Des nanoparticules pour des revêtements proches du diamant
Les moteurs à combustion internes convertissent l'énergie chimique des carburants en énergie cinétique afin de déplacer les pièces en présence de haute température, de haute pression et de haut régime. Le faible rendement entraîne une hausse de la consommation de carburant et des émissions connexes. Un groupe européen a mis au point des revêtements super-lubrifiants et résistants à l'usure exploitant des diamants nano-structurés dans le cadre du projet ADEC (Advanced low friction engine coating). La nouvelle technologie a porté sur le développement de nanoparticules de diamant fonctionnelles et leur dispersion dans une base métallique, de nouveaux procédés de galvanoplastie, une oxydation électrolytique au plasma, des revêtements à base de carbone sous forme de diamant (CDA) et de matériaux adaptés aux pistons et segments. Les chercheurs ont réussi à fonctionnaliser les nanodiamants avec des atomes d'hydrogène. Ces groupes fonctionnels représentent des points de fixation entre les nanoparticules et le matériau. Grâce à un haut potentiel zêta, ils ont formé des dispersions stables de particules de nanodiamants dans une région présentant un pH légèrement acide. Le développement a porté à la fois sur la fonctionnalisation superficielle des nanodiamants disponibles dans le commerce et des étapes complémentaires en vue d'introduire des particules dans une dispersion aqueuse. Après le traitement des nanodiamants à l'oxygène, les chercheurs les ont déposés sur des plaquages de nickel. L'ajout de nanodiamants à ce plaquage a permis d'aller au-delà de leurs performances en raison d'une manipulation de la pureté et de la taille des nanoparticules. À l'exception des nanodiamants, les chercheurs ont également testé d'autres éléments de dispersion, comme le nitrure de bore hexagonal, le fluorure de calcium et le carbure de silicium. Les tests réalisés sur une paroi cylindrique se sont avérés probants. L'équipe a ensuite effectué plusieurs tests portant sur le dopage des revêtements CDA avec du silicium et du wolfram. Ils ont ainsi obtenu des enduits capables de résister à de très fortes températures. Les tests effectués sur les pistons et les segments ont fait état d'une usure et d'une friction moindres au niveau du moteur, ce qui a également permis une réduction considérable de la température du cylindre. Les revêtements à base de nanoparticules de diamants à haute résistance et super-lubrifiants du projet ADEC augmenteront la durée de vie des composants tout en limitant les polluants tels que le dioxyde de carbone. La technologie s'avère prometteuse tant elle renforcera la position des petites et moyennes entreprises qui prennent part au projet. Elle soutient par ailleurs les objectifs de l'UE en matière d'économie de carburant et d'émissions.
Mots‑clés
Nanoparticules, revêtements, nanodiamants, moteur, super-lubrifiant, résistant à l'usure, ADEC