THESE DE DOCTORAT D'ETAT
présentée
à l'Université des Sciences et Techniques
- Lille 1-
et au Centre Universitaire de Valenciennes
et du Hainaut Cambrésis
par
Tidjani CHONIBARE
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APPLICATION DE LA METALLURGIE DES ).'OifDR-E-V . "/
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A LA REALISATION DES MATERIAUX ANTIFRICTteNS
Soutenue le 23 Mors 1977 devant le jury composé de:
MM
A.
MICHEL
Président
f.
MONTARIOL
P.
PERROT
Exominoteurs
Mme
C. MORIAMEZ
M.
P
LECOCQ
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Nous tenons à exprimer toute notre reconnaissance à Monsieur le Professeur
MICHEL, Université de Paris XI, Centre d'Orsay, pour avoir accepté de nous
laisser effectuer ce travail sous sa haute direction.
- Nous remercions Messieurs les Professeurs MONTARIOL, PERROT, Université de
Lille l, et Madame le Professeur MORIAMEZ, Centre Universitaire de Valencien-
nes et du Hainaut-Cambrésis, d'avoir accepté d'examiner ce travail et de
faire partie de notre Jury de thèse.
- Que Monsieur le Professeur LECOCQ, Centre Universitaire de Valenciennes et
du Hainaut-Cambrésis, soit assuré de toute notre gratitude pour ses conseils
avisés et pour la bienveillance dont il nous a témoigné tout au long de ce
travail.
Que tous nos camarades du Laboratoire soient remerciés pour leur amicale et
appréciable collaboration tout au long de ce travail : Madame BOVE, Messieurs
TROUALEN et GOUBE.
Nous remercions également Mesdames COULON, STERLAY et Mademoiselle BERA
pour les soins qu'elles ont su apporter lors de la dactylographie de ce
travail.
Nos remerciements vont à l'équipe de la reprographie qui a su apporter tous
les soins nécessaires dans l'exécuti~n du travail qui lui a été confié.
Nous tenuns à remercier le C.N.E.S. (Département de Relations avec l'Univer-
sité) qui nous a permis d'entreprendre cette étude.

- 1 -
TABLE lES f'VtTIERES
OfAPITRE 1
IXNEES GEtERALES U
I.E fROT"TBen', LA TRIDaRIE
INTRODUCTION
p.
8
A - NOTIONS ACTUELLES SUR LA TRIBOLOGIE
p.
9
1 - HISTORIqUE
p.
9
2 - LOIS DU FROTTEMENT
p. 10
2 - 1 - 22!!!!~!n!_~!_~!!!m!n!
p. 10
2 - 2 - Diff~rents coefficients de frottement
-------------------------------------
p. 11
p. 12
3 - DIFFERENTS TYPES DE PROTTEMENT
p. 13
3 - 1 - ~_~!!~n!_!~~!!!~
p. 13
a - Le frottement hydrodynamique
b - Le frottement onctueux
c - Le frottement avec lubrifiants solides
d - Lubrifiants
p. 17
a - ~finition
b - Grippage
c - Usure
p. 22
p. 22
1 - 2 - Etat de surface
---------------
p. 22
1 - 3 - Notion de surface effective
----------_._-----". ---------
p. 21J

- 2 -
2 - APPAREILS DE MESURE
p. 24
2 - 1 - ~n'ralit's
p. 24
-----------
2 - 2 - Appareils industriels
p. 2S
a - Usuromètre Marcelin
b - 1'l'ihomètre Blampin
c - 1'l'ibomètre ISMC
d - Frictio~3rhe CEG
3 - APPAREILS EMPLOYES POUR CETTE ETUDE
p. 26
p. 27
a - Description générale
b - Caractéristiques techniques
c - Commentaires
p. 27
a - Description générale
b -'Caractéristiques techniques
c - Commentaires
p. 28
a - Description générale
b - Commentaires
3 - 4 - Description du frictioanalyseur JPS
p. 29
C - LES MATERIAUX AHTIFRICTIONS
1 - HISTORIQUE
p. 30
2 - CONSTITUTIONS DES MATERIAUX ANTIFRICTIONS
p. 31
3 - PROPRIETES CARACTERISTIQUES DES MATERIAUX POUR FROTTEMENT
p. 32
A SEC
OV\\PITRE II
EUJœATIOO ET ~ D'ANTIFRICTlOOS PREPARES
PAP.FRITIAGE
INTRODUCTION
A - PREPARATION ET CARACTERISATION DES POUDRES

-·3 -
1 - METHODE DE CARACTERISATION DES POUDRES
p. 38
1 - 1 - §~2~~!9m~!r!~_~!_f~~~_Q~_sr2~~
p. 38
1 - 2 - ~Q~~!!f!S2!!~~_Q~_E~~~~~
p. 39
p. 40
2 - ETUDE DES POUDRES SIMPLES
p. 41
p. 41
p. 42
p. 43
2 - 4 - Poudres d'antimoine
p. 44
-----~-------------
p. 44
3 - ETUDE DES POUDRES COMPOSITES
p. 47
p. 47
3 - 2 - ~~~Q~~_Q~_S~!Yr~:E!Q~
p. 50
3 - 3 - ~~~Qr~~_~~_~~!Yr~:~!~~~!:E!~
p. 51
4 - REVETEMENT DES POUDRES
p. 52
p. 52
p. 55
B - PREPARATION ET CARACTERISATION DES MATERIAUX MASSIFS
1 - PREPARATION
p. 59
2 - CARACTERISATION
p. 60
2 - 1 - Le retrait
----------
p. 60
2 - 2 - La densité
----------
p. 60
CHAPiTRE III
p. 67
CXK'CRTEM:NT A.!! :-R011Et-ENT DES ;M;lEP.JAUX .lIM1FRICTI~S
PREPARES PAR foETAWJRGIE ŒS PCXIlRES
INTRODUCTION
p. 67
A - RESULTATS DES ESSAIS PRELIMINAIRES
p. 68
1 - PREMIER APPAREIL : EXEMPLES D'OBSERVATION
p. 68
2 - DEUXIEHE APPAREIL : EXEMPLES D'OBSERVATION
p. 69
3 - TROISIEME APP~~IL ; EXEMPLES D'OBSERVATIO~
p. 69

-4-
B - ETUDE DU FROTTEMENT DES MATERIAUX A L'AIDE DU ~CTIOANAtvSEURS.
JPS.
1 - ETUDE DES METAUX
p. 73
1 - 1 - ~~~E2~!~~~~!_~~_~!~~~!
p. 73
a - Influence du mode de frittage
b - Influence du mode d'élaboration de la poudre
1
c - Influence de la granulométrie
d - Influence du matériau antap,oniste
e - Influence de l'oxydation superficielle
f - Influence de la lubrification.
p. 76
a - Influence du matériau antagoniste
b - Influence de l'oxydation superficielle
p. 76
p. 77
2 -
ETUDE DES MATERIAUX BINAIRES OU TERNAIRES CONTENANT DU PLOMB p. 79
2 - 1 - ~!~~~_~~~_~!!!~~~~_~~!~~~:E!~~
p. 79
a - Influence de la composition
b - Influence du mode d'obtention de la poudre
c - Influence du mode de frittage
d - Influence du matériau antagoniste
e - conclusion.
2 - 2 - ~!~~~_g~~_~!!~èg~~_~~~~~!:E!~~
p. 81
a - Influence de la composition
b - Influence du mode d'obtention de la poudre
c - Influence du mode de frittaee
d - Influence du watériaù antagoniste
a - Influence de l'état de surface
f - conclusion
g - Comparaison avec les cuivre-plomb

- 5 -
p. 85
a - Influence de la proportion de cuivre et de nickel
b - Influence du mode d'élaboration des poudres
c - Influence de la température de frittage
d - Influence du matériau antagoniste
e - Conclusion
3 - ETUDE DES MATERIAUX BINAIRES OU TERNAIRES CONTENANT DE L'ETAIN p. 87
p. 87
a - Influence des proportions
b - Influence du mode de préparation
c - Influence du type de contact
d - Conclusion
3 - 2 - ~!~~~_~~~_2!!!2g~~_~!S~~!:~!~!~
p. 87
a - Influence de la composition
b - Influence du mode de frittage
c - Conclusion
3 - 3 - ~!~~~_~~~_2!!!2g~~_~!~~~!:~~!Y!~:~!2!~
p. 88
p. 88
4 - ETUDE DES MATERIAUX TERNAIRES CONTENANT nu PLOMB ET DE L'ETAIN p. 90
OU DU PLOMB ET DE L'ANTIMOINE
4 - 1 - ~~~~êSË~~~!~~~_E!~~~~~_~~~_~!!~~g~~~~~!~~~2!~~' p. 90
a - Remplacetnont par 1 l étairl
b - Rempl<:leement par li"nti moine
c - Conclusion
4 - 2 - ~~ill~!Q~~~~!_~~~~!S~2_S~~_~2~_~~!!~g~~_~!§~~!iE!~~ p. 91
a - Remplacement par l Î étain

- 6 -
b - Remplacement par l'anti moine
c - Conclusion
IV - aKlUSIeJE fBfPAI..ES
p. 94
V - Atff)(E
p. 97 bis
VI - BIBLHT~IE
p. 145

- 7 -
1N1"R<DJCT1~ ET PLAN
On désigne sous le nom de "frottement" un ensemble de phénomènes
qui se !ttliênt à l'interface entre deux solides en mouvement relatif l'un
par rapport à l'autre. Le frottement se traduit par des effets directement
perceptibles: échauffement, usure, déformation, grippage. Mais l'analyse
des phénomènes est extrêmement ardue, la meilleure preuve en est la multipli-
cation des théories et le nombre de paramètres qui interviennent est très
élevé.
Cependant l'industrie a mis au point des matériaux antifrictions
qui ont permis de résoudre bien des problèmes pratiques posés par le frotte-
ment. Ces matériaux sont le plus souvent constitués par la juxtaposition
de plusieurs constituants : il est bien évident que la nature et les propor-
tions des constituants, leur finesse, l'homogénéité de leur répartition sont
autant de paramètres qui vont influer sur la qualité de l'antifriction. Les
matériaux sont généralement obtenus par fusion et solidification et dans les
cas spéciaux par métallurgie des poudres.
Le but de nos recherches a été d'utiliser la métallurgie des poudres,
de préparer des matériaux composites classiques cuivre-plomb et nickel-
cuivre-plomb et de mettre en évidence les relations entre le mode de prépara-
tion des constituants individuels, les conditions d'obtention du composite
par frittage d'une part et les caractéristiques au frottement d'autre part.
Cette recherche a nécessité entre autre'
la mise au point des méthodes de
préparation des métaux en poudre et des conditions de frittage, la mise en
oeuvre de dive~s appareils de mesure du coefficient de frottement, appareils
que nous avons dû adapter à nos conditions expérimentales.
Notre exposé se divise en trois chapitres :
1 - Données générales sur le frottement, les méthodes d'étude et les matériaux
antifrictions.
2 - Elaboration et caractéristiques d'antifrictions préparés par frittage.
3 - Influence des différents paramètres sur le coefficient de frottement des
antifrictions •

- 8 -
0tAP1'mE 1
DeltaS GEtERALES U
LE f'ROTlBoen', LA TRIBaoETRIE
ET LES M\\TERIAUX ANTIFRICTIC*S
Dans ce chapit1'e. nous allone tout d'abord rhumer les not:ions
actuelles sur la tribologie et rappeler les lois du fro"t't«aent. Puis nous
examineroDa .les appareils d' ~tude du frottement. Enfin nous passerons en
revue les diff6rents mat~riaux antifrictions.

