Formation mechanisms of 3rd body and tribological behaviour of electrical sliding contacts
Mécanismes de formation de 3ème corps et comportements tribologiques de contacts électriques glissants
Résumé
In the aeronautic field, the reliability of electrical contacts is a major challenge that requires a fundamental understanding of the tribological phenomena taking place in the interfacial material contacts. This PhD study focuses on two types of position sensors consisting of rheostat sensors (metal – metal contact) and potentiometer sensors (metal – polymer contact). In both cases, a sliding movement between a mobile cursor and a track causes surface transformations, which can then impact their electrical properties. The study highlighted the formation of third bodies in the interface, which play different roles depending on the system. In the rheostat, a selective adhesive transfer of nanostructured nickel from the NiCr track is formed on the silver alloy cursor, and causes a severe abrasive wear; a tribofinishing treatment using alumina powder allows this to be avoided. In the potentiometer, it is the lubricant itself that forms the third body, in the form of a tribopolymer which adheres to the track. A balance between an efficient protection against wear and sufficient contact spots is suggested to be at the origin of the reliability of the potentiometers. A more stable solution is to be sought in a replacement lubricant, using a third body engineering approach.
Dans le domaine aéronautique, une attention toute particulière est portée à la fiabilité des composants électriques, ce qui demande la compréhension essentielle des phénomènes tribologiques mis en jeu dans le contact. Ces travaux de recherche s’intéressent à deux capteurs de position, de type rhéostat (contact métal – métal) et potentiomètre (contact métal – polymère). Dans les deux cas, un mouvement de glissement entre une piste et un curseur constitue l’origine de transformations des surfaces, qui peuvent ensuite impacter leurs propriétés électriques. L’étude a permis de mettre en évidence la formation de troisièmes corps à l’interface, qui jouent des rôles différents en fonction des systèmes. Dans le rhéostat, un transfert adhésif sélectif de nickel nanostructuré issu de la piste de NiCr se forme sur le curseur en alliage d’argent, et entraîne une forte abrasion ; un traitement de tribofinition mettant en œuvre de la poudre d’alumine, a permis de l’éviter. Dans le potentiomètre, c’est le lubrifiant lui-même qui forme le troisième corps sous forme de tribopolymère adhérant à la piste. L’étude de ses caractéristiques permet d’expliquer la préservation des propriétés électriques de contact. C’est dans un lubrifiant de substitution qu’est cherchée une solution plus stable, dans une démarche d’ingénierie du troisième corps.
Origine : Version validée par le jury (STAR)