Des revêtements bien meilleurs grâce à l'ingénierie de surface par nanotechnologie
La complexité croissante et la sophistication des systèmes d'ingénierie utilisés dans de nombreux secteurs, notamment dans l'aérospatiale et la robotique, ont encouragé les partenaires du projet TRIBO à adopter les technologies assistées par laser pour la manipulation des nanomatériaux. Les nanomatériaux sont connus pour leurs propriétés mécaniques exceptionnelles, qui pourraient permettre d'obtenir des joints de friction possédant une résistance accrue et capables d'opérer dans des conditions extrêmement rigoureuses. Plus précisément, le revêtement laser pourrait être employé pour améliorer les propriétés de surface de certains éléments métalliques. Le matériau de revêtement possédant les propriétés désirées est combiné au substrat par faisceau laser. Le mélange entre les deux matériaux doit être aussi faible que possible afin de profiter au maximum des propriétés du matériau de revêtement. En améliorant localement la surface technique avec des nanomatériaux dédiés, un matériau ordinaire peut être utilisé pour des surfaces n'étant pas exposées à des contraintes de charge élevées. Les ingénieurs de l'École nationale d'ingénieurs de Saint-Étienne (France) ont obtenu un revêtement composite possédant les propriétés souhaitées en combinant différentes poudres métalliques. Le procédé laser extrêmement rapide crée une matrice de petites dépressions qui serviront de réservoirs pour les débris et les lubrifiants solides progressivement libérés au niveau de la zone de contact. Par ce processus, les ingénieurs ont mis au point des revêtements à gradient de propriété constitués de lubrifiants solides comme le bronze blanc (CuSn) agissant comme une matrice ductile, renforcé toutefois par une phase céramique appropriée. Les tests d'usure ont montré que le coefficient de frottement sec de ces revêtements était très faible, de l'ordre de 0,12. De plus, les ingénieurs ont utilisé les potentialités exceptionnelles des faisceaux à haute énergie pour fondre rapidement les éléments d'alliage et les recombiner afin d'améliorer la résistance à l'usure des aciers à roulement. Les partenaires du projet TRIBO ont utilisé des plaques protectrices afin d'éviter l'évaporation des éléments d'alliage de la surface du métal de base et combiné l'action de différents types de lasers. Par exemple, des lasers à impulsions périodiques et des lasers à ondes continues ont été testés sur des systèmes métal/alliage comme l'aluminium/étain (Al/Sn) et le fer/étain (Fe/Sn). Ce procédé a permis d'obtenir une distribution uniforme des éléments d'alliage dans le bain de fusion, tandis que le refroidissement rapide du produit de fusion entraînait la formation de précipitations riches en étain, ouvrant ainsi la voie à la pénétration industrielle de ces nanotechnologies. La concentration moyenne de Sn, qui peut être utilisé comme lubrifiant solide, a été mesurée par microscopie à rayons X et dépassait les 20wt.%.