- 9 -
A - NOTIONS ACTUELLES SUR LA TRIBOLOGIE
1 - HISTORIQUE
La tribologie est l'étude du frottement, action réciproque de deux
corps appliqués l'un contre l'autre et se déplaçant l'un par rapport à
l'autre.
En 1629, l'ingénieur AMONTONS (1) énonce les deux lois fondamentales
qui portent son nom. En 1783 COULOMB (2) introduit plusieurs notions essen-
tielles en particulier: la notion d'adhérence comme cause de la résistance
au mouvement de glissement relatif des surfaces, la distinction entre le
frottement statique (frottement~udépart) et le frottement dY'ncmique
(frottement en mouvement), la mise en évidence et la comparaison des deux.
L'étude du frottement avec lubrifiants a pour pionniers PETROFF (3) (1883)
et D. REYNOLDS (4) (1886). Leur théorie complétée par SOMMERFELD (5), GUMBELL
(6), HANOCQ (7) est à l'origine de la découverte des différents régimes de
frottement lubrifié. Plus tard WOOG (8) étudie les relations entre la nature
chimique d'un lubrifiant et une de ses qualités: l'onctuosité.
Puis la tribologie prend un nouvel essor en 1935. BOWDEN (9) par ses
travaux et ceux de son équipe, rénove les connaissances relatives aux phéno-
mènes de frottement. La plupart des théories en cours actuellement découlent
de ces travaux. Les notions essentielles sont la relation entre la résistance
au frottement et le cisaillement des jonctions formées entre les aspérités
des surfaces en contact et la notion de surface de contact effectif.
Le développement actuel de la tribologie a deux causes: d'une part,
le développement de la science des matériaux et des moyens d'observation
(microscopie électronique par exemple), d'autre part, l'apparition de nouvelles
conditions de travail souvent extrêmes dans les domaines nucléaires et aéro-
nautiques (hautes et basses températures, atmosphères très diverses). Mais ce
développement n'a ~as entraîné une très grande clarification du problème. Cet
état de fait est illustré par la conclusion à laquelle aboutit Frédéric PALMER
des laboratoires de l'Institut Franklin de Philadelphie:
"Malgré les études classiques et les progrès récents, il n'existe
pour ainsi dire aucune phase de phénomène de frottement qui ne soit contestée
par les résultats des différents auteurs. Généralement les savants sont main-

- 10 -
tenant d'accord sur ;La nature de la chaleur, de la 1umi~re, des rayons X, de la
radioactivité et ,!,~e sur la relativité, mais ce n'est pas le cas pour le
frottement" •
2 - LOIS DU FRO'M'EMENT
Lorsque deux corps solides glissent l'un sur l'autre, i l se produit
une rbistance au mouvement appelée frottement. La force parallèle à la
direction du mouvement est la force de frottement.
La découverte expérimentale des premières lois physiques du frotte-
ment est assez ancienne. Elle est due à AHONTONS qui énonce les deux lois
fondamentales suivantes 1
1°) Le frottement est indépendant de la surface apparente de contact
entre les deux corps.
2°) ta force de frottement est proportionnelle à la charge normale
appliquant les deux corps l'un contre l'autre.
Puis COULOMB énonce ce qu'il est convenu de considérer cOUIlle la
troisi~me loi de frottement.
3°) Le frottement est presque indépendant de la vitesse de glissement
La définition du coefficient de frottement dépend des conve'l'l't:.i:c
suivantes
F =f N
...
avec F
la force 4e.rrottementexprimée par exemple en kg ou en newton
H
la force appliquantl.e& deux corps l'un. contre l'autre, appelée
cOlllllUnément charge
"".
f
coefficient de proportiond8li~é entre la force de frottement et la
charge, appelé coefficient de frottement. Ce coefficient de frotte-
ment dépend de nombreux facteurs, entre autres, de la nature des
matériaux.
ct eS1: un nombre sans dimension. La déteI'lllination du coefficient de frottement
f =FIN nécessite celle de la force de frottement. Plusieurs appareils ont
été construits et permettent d'atteindre la résistance tangentielle au mou-
vement, par la mesure du couple de frottement.

- 11 -
Diverses formules reliant le coeffi~ient de frottement à diverses
caract6ristiques ont 6té proposées, en relation avec chacune des théories
6nonc6es pour expliquer le frottement.
- COULOMB dans sa théorie d'adhél~nce comme cause de la résistance
au mouvement relatif des surfaces. a donné l'expression suivante:
F=A+BN
dans laquelle A et B sont des constantes (B représenterait le coefficient de
frottement ordinaire, A la résistance qu'il faut vaiLcre pour déplacer les
surfaces, N 6tant la charge.
- ERNST (10) et HERCHANT (11), voulant faire in'i:ervenir l'état de
surface micro~aœtrique ont proposé
f = ~ + tg e
avec S
contrainte unitaire de cisaillement
P
pression d'6coulement
,9 : inclinaison moyenne par rapport au plan de contact
- BeWEN dans sa théorie du cisaillement des jonction'" form6es entre
les asp6rit6s des surfaces en contact a proposé pour l'expression du coeffi-
cient de frottement
f =~
avec S
contrainte de cisaillement
P
pression ~'~coulement
f
est un nombre sans dimension
Quelle que soit la définition du coefficient de frottement, il
faut distinguer plusieurs coefficients de frottement. Soient deux corps A
et B appuyés l'un contre l'autre avec une force N et se mouvant l'un par
rapport à l'autre en restant en contact.
a) Supposons que A glisse sans rouler et pivoter sur le corps B,
soit F la force parall~le au plan tangent commun à A et B. Le coefficient de

1
2
f~
N
3
Fig 1
coefficient de
::...:::;.:;;.------- frottement
statique
coefficient de frottement dynamique
temps
Fig 2

- 12 -
frottement de glissement est égal à
f =~ c'est un nombre sans dimension.
b) S'il s'agit d'un frottement de pivotement. le mouvement s'obtient
en exerçant un couple C. Le coefficient de frottement de pivotement s'exprime
par la relation :
C
f = ii il est homog~ne à une longueur.
c) Lorsqu'il s'agit d'un frottement de roulement. c'est à dire
lorsqu'un point ou une ligne de contact joue le rôle de centre instantané
de rotation de rayon R. le mouvement peut s'obtenir en déplaçant la direction
de la force N parall~lement à elle-même. d'une longueur H. Le coefficient de
roulement est égal à
f =~ c'est un nombre sans dimension
On définit dans chacun des cas : un coefficient de frottement
statique (début du mouvement) Fig. 2. un coefficient de frottement dynamique
(pendant le mouvement). le premier étant généralement plus élevé que le
second. On explique ceci par le fait qu'il faut une certaine énergie pour
que l'ensemble des aspérités s'él~ve pour passer par-dessus des accidents
de la surface antagoniste. On note par ailleurs que le coefficient de frotte-
ment statique varie avec le temps de maintien en immobilité.
Quelle que soit sa définition le coefficient de frottement est
sous l'influence de divers param~tres parmi lesquels il convient de citer
- La nature des matériaux : c'est sans doute le facteur essentiel.
Il y a tout d'abord les caractéristiques propres des matériaux constituant
les surfaces en contact. mais il y a surtout leur comportement en présence
l'un de l'autre et leur compatibilité.
- La charge : elle est appliquée de différentes façons (poids mar-
qués. ressort. verin hydro-pneumatique. forces magnétiques) et varie de
quelques grammes (industries horlog~res. électroniques) à plusieurs tonnes
(cas de la machine reproduisant la disposition générale des roulements des
~hicules de chemins de fer),

- 13 -
- La vitesse: elle agirait sur la température superficielle d'où
son importance sur les résultats de l'usure et les modifications superfi-
cielles ou internes des pièces en mouvement.
- Le milieu ambiant : il peut être de différentes natures, des gaz
aux liquides, solides, d'où nécessité de d1eposer d'analyseur mesurant la
composition des milieux (air plus ou moins humidifié, CO
à 5000 C, sodium
2
liquide, ultravide). D'après BLOUET les paramètres d'ambiance pour des
essais dans l'air sont la température et l'humidité.
- Le type de machine d'essai déterminant la nature de contact, le
type de mouvement, le genre de sollicitation. En effet le choix du contact
et les dimensions d'éprouvettes n'est nullement arbitraire et doit se faire
en fonction de l'application.
- La durée de l'essai.
En guise de conclusion à cette étude du coefficient de frottement
nous citerons CAUBET (12) :
"Un chiffre fixant le coefficient de frottement de deux métaux n'est
valable que si l'on a bien précisé les conditions exactes dans lesquelles
il a été mesuré ; ce chiffre ne sera reproductible que dans un contexte
rigoureux comprenant rugosité, mode d'usinage et taux d'écrouissage, tempé-
rature, ambiance, charge, vitesse, etc ••• or même dans un contexte aussi
détaillé, il est possible de voir apparaître de variables perturbatrices".
3 - DIFFERENTS TYPES DE FROTTEMENT
Selon la présence ou l'absence d'un lubrifiant entre les surfaces
solides qui frottent l'une sur l'autre, on distingue deux grandes catégorie~
de frottement : le frottement lubrifié et le frottement à sec. Bien que
les matériaux réalisés dans cette étude soient destinés au frottement à sec,
nous allons rappeler les définitions relatives au frottement lubrifié.
Selon les conditions de pression et de vitesse et selon la nature
du lubrifiant inter~alé entre les surfaces, le frottement lubrifié relève de
plusieurs types :

