le frottement se produit non seulement à l’interface entre deux objets différents, mais aussi au sein d’un même corps, lorsque ses couches ou particules se déplacent les unes par rapport aux autres. Ce phénomène est appelé frottement interne . Sa nature dépend de l’état de la matière : dans les gaz et les liquides, elle se manifeste par la viscosité (forces relativement faibles), tandis que dans les solides, elle est beaucoup plus forte, en raison de l’agencement ordonné des éléments structuraux.

Les lubrifiants en tant que substances réduisant la friction

La lubrification est la méthode fondamentale utilisée pour l’entretien des machines de production. Dans le cas de pièces coulissantes, telles que les systèmes piston-cylindre, les engrenages et les cames, la lubrification entre deux ou plusieurs composants est essentielle au bon fonctionnement de la machine. Un lubrifiant est une substance conçue pour réduire le frottement entre les surfaces en contact, ce qui réduit la chaleur générée lors du mouvement de ces surfaces. Son mécanisme d’action repose sur le remplacement du frottement sec (entre solides) par le frottement interne d’un fluide de faible viscosité ou par la formation d’une couche limite stable . Outre la réduction du frottement, une lubrification adéquate contribue à :

• Dissipation de chaleur,
• Réduction du bruit,
• Protection contre la corrosion,
• Étanchéité efficace,
• Élimination des contaminants.

Huile de base – facteur clé de la réduction du frottement

Les huiles de base sont les matières premières utilisées dans la production de lubrifiants. Leurs propriétés ont un impact significatif sur les performances et les caractéristiques du produit fini, notamment la viscosité, la stabilité/durabilité et la capacité de charge. Il existe cinq principaux groupes d’huiles de base : les groupes I, II et III – huiles dérivées du pétrole . Le groupe I comprend les huiles les moins chères, obtenues par simple raffinage au solvant. Elles se caractérisent par une saturation en hydrocarbures inférieure à 90 %et un indice de viscosité de 80 à 120. Les huiles de base du groupe II sont produites par hydrocraquage. Elles présentent de meilleures propriétés que celles du groupe I : elles contiennent moins d’impuretés et ont un indice de viscosité plus élevé. Les huiles du groupe III sont des produits de très haute pureté, soumis à un hydrocraquage poussé. Leurs propriétés sont similaires à celles des huiles synthétiques . Le groupe IV – huiles synthétiques – se caractérise par une grande stabilité thermique et à l’oxydation. De plus, leur viscosité varie peu sur une large plage de températures. Ce groupe de composés comprend les polyalphaoléfines (PAO), des hydrocarbures synthétiques très répandus. Elles sont issues de la polymérisation de l’éthylène obtenu à partir de pétrole brut par craquage du naphta. Grâce à leur saturation complète (absence de doubles liaisons), ces huiles résistent à l’oxydation et à la dégradation à haute température. Groupe V – autres huiles de base. Ce groupe comprend toutes les autres huiles de base, notamment les esters, les polyalkylène glycols (PAG) et les silicones. Les alternatives végétales aux huiles minérales et synthétiques sont également de plus en plus courantes. Il s’agit principalement de triglycérides naturels, comme les huiles de colza ou de tournesol.

Huiles de base – la gamme du groupe PCC

Le groupe PCC propose une gamme complète d’huiles de base spéciales utilisées dans les lubrifiants synthétiques. Ces produits sont utilisés dans les fluides hydrauliques , les fluides de coupe , les compresseurs , les réducteurs industriels et dans l’ industrie textile . Une large gamme de produits est disponible dans la série Rokolub . Il s’agit principalement de :

• Polyalkylène glycols hydrosolubles (PAG) (séries Rokolub 50-B et Rokolub 60-D) ,
• Polyalkylène glycols insolubles dans l’eau (PAG) (séries Rokolub PB et Rokolub PO-D) ,
• Esters de phosphate (séries Rokolub FR I et Rokolub FR T) .

Additifs AW et EP et caractéristiques de frottement tribologique

Dans les huiles et graisses industrielles, les huiles de base constituent le composant principal. Les additifs améliorant les performances jouent un rôle essentiel en optimisant les propriétés naturelles des huiles de base. Ces additifs, qui améliorent les propriétés lubrifiantes, sont des composés chimiques participant à des réactions tribochimiques. Les plus couramment utilisés sont les additifs qui limitent l’usure et le frottement. Ils se présentent sous forme d’additifs anti-usure (AW) ou d’additifs extrême pression (EP). Découvrez notre sélection d’ additifs anti-usure .

Additifs anti- usure (AW)

Les additifs anti-usure (AW) sont des composants lubrifiants qui réagissent chimiquement avec la surface métallique à protéger, formant un revêtement protecteur qui préserve le métal de l’usure en régime de lubrification limite. Les additifs anti-usure créent une surface moins sensible aux dommages que le métal de base non protégé. Parmi les additifs anti-usure courants, on trouve les composés de zinc (par exemple, le dialkyldithiophosphate de zinc, ZDDP), les composés de molybdène (par exemple, le dithiocarbamate de molybdène) et les additifs à base de phosphore et de bore. Le groupe PCC propose des additifs anti-usure de la gamme Rokolub AD (par exemple, Rokolub AD 246 ultra ).

Additifs extrême pression (EP)

Leur fonction principale est d’empêcher le contact de surface sous des charges extrêmement élevées. Ils réagissent chimiquement avec les surfaces métalliques, formant une couche protectrice qui les préserve du grippage et de l’usure. Les additifs extrême pression permettent à la graisse de résister à des pressions de courte durée dépassant sa capacité de charge normale sans s’endommager. Leur action est généralement plus forte et plus agressive que celle des additifs anti-usure. Parmi les exemples typiques d’additifs extrême pression, on trouve les composés soufrés (par exemple, les graisses et huiles sulfurées), les composés phosphorés (par exemple, les phosphates, les thiophosphates) ou des substances telles que le graphite et les sulfures de molybdène. Dans le portefeuille du groupe PCC, les additifs extrême pression sont principalement des produits de la série EXOfos (par exemple, EXOfos PA-080S , EXOfos PB-184 ). Découvrez la gamme complète d’ additifs extrême pression .