Tribological behavior of steel-based cold spray composite coatings
Étude du comportement tribologique en régime lubrifié de revêtements cold spray composites à base d’acier
Résumé
CO2 emissions related to piston friction inside cylinders of automotive internal combustion engines represent about 0.53% of global emissions. In this PhD thesis, steel/steel composite coatings are produced by cold spray. Their surface finishing, by polishing or honing, reveals a surface with protuberances. During hot lubricated tribological tests, this topography interacts with the ZDDP and MoDTC oil additives to form a thick tribofilm all around the protuberances. This tribofilm ensures a full protection of the coating against wear, even under harsh friction conditions. Thanks to the MoS2 layers it contains, an extremely low friction coefficient (<0.04) is achieved. The benefit in the boundary/mixed lubrication regime, combined with the one simulated in the hydrodynamic regime, due to oil shear reduction created by the protuberances, allows to estimate a 0.14% reduction of global emissions, i.e. 50 MtCO2 per year.
Les émissions de CO2, liées au frottement des pistons dans les cylindres des moteurs à combustion interne automobiles, représentent environ 0,53% des émissions mondiales. Dans cette thèse, des revêtements composites acier/acier sont mis en oeuvre par cold spray. Leur finition de surface, par polissage ou rodage, permet de révéler une surface avec des protubérances. Lors d’essais tribologiques lubrifiés à chaud, cette topographie entre en synergie avec les additifs ZDDP et MoDTC de l’huile pour former un tribofilm épais tout autour des protubérances. Ce tribofilm garantit une protection totale du revêtement face à l’usure, même dans des conditions de frottement extrêmes. Grâce aux feuillets de MoS2 qu’il contient, il permet d’atteindre un coefficient de frottement extrêmement faible (<0,04). Ce bénéfice en régime mixte/limite, associé à celui simulé en régime hydrodynamique, dû à la réduction de la force de cisaillement de l’huile générée par les protubérances, permet d’envisager une baisse de 0,14% des émissions mondiales, soit 50 MtCO2 par an.
Origine : Version validée par le jury (STAR)