- 14 -
1 - Le frottement hydrodynamique
C'est le régime dit de faibles pressions et de grandes vitesses.
Les travaux de REYNOLDS (4) et de GUMBEL (6) servent de base aux théories
actuelles sur le frottement hydrodynamique •
.
1
1 a
1 b
1 c
Fig. 3
Formation du coin d'huile et du film continu.
1 a
au repos l'arbre A touche le coussinet C en P.
1 b
au démarrage le contact vient 'en P'.
1 c
position de l'arbre A à la vitesse de régime.
- Les surfaces en mouvement relatif sont séparées par une couche fluide
d'épaisseur suffisante pour empêcher le contact métal-métal.
- La force portante dépend de la viscosité
- La force de frottement s'exprime par la relation
F = ~S dh/dv
où r désigne la force de frottement, ~ le coefficient de viscosité, S la
surface suivant laquelle s'exerce le frottement et dh/dv, le rapport de la
distance séparant les deux surfaces, à la vitesse relative de ces dernières.
- Les avantages de ce frottement sont l'absence d'échauffement des surfaces
~talliques et l'absence presque totale de leur usure.
2 - Le frottemèntonètueux
Il est caractérisé par la formation par le lubrifiant, de couches
mono ou bimoléculaires dans lesquelles les molècules sont orientées perpendi-

- i5 -
culaires à la surface du métal et y sont solidement adhérentes.
Fig. 4 L e frottement onctueux
Le frottement onctueux est pour cette raison, comp~ré au frottement
à sec, hien que le coefficient de frottement onctueux soit plus faihle que
celui du frottement à sec.
Alors que dans le régime hydrodynamique, la qualité essentielle est 1
viscosité, une caractéristique physique du lubrifiant hien définie, dans le
régime onctueux, la propriété importante est l'onctuosité dépendant de l'en-
semble lubrifiant et surfaces frottantes (8).
L'état de surface a une grande influence sur l'établissement et le
maintien de ces régimes. On constate en effet qu'une surface très hien polie
"accroche" mal le lubrifiant et n'offre pas des conditions favorahles à la
formation du film d'huile. On définit aussi un frottement intermédiaire qui
se situe entre les frottements hydrodynamique et onctueux
le frottement
de film liquide minimum ou frottement limite. Le frottement y serait en
première approximation, indépendante de la charge et diminuerait lorsque la
viscosité augmente.
3 - Le frottement avec lubrifiants solides
Dans un grand nombre d'applications où l'emploi de lubrifiants
liquides s'avère impossihle, il est fait appel aux lubrifiants solides dont
les plus anciennement connus sont le soufre, le talc, le graphite, le mica
auxquels se sont ajoutés récemment le nitrure de hore, le sulfure de molyh-
d~ne et d'autres encore provenant de la décomposition thermique des silicones.
4 - Les luhrifiants
Après avoir passé en revue les différents régimes de frottement
lubrifié, nous allons maintenant parler des lubrifiants, en particulier de

- 16 -
leur rôle, de leur mode d'action, de leurs propriétés et l'amélioration de
celles-ci.
Les lubrifiants qu'ils soient solides ou fluides, combattent l'usure
des pi~ces frottantes, soit en diminuant la fréquence de rencontre entre
as~rités, soit en exerçant autour d'elles un certain effet de portance, ce
qui all~ge partiellement la charge qu'elles supportent. Ils draInent les
calories et whiculent des débris de la zone frottante.
- Les lubrifiants liquides : il s'agit essentiellement des huiles
minérales et des graisses. Les nuiles sont constituées par des chaInes d'hy-
drocarbures (aliphatiques ou aromatiques) dont la longueur détermine la
viscosité. Elles peuvent comporter aussi des molécules polaires leur confé-
rant l'onctuosité.
Les graisses résultent des combinaisons entre les acides gras et
les métaux dont les plus importants et les plus couramment employés sont le
calcium, le Sodium, le potassium, le chrome et le baryum. Ainsi une graisse
est-elle parfaitement définie quand sont donnés :
- la nature de l'acide
- la nature du métal lié à l'acide
- le dispersant : phénol, acide, alcool, amines et plus générale-
ment glycérine.
La propriété essentielle des huiles semble être la viscosité. puis-
qu'elle détermine la charge que peut suppoMer sans gripper. une surface
pelie. et la force d'adsorption des huiles ; charge et force d'adsorption
croissant avec l'augmentation de la viscosité. Récemment des études ont été
entreprises. pour améliorer. à l'aide des composés chimiques. les propriétés
physiques et les caractéristiques d'emploi des lubrifiants à base d'huile
minérale. Ces composés chimiques appelés généralement additifs. entrent
dans la éOlDposition d'huile pour une proportion faible (moins de 5 %). Leur
but est de renforcer une propriété des huiles ou de communiquer une propriété
qu'elles n'ont pas (12).
+ Les lubrifiants solides : il s'agit essentiellement du graphite.
du nitrure de bore et du sulfure de molybd~ne. Hais seul le graphite. de tous.
poss~de d'excellentes qualités du point de vue chimique (il est inattaqué
par les bases. les halog~nes et les composés halogénés). Leur mise en oeuvre
se fait de plusieurs façons.
T
._
l

- 17 -
Les lubrifiants solides peuvent être mélangés en toutes proportions
et donner des matériaux aux qualités intéressantes (13).
- graphite + bisulfure de molybdène
- graphite + nitrure de bore
Ici aussi, la préparation de la surface a une grande influence
c'est ainsi qu'on constate un renforcement de l'action du graphite et du
bisulfure de molybdène lorsque le métal est préalablement phosphaté ou
sulfinizé.
3 - 2 - Le frottement à sec
-------------------
1 - Définition
Le frottement à sec, est d'une définition plus simple, puisqu'il
n'y a rien entre les deux surfaces frottantes. Son étude est très importante
car il peut intervenir aussi dans le frottement lubrifié par rupture du film
du lubrifiant.
Dans le frottement à sec, la force de frottement serait due à
l'accrochage des aspérités présentées par les surfaces frottantes, du moins
au début du phénomène. Une fois que celles-ci sont décapitées, le nivellement
de surface se produit progressivement. Il faut trouver la cause du frottement
soit dans les produits résultants qui agissent par abrasion, soit dans les
interactions moléculaires.
Dans le frottement à sec, la force de frottement F est proportion-
nelle à la surface et à la pression unitaire
r s k s'N/s
donc est proportionnelle à la charge N qui presse les surfaces en contact, k
est le coefficient de frottement, indépendant de la grandeur de la surface
et égal à F/R.
Le frottement à sec s'accompagne d'effets thermiques qui peuvent
provoquer localement et instantanément l'apparition de températures élevées.
La figure 5 montre les variations brutales de températures enregistrées dans
le cas du frottement du constantan sur une surface d'acier (d'après BO\\{DEN).

- 18 -
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Temps : 1 division = D,DOl s
Fig. 5
Les températures atteintes dépendent de
La charge
La vitesse
La conductibilité 'thermique des matériaux
Les conséquences néfastes du frottement à sec sont le grippage
et l'usure des matériaux.
2 - Le grippage
Le grippage correspond à la soudure des surfaces sous l'effet de
température et de pressions élevées. Il se produit d'autant moins facile-
ment que les deux métaux ont moins tendance à former une solution solide. Il
conduit à un fonctionnement saccadé, à haut coefficient de frottement, et une
détérioration des surfaces frottantes.
3 - L'usure
- Définition
L'usure est l'enlèvement de matière à la surface d'un corps sous
l'influence du frottement. Si la définition est simple, la mesure de l'usure
et la résistance à l'usure se heurtent à des difficultés considérables ; il
est, en effet, difficile d'obtenir des résultats reproductibles, même en
ex~cutant les essais sur la même machine.

- 19 -
Par ailleurs beaucoup de par_tres interviennent dont, parmi les
plus importants :
• nature des matériaux en contact
• état de surface des corps en lIIOuvement (par exemple, à indice de
rugosité égal; l'usure est d'autant plus faible que les aspérités sont moins
aigues ; l'usure est d'autant plus élevée que la surface la plus dure est
plus rugueuse)
leur forme
le type de mouvement (du fait d'une correlation étroite entre le
frottement et l'usure)
la vitesse du mouvement
la nature des corps se trouvant entre les deux matériaux, tels que
liquides, gaz, grains abrasifs
la température
la charge
- Origine
L'u.~e peut être d'origine
• ~canique : par arrachement des aspérités du métal et abrasion
par des produits de l'usure ou par des particules étrangères
• chimique : par oxydation des surfaces ou attaque par des lubri-
fiants et enl~vement des produits formés
• L'usure peut aussi dépendre de la modification de la structure
sous l'effet du frottement.
- Différentes étapes de l'.sure
On distingue plusieurs étapes dans l'usure:
- La première étape qualifiée de "coup de râpe initial" et dans
laquelle l'usure se fait de façon irrégulière. Elle correspond à l'accommode-
ment des aspérités superficielles et conduit à une bonne portée des surfaces
en contact.
C'est donc une étape très importante, nécessitant une attention
particulière, si l'on veut éviter une détérioration brutale des pièces en
contact.
- Le deuxièm~ ~tape est carac~~~is~p par une usure faible ou cons-
tante.

- 20 -
- Dans la troisième étape, il y a une reprise de l'usure de façon
accélérée, conduisant à la mise hors service de la pièce, par vieillissement.
- Mesure
Malgré les difficultés que l'on éprouve à chiffrer l'usure, un cer-
tain nombre de dispositifs et de machines ont été construits en vue de sa
déterminati~n, Les p~cédés les plus courants pour exprimer l'usure sont les
suivants: .
- La variation du poids de la pièce, encore que la seule variation
de poids ne peut pas donner d'indication valable concernant l'usure en raison
des phénomènes d'oxydation ou de rédacti,n.
- La variation d'épaisseur et plus généralement le relevé du profil,
,
ce qui permet de cf'nnaItre avec précision, le volume de matière enlevée.
3
3
Dans ce cas, l'usure s'exprime en cm /cmlcg, en cm
le volume enlevé, en cm
le chemi~ parcquru, en kg la charge appliquée.
- L'étude de la variati~n du pouvoir réflecteur de la surface.
- La disparition d'une empreinte superficielle : procéder sur la
surface vierge à une empreinte de dureté au diamant pyramidal oblongue et
mesurer la variation des deux axes de l'empreinte grSce à un microscope.
- L'utilisation des isetopes radioactifs.
- La largeur de la trace de frottement:. (celle-ci étant d'autant plus
petite que le métal résiste mieux à l'u~e).-
4 - Lutte contre
Des solutions complètement s\\.t-i~fa s~
pas été trouvées
"
neç(\\
dans tous les cas et le problème de l'usure~
e touj0urs préoccupant. Il
est conseillé d'éviter quand on le peut, le contact métal-métal ou de condi-
tionner les surfaces des pièces en vue d'un contact accidentel.
Actuellement, tous les procédés de lutte contre le grippage et l'u-
sure aboutissent à la création d'une couche inhibitrice de microsoudures dont
le but est d'éviter lors du contact métal-métal une destruction par collage

- 21
épidermique. C'est donc dans cet objectif que sont créées sur les surfac~s
frottantes des couches de sulfures, de chlorures, de nitrures, de phosphates
qui empêchent les soudures et améliorent accessoirement le frottement.
Une autre méthode qui fait son entrée dans la mécanique de frotte-
ment, pour la lutte contre l'usure et le grippage, est celle des dépôts élec-
trolytiques des métaux.
En conclusion, on peut dire que les seuls moyens dont on dispose
de nos jours. dans la lutte contre le frottement et les dégénérescences de
surface qui en décoUlent tels le grippage et l'usure, sont les traitements
de surface. devant réaliser une modification en profondeur du métal par cppo··
sition au traitement de recouvrement.
Le frottement est un problème complexe, car il intervient dans ce
phénomène un nombre important de facteurs. Certains de ceux-ci peuvent êt~e
mesurés (charges, vitesse. dureté, température>, d'autres ne peuvent qU!ê~~0
appréciés (finis d'usinage, évacuation de la chaleur produite).

