Revêtements tribologiques PVD et CVD pour applications automobiles : vision industrielle du DLC comparé à de nouvelles solutions
Les contraintes inhérentes aux constructeurs automobiles les poussent à trouver des solutions pour réduire le frottement et l’usure des composants moteur. Les procédés de traitements de surfaces doivent évoluer pour s’adapter aux contraintes de densité de puissance et d’efficacité énergétique.
Figure 1 : La courbe de Stribeck avec les trois régimes de lubrification (limite, mixte et hydrodynamique).
Figure 2 : Schéma du tribomètre bi-disque (IFAS, RWTH Aix-la-Chapelle, Allemagne) utilisé pour investiguer l’influence
de différents dépôts sur la courbe de Stribeck.
Figure 3 : Courbes de Stribeck obtenues pour les différents dépôts testés sur le tribomètre bi-disque a) contact non-revêtu, b) Balinit DLC Star (a-C:H), c) CrC/a-C:H, d) Balifor M (MoN).
Figure 4 : Axes de pistons revêtus en Balinit DLC Star après test moteur. Dans les zones les plus sollicitées thermiquement et mécaniquement (proches du piston et arêtes de la bielle), la couche a-C:H est localement usée. La performance antigrippage du revêtement reste toute même assurée par les sous-couches du revêtement.
Figure 5 : Indentations Rockwell (HRC) pour deux dépôts à base du nitrure de molybdène a) MoN mono-couche, b) MoN/CrN multicouches.
Figure 6 : Morphologie et topographie du MoN après dépôt (partie gauche) et après post-traitement (à droite).
Figure 7 : Coefficient de frottement en fonction de la durée du test pour deux dépôts a-C:H et MoN, testés en régime lubrifié en utilisant une huile 10W20 sans et avec MoDTC.
Figure 8 : Profils des traces d’usure obtenues pour deux dépôts a-C:H et MoN, testés en régime lubrifié en utilisant une huile 10W20 sans et avec MoDTC.
Figure 9 : Exemples de machines de dépôt Oerlikon Balzers utilisés pour la déposition des revêtements Balifor M. A gauche : « Oerlikon Balzers Domino XL » utilisé pour la production du MoN en grande série, comme par exemple pour les axes de piston. à droite : « Oerlikon Balzers Innova » utilisé pour la production du MoN en petite et moyenne série ainsi que pour le développement de nouveaux dépôts à base de MoN.
Figure 10 : Distribution de l’épaisseur du MoN (épaisseur au départ : 1,85 µm) sur un axe de piston après 500 heures de test moteur. On observe un léger polissage du dépôt sur la longueur de l’axe et une faible usure (~0,6 µm) au niveau des arêtes de la bielle. Le DLC testé sous les mêmes conditions (épaisseur au départ : 2,75 µm) montre une usure beaucoup plus prononcée,
surtout proche du piston et sur les arêtes de la bielle.
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