Mesure du coefficient de friction statique à haute température et mécanismes d'adhésion

Un effort international est actuellement mené afin d'augmenter le rendement thermodynamique des centrales thermiques jusqu'à 50%. Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire d'augmenter la température des vapeurs entrainant les turbines. De nouveaux matériaux sont donc développés afin de pouvoir supporter les efforts mécaniques à des températures jusqu'à 760 C. Il existe donc une nécessité de développer de nouveaux équipements et méthodologies permettant de caractériser les matériaux à haute température. Les valves MSBV (Metal-Seated Ball Valves) sont des dispositifs permettant de couper ou d'ouvrir un flux et sont couramment utilisés dans les centrales thermiques. De par leur utilisation, elles peuvent être exposées à de longues périodes d'immobilité. C'est dans le but d'étudier ce type particulier de contact statique que le tribomètre haute température (HTT800) a été développé. Cet équipement unique permet de mesurer le coefficient de frottement statique entre un pion et un plan jusqu'à une température de 800 C. Pour cela, une méthodologie de mesure non conventionnelle a été développée. Cette dernière a été appliquée sur un contact pion-plan composé de stellite 6 massif et d'un revêtement de chrome dur. Ces matériaux sont classiquement utilisés dans l'industrie des valves. L'évolution du coefficient de friction statique a été mesurée en fonction de trois paramètres : la pression de contact (170 et 1000 MPa), la température (20, 500 et 800 C), et le temps de maintien (de 30 secondes à 16 heures). Les contacts ont ensuite été analysés en termes de microstructure, de composition chimique, et de topographie. L'utilisation de cette méthodologie montre, qu'à température ambiante, le coefficient de frottement statique n'est pas affecté ni par la pression de contact ni par le temps de maintien. À haute température, le coefficient de frottement statique dépend à la fois de la pression de contact et du temps de maintien. À 500 C, deux comportements sont observés en fonction de la pression de contact. À faible pression de contact, le coefficient de frottement statique diminue avec le temps de maintien alors qu'il augmente dans le cas d'une forte pression de contact. À cette température, le coefficient de frottement statique le plus élevé est obtenu pour la plus haute pression de contact. À 800 C, le comportement est caractérisé par une augmentation du coefficient de frottement statique en fonction du temps de maintien jusqu'à des valeurs supérieures à 1. De plus, un endommagement adhésif beaucoup plus prononcé qu'aux autres températures est observé.