- ?~ -
B - METHODE D'ETUDE DU FROTTEMENT
La tribométrie est la mesure des phénomènes intervenant au cour3
du frottement. Elle nécessite une étude préalable des caractéristiques de~
matériaux.
l - ETUDE DU MATERIAU
a - Structure
L'examen cristallographique et l'examen métallographique permettent
de voir comment se répartissent les différents éléments constitutifs de
l'alliage dans les matériaux en poudre puis dans les matériaux massifs.
b - Propriétés physiques
Les matériaux frittés sont caractérisés par leur porosité. La mcf'ur,:'
de la_densité permet d'avoir le taux de remplissage des matériaux.
La dureté est un facteur dont le rôle en frottement est souvent
mentionné. Pour les matériaux composites par exemple, il semble nécessaire
de s'assurer:
- que la dureté des deux constituants est différente
- que le constituant le plus dur l'est toutefois moins que le mét~i
antagoniste
1 - 2 - Etat de surface
---------------
L'état de surface doit être considéré à un double point de vue.
- du point de vue géométrique
Il peut y avoir des eITeurs de forme (ondulation de grande ampE":'.l-
de, bombement, conicité, ovalisation etc). Ces écarts à la forme idéale cons-
tituent des défauts macrogéométriques et sont responsables de la localisatio:l

hlhauteur moyenne des asp'rilés
c:l'finit la rugosiN
d6fauts
a
erreur de
surfaœ icWale
f
e
de re" nœ
surfaœ
me"''''
b
l
Fig 6

- 23 -
de la charge et des zones de contact. Il Y a des variatil.'ns de dimensions
beaucoup plus faibles que d~finit la rugosit~ superficiella de la surface.
Elle constitue les dHauts microg~oœtriques. La s~paration des domaines
macrol~oœtrique (erreur de forme) et microg~ométrique (état de surface) est
un peu arbitraire.
- du point de vue physico-chimique
L'~tude des caract~ristiques physico-chimique de la surface a
b6néfici~ de très peu d'attention de la part des chercheurs. Cependant des
recherches ont ~t~ entreprises ces derni~res années pour caractériser l'aptitu-
de à la corrosion des surfaces œtalliques dans diff~rents milieux.
Deux sysdmes ont été définis pour caractériser l'état de surface
Fig
6 b.
• L'un dit E "Enve10p system" mesure la profondeur des accidents
par rapport à la ligne enveloppe réelle. Le critère retenu est la plus grande
profondeur des sillons à partir de la ligne enveloppe palpée.
-. ~--
• L'autr~-dn lIfllleaUre la profondeur des accidents par rapport à
une ligne moyenne théorique partageant en parties ~ga1es les pleins et les
creux. Dans ce cas. la surface de réft;rence._seraï:t celle obtenue-.en.combl.ant
les sillons par le métal pris aux aspérités.
Les œthodes d'examen de l'état de surface peuvent être réparties
en plusieurs groupes. L'observation peut se faire soit sur la surface e11e-
"me soit SUI' une réplique.
La préparation d'une réplique se fait de la façon suivante
On applique sur la surface métallique à analyser :
• Soit un mat~riau plastique qui en prendra l'~mpreinte
• Soit une petite feuille d'aluminium recuit de 5 microns d'épais-
seur. Celleeci subit le choc d'un marteau qui tombe d'une hauteur bien définie
(marteau de 1 'abb~ Cay~re). La forme du marteau est fonction de celle de la
surface à explorer. ainsi on utilise pour une surface plane un marteau cylin-
drique et pour une surface cylindrique un marteau plan. On utilise ensuite
les moyens optiques pour analyser la surface du m~ta1 ainsi reproduite
fida1ement. Fig 7.

marteau plan
....1Il!!I-• •-=::~ feuille daluminium
recuit
,
a
feuille daluminium
recuit
b
2
x=-ir
feuille dâluminium
recuit
c
Fig 7

- 21+ -
Parmi les méthodes optiques, on peut signaler
L'examen microscopique d'une coupe
L'interférométrie qui permet de déceler les différences de nive
aussi faibles que quinze angstroms, dans les meilleures conditions.
Parmi les méthodes mécaniques, on peut citer les méthodes avec
déplacement de stylets (fig 8) : un saphir à pointe extrêmement fine de
l'ordre de 1 à 2 microns de rayon est traîné le long d'une ligne de la sur-
face à contrôler à une vitesse d'environ 25 microns par seconde. Son mouve-
ment vertical est amplifié par un moyen mécanique et enregistré sur une ban
se déroulant à vitesse réglable. L'enregistrement donne la distance extrême
des sommets des pics et des vallées. Les appareils modernes, au moyen du
convertisseur électromagnétique du capteur, transforment les déplacements d
saphir en une grandeur électrique (en général tension, mais aussi intensité
qui sera ensuite amplifiée et enregistrée. Un exemple de ces appareils est
le perthom~tre.
Supposons qu'on appuie l'une contre l'autre, avec une charge P,
deux surfaces planes de même aire, on n'observe qu'un nombre restreint de
zones de contact dont la somme forme l'aire effective de contact. En effet
malgré tous les progrès immenses réalisés dans la technique de rectificatio
et de polissage, il est extrêmement difficile de produire des surfaces
planes et lisses, on y trouve encore des "montagnes" et des "vallées", en
un mot il y a toujours des écarts par rapport à la surface idéale. Toutes 1
méthodes utilisées pour la détermination de cette aire effective, montrent,
que sa valeur est tr~s faible par rapport à l'aire apparente et qu'elle
dépend de la charge, de l'état de surface et de la géométrie des pi~ces.
2 - APPAREILS DE MESURE
La tribométrie se fait à l'aide des appareils désignés sous des
noms divers : usurom~tres, frictiographes, frictioanalyseurs et tribomètres
Quel que soit leur nom, ils doivent :

Appareil pour la mesure des états de surface avec liaison rigide (appareil g6orn6trique)
a: pointe du palpeur
CI guidage
b • disposif du transformateur
dl surface b controler
FIG 8

p
Aires effectives "s" de contact
Surface géométri-
Surface effective
1
Charges
(1)
que de contact : 5
de contact :
s
i<
2
2
500 kg
21 cm
0,05 cm
0,0025
2
2.
100 kg
21 cm
0,01 cm
0,0005
2
5 kg
2
21 cm
0,0005 cm
0,000025
2
2
2 kg
21 cm
0,0002 cm
0,00001
Ordre de grandeur des aires effectives "5" de contact pour des
charges données (Bowden)
s
1
(1)
=
S
K
rig. 9

TABtEAll 1
Cylindre/Cylindre
Plan/Plan
1
1
1
1
B
a·---
A
1
1
...
ou
~
A =matériau dur
A = matériau dur
B = échantillon à tester
B = Rchantillon à tester
Données
Données
- nature A
- nature A
- nature B
- nature B
- mouvement de A : vitesse de rotation
- surface de contact
- charge : appliquant B contre A
- mouvement translation
aller et retour
rotation
- charge appliquant B contre A
Observations
Observations
- qualitative : trace
- qualitative :état de surface
- semi-quantitative : perte de matière
- semi-quantitative : perte de matière
- quantitative : couple de résistance au
- quantitative : résistance au frottement
au frottement

- assurer le mouvement relatif des·· deux-écbantillons
- appliquer les deux .~~ec une force plus OU
moins grande. mesurable
- mesurer la résistance au mouvement pour aboutir au coefficient
de frottement. Le tableau..1. .permet de comparer les deux grandes <:at6gol'ies
de mouvements relatifs.
Parmi les appareils de tribo~'ie utilisés nous pouvons citer
Usuromètre Marcelin (fig 10) : il permet la classification rapide
des matériaux du point de vue de la résistance à l'usure. Les pi~ces de frotte
ment sont d'une part un al'bre cylindrique en matériau plus dur que 1'6chan-
tillon et d'autre part un échantillon cylindrique. Les axes des cylindres
sont perpendiculaires. On peut étudier le frottement sec dans l'air ou le
frottement lubrifié en faisant baigner la partie inférieure de la piste dans
un< petit bac pouvant contenir un liquide quelconque. OnJeu:t- '=tudie" s:ü•.
---..~
l'usure d'un même .matériau sous dl"" c±.<;.rs~s Q,~'illrt--e.s ou l'usure des maté-
""
.
.----
riaux_Mfférents sous une mer;j8-=1Ia:l:'ge. On exprime l'usure par l'aire de la
-trace laissée sur l'échantillon lors des essais. L'usur~t~ Marcelin est
donc essentiellement un appareil d'observation qualitative et de comparaison.
Tribomètre B1ampin (fig 11) ~ il permet l'étude du frottement à
différente~ températures et sous différentes pressions de gaz (exemple 1 gaz
carbonique à 5000 C sous 60 bars). Le contact est du type plan sur plan, les
éprouvettes d'essai sont deux bagues circulaires. L'éprouvette fixe est liée
à l'arbre de mesure du couple, par l' inte::'lllédiah·e dl une rotule qui lui perme1
de se placer rigoureusement parallèle à l1éprouvetè~ tournante. La charge
est appliquée directement par des poids placés à la pdrtie supérieure de
l'arbre de mesure. L'ensemble éprouvette, arb"e de :nesure, poids. peut i!tre
soulevé à volonté. de l'extérieur à l'aide d'un {ér~_LëL~tationde l'arbre
inférieur est commandée de l' extérieUL'.-.P~un_lIIOteurà vitesse variable. le
passage dans l' enceintfL;;~faisant par un joint à huile. Cet appareil fournit
des informations-sur l'usu~e des matériaux et sur leur compatibilité mais il
fournit également au cours du frottement la résistance et permet donc d'avoir
le -COefficient de frot tement 'ln rotation.

