- Tribologie
- Caractérisation chimique des surfaces
- Caractérisations physiques
- Caractérisation mécanique de surface
- Contacts
Surfaces : caractérisation & tribologie
La plateforme Caractérisation des Surfaces & Tribologie vient en appui de nos études portant sur la dégradation des surfaces face à l’environnement ou dans les contacts, et sur les procédés permettant de transformer les propriétés des surfaces afin d’améliorer leur résistance face à ces évolutions. L’appartenance au CEMEF explique une compétence particulière sur les évolutions produites par les procédés de fabrication et d’assemblage. La plateforme conjugue analyses chimiques de surfaces, caractérisations physiques diverses et mesures des propriétés mécaniques superficielles, associés ou non à des essais tribologiques. Ces techniques sont naturellement applicables aux métaux, céramiques, polymères et composites.
Tribologie
Tribomètre d'étirage plan & Bending Under Tension (BUT), simulateur d'emboutissage
Version « étirage » : L'échantillon est pressé entre deux outils avec une force horizontale P, on fait glisser l'échantillon verticalement en mesurant la force d'étirage F et on détermine le coefficient de frottement µ=F/2P
Version BUT : L'échantillon glisse autour d’un arrondi d’outil tout en étant maintenu tendu à l’autre extrémité. On détermine le coefficient de frottement sous forte pression, caractéristique des arrondis d’outils en emboutissage
Caractéristiques : Serrage: jusqu’à 10 kN ; Vitesse d'étirage: de 1 à 100 mm/s ; Effort d'étirage : jusqu’à 20 kN
Modèle : Prototype CEMEF
Tribomètre rotation pion-disque, température ambiante
Principe : Mesure du couple C sous une force de contact P, on déduit le coefficient de frottement de Coulomb µ=C/(r.P) (r : distance entre l’axe de rotation et le centre du pion)
Objectif : Etudier le frottement et l'usure
Modèle : Prototype Mat'XPer
Tribomètre rotatif pion-disque à chaud
Principe : Mesure du couple C sous la force normale P, on déduit le coefficient de frottement de Coulomb µ=C/(r.P) (r : distance entre l’axe de rotation et le centre du pion)
Objectif : Etudier le frottement et l'usure
Caractéristiques : Vitesse de rotation 0-150 tr/min ; Température d’enceinte 20 à 150 °C
Modèle : Prototype CEMEF
Caractérisation chimique des surfaces
Les divers dispositifs complémentaires donnent des informations sur la composition chimique des matériaux pour des épaisseurs allant de la dizaine de nanomètres à quelques micromètres.
XPS : spectrométrie de photoélectrions X
Principe : Un faisceau de photons X vient frapper l’échantillon et provoquer l’émission d’électrons. L’énergie des électrons mesurée est caractéristique des éléments présents dans les premières couches atomiques et de leurs liaisons. Analyse de solides ou de poudres
Objectif : analyse de la composition élémentaire de surface sur une épaisseur 10 nm + profil de composition par érosion ionique. Détection de tous les éléments sauf H et He, avec une concentration minimale de 0.1 à 0.3 % at
Modèle : K-ALPHA -ThermoFisher
EDS : spectroscopie de Rayons X à dispersion d'énergie (couplée MEB)
Principe : la spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie résulte de l'impact du faisceau d'électrons du MEB sur l’échantillon
Objectif : analyse de la composition chimique d’un matériau en un point ou pour une surface avec une cartographie de répartition des éléments atomiques
Modèles : voir plateforme MEB. Résolution de l’ordre de 1µm en latéral et en profondeur
Caractérisations physiques
AFM et nano-indenteur
Principe : mesure de topographie de surface par pointe, avec ou sans contact (tapping mode) avec une résolution spatiale de l’ordre du nm
Objectif : numériser, visualiser la surface d’un matériau, identifier les contrastes de propriétés matérielles, forces d’adhésion
Modèle : 5500 LS ; Marque : Agilent + nano-indenteur Hysitron
Rugosimètre / profilomètre optique
Principe : rugosimètre / profilomètre 3D haute résolution sans contact, de type confocal chromatique
Objectif : mesure des de la topographie des surfaces / de la forme d'objets. Capacité de mesurer l’épaisseur d’une couche transparente
Modèles : Micromesure 2, capteur CCS PRIMA : Marque : STIL
Gonio-spectro-colorimètre
Principe : Mesure de réflectance spectrale d’un matériau opaque ou transparent en fonction de l’angle d’incidence
Objectif : Obtenir l’information colorimétrique et le spectre caractéristique d’un matériau dans un environnement lumineux donné, mieux comprendre la couleur de ce matériau
Modèles : Ruby 2, Marque : STIL (platine de balayage angulaire CEMEF)
Goniomètre de mouillage
Principe : Mesure d’un angle de contact
Objectif : Déterminer la mouillabilité d’un liquide sur un matériau solide, l’énergie de surface
Modèles : DSA100 ; Marque : KRUSS
Caractérisation mécanique de surface
Plateforme micro-mécanique de surface
Principe : Machine d’essais micromécaniques in situ dans un microscope électronique à balayage (MEB). Sollicitations monotones ou cycliques : indentation, compression de micro-piliers, rayure, impact, fatigue
Objectif : Étude des propriétés mécaniques locales sous chargements complexes. Applications aux métaux, céramiques et composites, couches de surfaces transformées (TTS)
Modèle : Nano-indentation Platform. Marque : ALEMNIS
micro-indenteur à chaud
Principe : Machine de micro-indentation à chaud, sous vide ou en atmosphère contrôlée
Objectif : Caractérisation micromécanique de matériaux à haute température (dureté, ténacité) avec visualisation des fissures à chaud par caméra CCD
Caractéristiques : Température 20 à 1000 °C ; Charges de 0,1 à 20 N. Enceinte sous vide ou atmosphère protectrice (azote)
Modèle : Prototype CEMEF
Diffraction des Rayons X - Détermination des contraintes résiduelles
Principe : interaction rayon X et réseau cristallin, mesure des variations de distances interréticulaires
Objectif : mesure des contraintes dans les couches superficielles d’un matériau cristallin
Caractéristiques : Clichés de Debye Scherrer ; Analyses de poudre ; Analyses de contrainte (à froid et à chaud, maxi 1100°C) ; Analyses de texture (à froid et à chaud, maxi 1100°C) ; Mesures en incidence rasante ; Mesures en transmission ; Mesures en SAXS (Small Angle X-rays Scattering) ; Chambre chauffante sous azote ; Machine de traction pour des mesures in-situ
Modèles : Xpert, 1830 ; Empyrean ; PANalytical