Fig 10
Fig 11
,......---2
- - 3
5
6
7
8
~-9
; a . - - - - - - - 10
1 - f J - - - - - - - l l
1
cuve haute pression
6
lames de mesure
2
""in
8
four
3
dynamom""
9
'proùvettes
4
poids
10
joint toumant
5-7 suspensions "astiques
11
arbre moteur

- 26 ..
1'riliomèt:,e :;:f.~jC , C"t dppa:ceÜ permet de réaliser différents mod••
de com:act et de f.,,:tr'c varier vit:essc ,~t charge en~ours d'essais. Le contact
peut etre cl '.1 type cy linèr;: sur· ,:y linèr·c, La grande surface étant un cylindre
centré s';,r une broc~~,'~ tn'lœnôlr;tt8 et i,'\\ petite sUl'face un patin cylindrique.
la traver-se pOl'"':e-6d:.ant:LJ.lons soliaiilI'e de deux glissières à billes est
chargée pal' ::les pdds gril~e il. un:lisI'"sitH en f0L'me de parallélogramme. Le
lJIOuveT!lent de rc.tatiC'o de la brcche est " ..66 par un moteUl' à courant continu
f. r. Ii v:!.r:e,;s(~ Yi1.I'.i.a::'le.
Le n·ot·teme!~t pe·c.t ttL'C étud:L6 dans l'air ou en pN-
13ence d -' ..en lu.brifiant.. L."! câgE pOI'te échant:'.J_lcns. sous l'influence des
effor-ts dE frottement appliqués à l'Éch"\\1'tillon tend à tourner et elle d6fotwe.
grR':€
a un fil de liaison., une lame élasti.que SUI' laquelle sont coll~es des
jauges de contI'd.iute. Ce :'.ispos.i. tif permet de conna!tre le couple de frotte-
TJl€nt.
L >..l:;ure est appJ't2C-Î.ée ûilJ:' la rne;';1.\\.r'8 des variations de.dilllensiona. de
poids st·de rugositS~
Fric'tiog:rôp!1e a.1'te!.'r1<'tif C, E.G. (fig 12) , l'appareil consiste ea8eft-
,,:'i.," l.1em,mt en une boi'.:e d:'llt Le e')lT~- i:f('.in:.:ipëtl C.) ..:ont ient l'arbre (2)
immobilisé,c~~T(' ((,,,u>: pièce s coniqu8b <oc dünt 12 couvercle (3) non jointif
et non portant 3cr-t"" ;i~;'·-·~lJ"f'T"Olxt_2._ 1rl ~i\\)] 2ttf; (!~) ~ Le couvercle est an!Jœ d'un
mou'lemer.t alternatif (amp1..ï.tué.e 6 (.'" vites;;;'2 deux aIle!'.;; et retours par
seconde) par \\iTl moteur et \\:"1'1 (,1!lbI'ê1.yagc appr'cpI'1.iL Le corps de la boite repose
sur èell>c rouleaux Incnté8. 3'-'1' 1:>1.11c·3 et tI'ansoet .L ê:" réaction~ du frottement,
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ti.o,' dL. frutt:cmcnt et corrcinandc l' fn&c!'il:ltic:-n de cette. dernière par l' inter-
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91l€S et les per'f()!"manc~::.' d' '.ln i'lp~<n'eil acqùis e:J fin j'étude. le frictio-
..;malyseur ,JPSo

1 corps de boite
6
barre de torsion
2 arbre
7
stylographeb pointe
3 couvercle
8 cadre
4 molette
9
charge
5 moteur
10 cuve pleine d'huile
Fig 12

• 27 -
a) Description générale
- mouvement plan sur plan, en va-et-vient
- un moteur de faible puissance
- un curseur porte-échantillons pouvant être plus ou moins surchargé
est animé d'un mouvement de va et vient. Dans ce mouvement l'échantillon
frotte sur une plaquette fixe en acier, de dimensions nettement supérieures
à celles de l'échantillon. La matière usée peut être recueillie, analysée
et pesée.
La figure nO 13 et la planche nO 1 représentent l'appareil.
b) Caractéristiques techniques
Les caractéristiques sont les suivantes
- puissance du moteur = 10 w
- dimensions de la plaquette échantillon 50 x 25 mlm
- dimensions de la plaque d'acier 100 x 25 mlm
- surcharges du curseur 10 à 50 g
- course de la plaquette 25 mlm
- nombre d'aller-retour 120 par minute.
c) Commentaires
La qualité essentielle de ce premier appareil est sa simplicité
de conception et de fonctionnement. Les défauts sont la nécessité de préparer
un échantillon de grandes dimensions et l'existence de frottements parasites
créés par le guide du curseur.
a) Description générale
Le mouvement est un mouvement de rotation plan sur plan. Il comprend
- un moteur de faible puissance
- les porte-échantillons sont des disques creux de diamètre inté-
rieur égal à 22 mm. Les échantillons circulaires, y sont fixés à l'aide de
trois vis pointeau. L'un des porte-échantillons est solidaire de l'arbre

ct
L.----f
.J
Cf)
-m
e -
U.

Planche 1

.... 28--
du moteur, l'autre fixé à une plaquette en bois. Les échantillons sont preszé3
l'un contre l'autre à l'aide de deux ressorts.
La figure 14 représente l'appareil.
b) Caractéristiques techniques
Les caractéristiques techniques sont les suivantes
- puissance du moteur = la W
- dimensions de la plaquette échantillon 20 m/m de diamètre
- dimensions de la plaquette en acier : 20 m/m de diamètre
- vitesse : 120 t/mn
c) Commentaires
Cet appareil est simple et permet d'échanger les deux pièces
plaque d'acier et plaque échantillon et éventuellement de faire frotter l'une
sur l'autre, deux plaquettes de matériaux quelconques pour étudier leur
,
compatibilité.
L'inconvénient majeur est la difficulté de maintenir l'une en fa~e
de l'autre les deux plaquettes et le défaut essentiel est l'impossibilité
de mesurer la charge.
Cet appareil fournit, dans le cas de la rotation, les mêmes rensei··
gnements que l'appareil précédent dans le cas du glissement.
a) Description générale
- mouvement d'un cylindre contre une surface plane
- un moteur
- un mouvement Laboméca à renvoi parallèle dont l'une des extrérni"l&"
porte une poulie étagéeaQ~ e~rges·de diamètres extérieurs égaux à 30, 45, 60.
75 rn/m, l'autre porte un mandrin fixant la piste qui tourne: une tige en
acier.
le moteur et le mouvement Laboméca sont reliés par une courroie.,
- un bras de levier se terminant par le porte-échantillon. Le POI'+:(;"
échantillon est en deux pièces qu'on assemble par une vis, ce qui permet de
pallier l'inconvénient du retrait lors du frittage.

1
J:
.....
-~
j
:=
1
1
1
1
j
1 1,
~
1
,
,
~l

- 29 -
La figure 15 et la planche 2 représentent l'appareil.
b) Commentaires
Cet appareil fournit les mêmes résultats que les appareils p~eé­
dents dans un mouvement différent. De plus, la comparaison des traces laissées
dans différentes p1aquettes~ dans les mêmes conditions de charge et de durée
permet une comparaison facile du comportement de divers matériaux.
De ces trois appareils de mesure, le troisième s'est révélé le plus
efficace, sans doute en raison du fait que chaque appareil a bénéficié dans
sa conception des observations relatives aux performances de l'appareil
précédent.
Mais il nous fallait mesurer le coefficient de frottement. ce qui a
imposé l'acquisition d'un appareil supplémentaire, le frictioanalyseur JPS
dont la description vient maintenant.
Cet appareil permet de mesurer le coefficient de frottement, pour
des charges allant de 0 à 500 g et pour des vitesses tangentielles entre 0
et 376,80 m/mn.
Le mouvement est créé par un moteur électrique, régulé pour mainte-
nir constante la vitesse, une fois qu'elle est choisie. Un palier hydrostati-
que, alimenté par de l'air comprimé permet d'éviter des frottements parasites
(planche 3~l}. .
Le frottement a lieu entre un cylindre entraîné par ce moteur et
une plaquette plate qui appuie sur le cylindre avec une charge réglable
L'appareil de mesure permet, par simple commutation, la lecture de
la vitesse de rotation ou la lecture du couple. Ces deux valeurs sont données
à 3 ou 4 %près (planche nO 3-2).
Cet app2reil est d'un emploi très simple, il permet de suivre
l'évolution du coefficient de frottement en fonction de la charge ou en
fonction du temps.

c
..
.2
0
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- CD
CD
C
g
-
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2
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e

Planche 2

E
o
F
e
A: piste
D: contre-poids
a: plaquette
E ; surcharge
e: levier porte."chantillon
F; niveciu
Fig 16

Planche 3
1
Frictioanalyseur JPS
2
Cerveau électronique

- 30 -
C - LES MATERIAUX ANTIFRICTIONS
1 - HISTORIQUE
Les premiers alliages antifrictions connus étaient la fonte et les
bronzes (14), ensuite apparurent deux grandes classes d'alliages: des allia-
ges à base d'étain et des alliages à base de plomb (15* '16). Ces alliages
ont été utilisés pendant longtemps et leur composition n'a pas subi beaucoup
de variations jusqu'à nos jours. Mais si ces alliages à base d'étain et de
plomb sont remarquables par leur faible coefficient de frottement, ils
présentent l'inconvénient d'avoir une faible résistance à l'usure à sec
d'une part et d'autre part de ne pas pouvoir répondre aux exigences des
moteurs rapides (manque de dureté à chaud et de résistance à la fatigue
notamment pour les alliages à base d'étain) (14). Alors furent élaborés
les alliages cuivreux dans lesquels le plomb tient une place de choix (17, 18),
Les alliages cuivreux présentent par rapport aux alliages à base d'étain et
à base de plomb, les bonnes qualités suivantes :
- une meilleure capacité de charge
- une meilleure tenue aux élévations de température (en cas d'échauf-
fement, exsudation du plomb qui s'étale sur la surface et empêche le grippage
bonne conductibilité, car le cuivre ne forme pas de solution solide avec le
plomb).
- une bonne résistance à l'usure, due au fait que les cupro-plomb
sont constitués par un réseau de plomb dans une masse plus dure de cuivre.
- les accidents sont moins fréquents qu'avec les antifrictions à
bas point de fusion. Le seul inconvénient est que la réparation des coussinets
au cupro-plowb est plus difficile.
Des progrès importants ne cessent d'être faits dans la réalisation
de matériaux antifrictions que ce soit par la voie de la métallurgie classi-
que ou par celle de la métallurgie des poudres, que nous utiliserons pour
la préparation de nos échantillons. Ainsi sont apparus des alliages anti-
1
frictions à base de zinc, aluminium, indium, argent, etc.

--
- - - - -
- - - - - - - - - - - -
- 31 -
2 - CONSTIT~IONS DES MATERIAUX ANTIFRICTIONS
Comme leurs nom8 l'indiquent, ils ont pour but de rendre le frotte-
ment moins sévère e·:: de prolonger ainsi la durée de service des pièces
frottantes. Ils doivent être à la fois durs et plastiques, la résistance à
l'usure est en effet liée à la dureté et à la plasticité des antifrictions.
Une bonne tenue au frottement exige donc des propriétés opposées (14). C'est
pourquoi les recherches ont été très tôt orientées vers l'élaboration des
matériaux composites et p'ilyphasiques pour essayer de concilier les deux
qualités contradictoires. Cependant il existe des alliages monophasés en
particulier des alEages de structure hexagonale compacte, qui présentent
un bon co~portement au frottement. BUCKLEY (19) attribue ceci à l'influence
des plans cristallographiques. En dehors donc de ces alliages de structures
hexagonales, la plupart des matériaux antifrictions sont des alliages
diphasés et ils comportent
- une pha8e dure qui supporte la charge. Elle peut être un métal
ou une phase intermétallique.
- une phase plastique conférant au matériau antifriction, l'impor-
tante propriété qui est la conformabilité, c'est à dire l'aptitude à s'adap-
ter par une défo~ation plastique pour compenser les défauts d'alignement
et les flexions en service. On obtient de plus une meilleure répartition
des pressions. L~ phase plastique peut être un métal mou ou un eutectique
~ teneur importante en métal mou (le plomb, le zinc, l'étain sont des éléments
,'e base avec intervention d'autres éléments cOlllIlle le cadmium, l'aluminium).
Un exemple typique d'un tel composite est le cupro-plomb. On peut
évidemment concevoir ce co~?osite de deux façons, soit par une répartition
de la phase plus dure dans une matrice plastique (théorie des grains porteurs
énollcée par ~:L":'::':: et n'ayant plus cours actuellement), soit par une répar-
tition du métal QOU d2ns une matrice dure (cas des cupro-plomb).
L'arran6emen~ des grains est conditionné par l'élaboration, la com-
position chiJdque et l' histoire thermique.
Hi.se en oeuvre des matériaux antifrictions
Ils so~t employés (14) :
- soit sous forme "massive", en pièces coulées ou frittées. C'est
cette dernière voie qui est utilisée pour la fabrication des coussinets
pour le travail sans lubrifiant. Ils présentent une porosité de 10 à 40 %.

- 32 -
Ce volume poreux est ensuite rempli par un produit d'imprégnation pouvant
être :
• du plomb, du cuivre (cuivre imprégné de plomb, fer imprégné de
cuivre)
. de matières plastiques (polytétrafluoroéthylène).
- soit sous forme d'une couche mince par coulée ou frittage sur des
supports en acier par exemple. Beaucoup de précautions doiven~être observées
pour qu~ l'adhérence antifriction-support soit parfaite Calliage à.base ou de
plomb ou de ca.dmium sur des surfaces.étamées ou cuivre.,.plomb coul€s
sur'une
surfnce cuivrée ou simplement décapée).
On a constaté aussi que les métaux mous tels que le plomb, l'étain
et l'argent utilisés en couche mince par coulée ou dépôt électrol~ique,
donnent des résultats satisfaisants lorsque l'adhérence est bonne (14).
Les plastiques comme matériaux antifrictions (13, 20, 21)
En dehors des métaux ou des matériaux utilisés comme lubrifiants
solides : le graphite, le sulfure de mclybdène, le mcnoxyde de plomb et le
fluorure de calcium, nous pouvons citer comme autres matériaux intervenant
dans les applications de frottement, les plastiques. Ils sont caractérisés
par :
- leur prix faible
- leur maniabilité facile
- leur coefficient de frottement relativement bas. Ils varient entre
0,2 et 0,4 lorsque les plastiques frottent sur les métaux ou sur eux-mêmes.
Le polytétrafluoroéthylène a un coefficient de frottement remarquablement
plus bas (0,05).
- leur usure faible. Elle est sensible à l'état de surface, la
charge et la vitesse.
3 - PROPRIETES CARACTERISTIQUES DES MATERIAUX POUR FROTTEMENT A SEC
Les caractéristiques sur lesquelles l'accent est mis sont les
suivants
a - Comptabilité (9, 22)
Un couple de métaux ou d'alliages sera dit compatible dans le phéno-
mène de frottement, s'ils donnent une faible usure dans une atmosphère bien

- 33 -
définie. Cela nécessite que les métaux en présence ne donnent pas de solution
solide, sinon il se produit des soudures et par conséquent un grippage presque
immédiat. Plusieurs procédés sont utilisés pour rendre les structures des
deux métaux ou alliages en présence les plus dissemblables possible
sulfu-
ration, phosphatation, introduction du plomb et du graphite, etc •.•
b - Présence d'un constituant à bas point de fusion
La caractéristique commune à tous les matériaux antifrictions est
qu'ils comportent un matériau à bas point de fusion. Celui-ci en cas d'échauf-
fement accidentel, exsude de la m~sse, joue le rôle de lubrifiant métallique
et évite ainsi le grippage. Le seul inconvénient est que le constituant à bas
point de fusion donne des propriétés mécaniques faibles et est sujet au
fluage, lorsque sa teneur devient importante.
c - Dureté
Le coefficient de frottement entre deux surfaces dures est générale-
ment plus faible qu'entre une stœface dure et une surface de dureté moindre.
d - Plasticité
Elle permet l'adaptation à la géométrie de la pièce qui tourne.
e - Conductibilité thermique
Une bonne conductibilité thermique favorise le fonctionnement, car
la chaleur dégagée est plus facilement évacuée. Une bonne conductibilité est
obtenue avec les antifrictions à base d'argent, de cuivre, d'aluminium.
Les quelques caractéristiques précédentes sont parfois contradic-
toires et le choix préférentiel d'une propriété donnée entraîne des résultats
décevants. Par exemple, le couple acier-plomb répond à la plupart des critères,
mais il est impossible d'utiliser le plomb massif qui donnerait un fluage
énorme. De même le couple acier-indium qui est cité comme donnant de bons
résultats en frottement sous vide, est signalé comme donnant les phénomènes
de fluage. Le couple cuivre-chrom~ oùle fluage es~ moins important donne des
phénomènes de grippage.

- 34 -
TABLEAU 2
QUELQUES MATERIAUX DE FROTTEMENT
(23)
ALLIAGES METALLIQUES FONDUS
Dénomination
Composition
Main métal
Alliage de zinc à forte teneur en alumi-
nium avec addition de cuivre
Bearum métal
Bronze contenant du plomb réparti dans la
masse pn fins modules
Sical
Alliage à base d'aluminium et d'étain
Sical 6 Etain
: 6
Cuivre
: 1,5
Nickel
: 0,75
Aluminium : différence
Sical 3 Etain
: 3
Cuivre
: 3
Aluminium : différence

- 35 -
'tAlU.EAU 3
ALLIAGES METALLIQUES FRITTES
Dénomination
Composition
(Type 1)
Cu = 87 à 90
A
Sn = 9 à 10
C = 1,5 max
Catégorie
Cu = 82 à 88
Sn = 9 à 10
B
C
= 1,5 max
Pb = 2.4
(Type II)
,
C = 0,5 a 2
A
Fe > 95
Catégorie
Cu = 3,3
B
Fe = différence
Dinex Iron
Cu = 7,5
Fe = différence
Deva
Frittage de poudre de cuivre,
étain, plomb, fer auxquelles on
ajoute du graphite colloidal
Metafram
BP 25
Cuivre - étain
FP 15
Fer - Cuivre - Plomb
,
AceraI
Matériau fritté a base de fer

TABLEAU 4
- 36 -
CERAMIQUES
Dénomination
Composition
Alnier
Céramique à haute teneur en alumine
(teneur de 96 à 99,5 %)
Ger Alumine
Poudre de A1 0
comprimée soue une pression
2 3
de 2 TI
2
f '
cm , purs
~
' h
r1ttes a
aute
~
temperature
(1750° C)
MATERIAUX PLASTIQUES
Cesdi dur
Matériau possédant les qualités mécaniques
du métal, les qualités physiques et chimi-
ques des polyéthylènes
MATERIAUX COMPOSITES
Isoglis
Tissu amianté spécial, imprégné de phéno-
plaste
DQ l
Matériau massif constitué par un mélange
de polytétrafluoréthylène (PTFE), graphite
et poudre de plomb
DU
Frittage sur nn support acier de bronze
poreux imprégné ultérieurement d'un mélange
de polytétrafluoroéthylène et de poudre de
plomb

- 37 -
OWlTRE Il
Et..AJmATlOO ET CCM'ROLE O'ANTlFRlCTlOOS, PREPARES PAR FRlTIAGE
Comme il a été dit dans le chapitre précédent, la technique du
frittage est déjà appliquée dans un petit nombre de cal:: à l'élaboI'ation
d'antifrictions.
Nous avons voulu
- dans le cas des Cuivre-Plomb, déjà utilisés, essayer de nouveaux modes
d'élaboration et comparer les résultats observés aux cardctéris-:iqLes dp.s
alliages préparés par fusion ou par frittqge en phase liq~ide.
- préparer de nouveaux antifrictions nickel-plomb et comparer leurs propri~tés
à celles des cuivre-plomb et à celles des ternaires cuivre-nickeL-plomb.
- mettre en évidence le rôle d'éléments d'addition, étain ou antImoine, d~ns
les alliages précédents.
Tous nos alliages ont été obtenus par frittage de poudres métalli-
ques : pour un même métal, nous disposions de techniques différentes d'~labo­
ration, et de poudres de granulométries différentes et nous avons pu ainsi
étudier le rôle de ces deux facteurs.
Nous traiterons successivement de
- la préparation de poudres métalliques simples ou composites et la détermina-
tion de leurs caractéristiques.
- l'obtention de matériaux massifs par frittage.

- 38 -
A - PREPARATION ET CARACTERISATION DES POUDRES METALLIQUES
Les poudres de nickel, de cuivre et de plomb, qui nous étaient
nécessaires, existent bien dans le c~~merce, mais elles n'ont pas toujours la
granulométrie et la forme de grains voulues pour le frittage. Même si elles
sont utilisables, il faut, dans certains cas, leur faire subir ~ traitement
pour éliminer l'oxyde superficiel.
Il est intéressant, pour certains matériaux, d'utiliser, non pas
des poudres de métaux qui, après mélange, subiront un frittage mais des
poudres composites ou des poudres métalliques revêtues d'un autre métal, par
exemple, des poudres de nickel revêtu de plomb.
Après un rappel des méthodes de caractérisation des poudres métal-
liques, ces deux problèmes vont être étudiés successivement.
1 - METHODES DE CARACTERISATION DES POUDRES METALLIQUES
a - Microscopie optique
• La poudre métallique est dispersée dans du baume du Canada et
observée entre deux lamelles de verre au microscope optique. Les appareils
dont nous disposons, microscope Nachet, microscope Vickers permettent des
grossissements allant jusqu'à 800 fois pour le microscope Nachet et 2800 fois
pour le microscope Vickers •
• Ces examens donnent évidemment, dans tous les cas, la géométrie
et la taille des grains, mais elles permettent également par l'observation
de poudres prises à différents moments de leur préparation de se faire une
idée sur l'évolution intervenant au cours de cette préparation.
Dans le cas des poudres composites, la répartition des éléments
peut parfois être observé, l'examen des poudres rev~tues permet de juger de la
qualité et de l'épaisseur du revêtement.

- 39 -
b - Appareil Fisher
Cet appareil permet de compléter les indications de la miercscepie
optique et donne le diamètre moyen des grains de poudres métalliques. Il est
basé sur la relation existant entre la surface spécifique d '\\D'le peudre et
sa perméabilité aux gaz et aux liquides. De l'air est injecté seus pression
constante à travers l'échantillon. Le débit mesuré est fonction de la perméa-
bilité et par conséquent de la surface spécifique. Un abaque permet de définir
le diamètre moyen. Il faut noter que dans le cas des peudres déehi~uetées
ou à géométrie très tourmentée, les résultats du Fisher ne sent qu'indieatifs.
c - Tamisage
Les deux résultats précédents doivent être cemplétés par l'étude
de la répartition granulométrique des poudres, qui est \\D'le earactéristique
importante pour le frittage. L'étude de la répartition granulemétrique se fait
de la façon suivante : on fixe à un vibrateur \\D'le série de tamis, d'.uverture
de mailles croissant de bas en haut. On traite \\D'le quantité de peud~e connue
(100 g) pendant \\D'l temps donné, puis on pèse les quantités de peudl'es restant
sur chaque tamis. Les masses trouvées donnent directement la e.mposition
granulométrique.
La diffraction X est employée au cours des étapes de l'élabez-atien
pour
- vérifier si les oxydes résultant de la calcinatien des sels sont
des oxydes mixtes ou des mélanges d'oxydes simples
vérifier si la réduction finale est bien effective
- vérifier la constitution des alliages. La questien essentielle ici
est de savoir si les éléments en présence sont simplement juxtaposés ou s'il
y a solution solide.
Pour toutes ces observations, nous avons utilisé une chambre Seeman-
8
Bohlin en transmission avec la raie Ka du cobalt (À = 1,789 A).
'="

- 40 -
Une des questions qui est a?parue au cours de notre étude est la
façon dont les oxydes se forment dans les opérations de destruction des ni-
trates et des oxalates. La thermobalance pe~~let de suivre llévoluTion d'un
sel ou d'un mélange de sels en fo~cti~n de la tempé~at~re. Nous avons utilisé
une thermo1)alance ADAllEL (sjst~me Chevenard) avec suiveur de spot. (Planche 4)
Dans les méthodes dfél~boration, à p3rtir de mélanges de sels,
d'oxydes ou de m6~aux, la composition des alliages obtenus en fin d'opération
n'a pas à être déterminée, puisque le mélange initia~ se fait avec des quan-
tités mesurées et puisqu'il n'y a aucune perte en cours d'opération.
Par contre, dans le cas des revêtements, le dosage est nécessaire.
S'il y a seulement dépôt d'un métal B sur un métal A, la pesée de la poudre,
avant et après l'opération de d8pôt, donne très simplement les teneurs. s'il
y a échange, le dosage de la solution résiduaire et de la poudre, par voie
chimique ou physique, s'impose. Ces dosages chimiques sont des dosages
classiques.
Dans le cas des poudres de nickel revêtu la méthode de dosage m~gné­
tique permet de déterminer avec précision la teneur en nickel. Nous procé-
dons par une méthode comparative : 100 mg de poudre de nickel (étalon) puis la
même quantité de poudre revêtue (nickel cuivré ou nickel étamé) sont intro-
duits brùsquement dans un champ magnétique créé dans l'entrefer d'un électro-
aimant. La variation de flux provoquée par ces introductions provoque l'appa-
rition d'un courant transitoire dans des bobines situées de part et d'autre
de l'entrefer, ce qui se traduit par la déviation d'un galvanomètre balistique
Soient d
déviation obtenue pour 100 mg de poudre èe nick€ü
")1,l!'
dl
déviation obtenue pour 100 mg de poudre de n5.ckel cuiV"é
ou étamé
La masse de nickel contenue dans 100 mg de poudre revêtue est
100 x dl
m =
d

Planche 4
Thermobalance (ADAMEL)
Suiveur' de spot
Four de chauffage
Stylet et cylindre d'enregistrement

PRINCIPALES FORMES DE GRAINS
3
4
2
5
1
6
8
7
l
- Angulaire
5 - Irrégulière
2 - Dendritique
6 - Spongie x
3 - Pelliculaire
7 - Sphéroide
4 - Granulaire
8 - Aciculaire

- 1+1 -
2 - ETUDE DES POUDRES SIMPLES
Nous employerons pour décrire les formes de grains la gamme classi-
que des désignations suivantes : angulaire. dendritique. pelliculaire, granu-
laire, irrégulière, spongieuse, sphéroide ou aciculaire, Elanche ci-contre.
Quatre types de poudres ont été employées.
a - Le nickel ex-carbonyle (grade A) : ce nickel, disponible
sur le marché a une forme irrégulière et une taille moyenne, mesurée au Fisher,
de 3 à 5 microns. La courbe de répartition granulométrique montre un étalement
entre 18 et 60 microns. La densité apparente est de 1,6 à 2. Cette poudre
présente une résistance à l'oxydation très satisfaisante. Le graphique 17 et
la planche ~.. illustrent ces données.
b - Le nickel 76 NC BO/200. Ce nickel, disponible également
sur le marché a une forme angulaire. Sa densité apparente est de 3 et passe à
3,B. après tassement. La répartition granulométrique montre un étalement entre
lB et 120 microns avec une granulométrie moyenne de lB microns. La planche .5
correspond à ce produit.
c - Le nickel obtenu par réduction d'un oxyde. L'oxyde de
départ, qui est un produit commercial a une géométrie granulaire, une taille
moyenne mesurée au Fisher de 8 microns et une répartition granulométrique
s'étalant entre 18 et 50 microns avec un maximum pour les grains de diamètre
de lB microns.
La réduction peut se faire rapidement entre 150 et 200°. La poudre
obtenue est tellement fine qu'elle est pyrophorique d'où la nécessité d'un
traitement de protection. Il s'agit en fait de désorber l'hydrogène par une
montée en température assez rapide pour que le grossissement des grains
ne puisse avoir lieu. La température de réduction influe évidemment sur la
taille des grains, comme le montrent les photos.
Le cycle thermique est le suivant :
- un balayage par l'hydrogène à la température ambiante pendant 60 à 90 minutes.

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- 42 -
montée progressive en température jusqu'à 2000 C et maintien à cette tempé-
rature. sous hydrogène. pendant 48 heures.
- montée rapide à 3000 C. suivie d'un refroidissement spontané' du four.
La poudre obtenue a une géométrie granulaire. une taille moyenne
donnée par l'appareil Fisher. de 6 microns environ et une répartition granulo-
métrique étalée entre 18 et 200 microns avec un maximum à 100 microns.
La comparaison des photos et des courbes de répartition granu1omé-
triques de l'oxyde initial et du métal final montre que la poudre réduite
présente une gamme de diamètres de grains plus importante que l'oxyde initial
(H::. 18.. PLmche SS \\
d - Le nickel obtenu à partir de sels. Le sel communémep.t
employé est le nitrate. dont la calcination. entre 500 et 7000 C, donne l'oxyde
N.a de géométrie granulaire et de taille moyenne. La température de calcina-
~
tion influe sur la taille et la répartition granulométrique ; ainsi. une cal-
cination vers 5000 C donne un maximum de la courbe de répartition granulomé-
trique vers les faibles diamètres. alors que la calcination au-delà de 6000 C.
provoque un étalement de cette courbe. La réduction de N.O se fait suivant le
~
schéma décrit plus haut. (Fir:. 19, 20, Planche ·5')_
2 - 2 - Poudres de cuivre
-----------------
Nous disposons pour ce métal des origines suivantes
a - Le cuivre commercial : il est généralement préparé par
atomisation. ce qui lui confère deux particularités négatives pour le compactage
la géométrie sphérique et l'oxydation superficielle. Nous utiliserons très
peu ~e matériau.
b - Le cuivre obtenu par réduction d'un oxyde : La méthode
d'obtention est la même que pour les poudres de nickel. On observe des nuances,
en particulier pour la répartition granulométrique, par rapport aux poudres
de nickel.

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Ni:Nitrate calciné à 6009 C ....oxyde réduit à 3OO-C
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Q
Ni:Réduction à 400 C deNiO provenant de la calcination
du nitrate lA 600Q C .
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Cu: Nitrate calciné à 600°C~oxyde réduit à 300°C
..
o
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Cu: Réduction du Cu 0 ci-dessous à 400-C
--- CuO:Calcination du nitrate à 600°C
20
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'y-
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o
50
100
150
200
fol
Fig 21

Planche 5
Nickel (INCO)
Nickel (Baudier Poudmet)
Oxyde de nickel (Prolabo)
Réduction de l'oxyde de
nickel ci-contre à 300°C
Nickel
Nickel
fNitrate calciné à 500°C
(Nitrate calciné à 600°C
oxyde réduit à 300°C)
oxyde réduit à 400°C)

Planche 6
10011
Oxyde de cuivre
Cuivre (Baudier Poudmet)
(nitrate calciné à SooOe)
Cuivre
Cuivre
(oxyde ci-dessus réduit à
(oxyde ~i-dessus r~d~it à
300°C)
400°C)

- 43 -
c - Le cuivre obtenu à partir de sels : Deux sels ont été
utilisés. le nitrate de l'oxalate. La calcination de l'oxalate donne une
poudre d'oxyde très fine et une poudre métallique dont le diamètre moyen se
situe entre ~ et 6 microns.
. La planche e et la figure nO 21 illustrent nos observations
sur ces diverses poudres.
Quatre sources ont été exploitées
a - Le plomb commercial : il est généralement préparé par
atomisation et présente une oxydation superficielle assez importante dans la
plupart des produits acquis. Les poudres Merck ou Baudier sont relativement
fines et ont une taille moyenne comprise entre 5 et 10 microns. ce qui permet
l'emploi après un traitement de réduction (planche 7-).
b - Le plomb obtenu par réduction d'un oxyde: Le cycle
thermique est comparable aux cy~les theI'llliques. déjà- menthmIrés."'a.V\\!!.C 'UIle tempérc
. tu.ll«~·Ï'êditêtion·~lêe entre"iSO et 200<' ':l;.• La géométriede:s -poudres- o1rt"enues
est -i.rr.éguUèt'e.; avec urre.diimmshm moyenne de ~ 1I1icrons(:Planche 7) •
c - Le plomb obtenu à partir de sels : Les sels employés cnt
été. ici aussi. les nitrates et les oKalates. les derniers donnant des poudres
de forme granulaire et de taille comprise entre 3 et 5 microns (planche 7)
d - Le plomb obtenu par électrolyse : Cette méthode est une
application de résultats d'une étude faite précédemment au laboratoire. La
recherche des conditions optimales pour l'obtention des poudres de plomb
dendritiques a permis de dégager la solution suivante :
- anode soluble
- le bain utilisé est une solution d'acide perchlorique à 30 % (en
volume) à laquelle sont ajoutées une petite quantité d'oxyde de plomb (PbO)
comme initiateur et de la gelatine.
- le pH est très faible et varie très peu au cours de l'électrolyse.

%
60
Pb RédlUlction d'oxyde provenant de la calcination du nitrate à 600°C
,
---_e Pb électrolytique
40
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o
50 -
100
150
200
1.1

Planche 1
Plomb (Merck)
Plomb (Baudier-Po\\1rll"",-r
Plomb (réduction de l'oxyde
Plomb électrolytique
Prolabo~ à 300°C)
Ploro:....
Plomb
Nitrate calciné à 5000
Oxalate calciné à 4000 C
Oxyde réduit à 3000 C
Oxyde réduit à 3000 C

- 44 -
- La température varie très peu également. Au bout de deux heures
d'électrolyse, elle n'a augmenté que de 50 C.
L'opération de séchage du plomb est une étape importante dans ce
mode d'élaboration.
La poudre obtenue a une géométrie dendritique et des dimensions
comprises entre 18 et 200 microns. La
planche
25 et la figure 22 illustrent
ce paragraphe.
Le broyage des blocs d'antimoine commercial suivi d'un tamisage
nous donne une poudre de géométrie irrégulière et de taille moyenne située
entre 5 et 8,6 microns et une répartition granulornétrique comprise entre 18
et 60 microns (planche B)
2 - 5 - Poudres d'étain
---------------
Trois origines pour ce métal
a - L'étain commercial : il est de géométrie irrégulière,
sa taille moyenne se situe entre 5 et BO microns (planche: 8)'
b - L'étain obtenu par réduction d'un oxyde: Le cycle
thermique de réduction est analogue aux précédents avec un maintien à 2000 C
pendant 48 heures. La poudre obtenue a une géométrie granulaire et une taille
moyenne située entre 8 et 10 microns.
c - L'étain obtenu à partir des sels : Les sels employés
sont des oxalates. Les poudres obtenues ont une forme granulaire et une taille
moyenne située entre 3 et 5 microns.
Les tableaux 5 et 6 résument les caractéristiques essentielles
des poudres métalliques simples employées dans cette étude.

Planche 8
1001.1
-
Antimoine (Prolabo)
..
a
.- 10
.'
.....

~
1 •


.
..

0,
.,
f
• .


..
..
0#"
.
~
'

", ,
.
.

-'

,.
.

«
-•
Etain (Baudier Poudmet)
1

!~~~L~
POUDIœS COMMERCIALES
----------
Elêments
Origine
Forme d~s
Densit6
Densité
gE'anulan6trie
'moyen
Ji
gl'aïns
apparente
tass6e
FISCHER.
NIC1ŒL
INCO
irr6guli~
1.6 A 2
-
3 à 5
-
BAUDIER
angulaire
3
3.8
80 à 160
-
CUIVRE
BAUDIER
sph6rolde
-
-
20 à 160
-
.
PLQlB
PROLABO
-
-
-
1
-
-
MERCK
-
-
-
-
-
.
ETAIN
BAUDIER
irréguli~
3,7
4,5
5 a 80
20
~
(II

TABLEAU 6
---------
POUDRES PREPAREES AU L/l.BORATOIP.E
--------------------------------
Poudres simples
Méthode de préparation
Observations
NICKEL
- Réduction d'oxyde commercial
L'oxyde commercial est de couleur verte
- Calcination du nitrate et ~éduction
La couleur de l'oxyde proven~.t de la c2lcination
d'oxyde obtenu
du nitrate dépend de la température de calcination
du nitrate.
L'influence de la température sur la granulométrie
est très importante.
CUIVRE
- Réduction d'oxyde commercial
La poudre obtenue à partir de l'oxalate est fine.
- Calcination des nitrates et réduction de
Un autre avantage de ce procédé par rapport à celui
l'oxyde obtenu
des nitrates, est le déeagement de CO
au lieu des
2
vapeurs nitreuses que déZagent les nitrates et qui
- Précipitation d'oxalate ~ séchage ~
détériorent les matériels.
calcination et réduction d'oxyde
PLOMB
- Réduction d'oxyde
La poudre obtenue par électrolyse comporte des grains
- Calcination de nitrate et réduction d'oxy-
de diamètre très grand.
de obtenu
- Précipitation d'oxalate suivie d'une
calcination et réduction de l'oxyde
- Procédé d'électrolytique
of:
'"

- 47 -
3 - ETUDE DES POUDRES COMPOSITES
Nous appellerons poudres composites des poudres contenant deux ou
plusieurs constituants. Nous avons étudié l'élaboration de ces poudres par
différents procédés, puis après sélection d'un ou de deux procédéa, nous en
avons observé les caractéristiques.
L'élaboration peut se concevoir par mélange des poudres de nickel
et des poudres de plomb ou par réduction de différents mélanges tels que
oxyde de nickel + oxyde de plomb
nitrate de nickel + oxyde de plomb
nitrate de nickel + nitr~te de plomb
Les réductions se font par un cycle identique à celui d'oxydes seuls
avec un maximum à 3000 pour éviter la fusion du plomb.
a - Les nitrates se décomposent l'un après l'autre, le nitra-
te de nickel vers 3500 C et le nitrate de plomb vers 4000 C (analyse thermo-
gravimétrique courbe nO 24).
b - Quel que soit le mode d'élaboration et quelles que
soient les variantes dans les modes d'élaboration il ne se forme jamais d'oxy-
de mixte de plomb et de nickel, mais il y a toujours présence simultanée de
l'oxyde de nickel N.O et de l'oxyde de plomb PbO (clichés de rayons x - planche
J.
nO 9':).
c - Quel que soit le mode d'obtention des oxydes et quelle
que soit leur température de réduction, il n'y a ni solution solide, ni phase
intermétallique mais présence des deux éléments, comme le laissait prévoir le
diagramme d'équilibre nickel-plomb qui rend compte de l'insolubilité totale.
d - Tous les procédés, sauf le procédé à partir des nitrates,
donnent des mélanges de grains de plomb et de grains de nickel. L'homogénéité
de la répartition et la finesse des grains augmente évidemment dans l'ordre
des procédés qui suivent :
- mélange de poudres métalliques
- mélange d'oxydes et réduction
.,. ~ll)élan[';e de nitrate de.ücJ.<d .-;t d 'OKyd~ de plomb.
- Décomposition du nitrate et réduction
'

- 48 -
c - Le procédé de décomposition des nitrates et de réduction
des oxydes aboutit à la formation de grains contenant à la fois du nickel et
du plomb. Cette\\r~partition intra-granulaire des éléments se vérifie de deux
façons. La poudre de nickel-plomb est totalement attirable à l'aimant, ce qui
montre bien le fait que chaque grain contient du nickel et du plomb. La
deuxième expérience permet de se faire une idée de l'extrême dispersion des
deux éléments dans le grain. Un grain de quelques microns est placé sur la
platine chauffante d'un microscope optique et porté lentement à 4000 C. Le
grain se constelle brusquement d'une multitude de minuscules points lumineux,
qui sont des microglobules de plomb. Le léger retard à la fusion et la taille
de ces microglobules indiquent une répartition extrémement fine des consti-
tuants. L'avantage, dans notre étude, de ce matériau est manifeste par rapport
aux autres procédés, car l'homogénéité et la finesse de répartition sont iné-
galables. Il faut noter que l'élimination physique du plomb laisse une
poudre de nickel spongieux et très fine et que ce procédé pourrait être comparé
à celui de l'élaboration du nickel Raney qui exige une attaque Chimique.
En conclusion, ce dernier procédé qui aboutit à une homogénéité
presque parfaite et à une dispersion extrêmement fine des deux constituants
à l'intérieur même des grains nous a paru être le meilleur et a été employé
pour les alliages de 0 à 50 %pondéral de plomb (tableau 7).
Les caractéristiques essentielles sont les suivantes : pour un
alliage de composition moyenne (30 %Pb). la granulométrie évolue de 18
microns à 200 microns, avec un maximum vers 120 microns. La comparaison des
courbes de répartition granulométrique des composites nickel-plomb avec
celles du nickel montre un déplacement vers les dimensions moyennes. Fig. 28.
Les grains de nickel-plomb ont une forme granulaire.

TABLEAU 7
..
- 49 -
--~-- ---
ALLIAGES ELABORES
A - BINAIRES
--------
Ni - Pb
Cu - Pb
%Ni
%Pb
% Cu
% Pb
90
10
80
20
80
20
75
25
75
25
70
30
70
30
60
40
60
40
50
50
50
50
B - TERNAIRES
---------
\\ Pb
\\ Ni
% Cu
1
.
.
ao
10
10
70
20
60
30
30
60
15
50
35
60
20
·50
30
20
49
31
40
40
20
60
50
20
30
40
30
50
10
40
30
30
53
2
45
2
53

- sc -
L'élaboration peut se faire par mélange des poudres de c~i,~e et
des poudres de plomb ou par réduction de différents mélanges tels que :
oxyde de cuivre + oxyde de plomb
nitrate de cuivre + oxyde de plomb
nitrate de cuivre + nitrate de plomb
oxalate de cuivre + oxalate de plomb
La température extrême de réduction des oxydes se situe co~me
pour les nickel-piomb à 300° C.
Nous pouvons dégager les faits suivants
a - Les sels se décomposent l'un après l'autre par exemple
le nitrate de cuivre se décompose vers 300° C et le nitrate de plomb vers 400°.
L'oxalate de cuivre se décompose vers 280° C, celui de plomb vers 360° C
(analyse thermogravumétrique figure nO 27).
b - Quel que soit le mode d'élaboration et quelles que
soient les variantes dans un mode d'élaboration il n'y a jamais d'oxyde mi>:te
de plomb et de cuivre, mais toujours présence simultanée de l'oxyde de cuivre
CuO et de l'oxyde de plomb PbO. (Planche 9).
c - Il n'y a pas, ici non plus, de solution solide entre le
cuivre et le plomb quelle que soit la température de réduction et quel que
soit le mode de préparation du mélange d'oxyde. On observe toujours su~ les
clichés de rayons X les raies de cuivre et les raies èu plomb superposées, ce
qui est conforme au diagramme cuivre-plomb. (Planche 9).
d - Quel que soit le mode d'é';aporation, il y a toujours
séparation de grains de cui'Te et de grai~s de plomb. Cette séparation est
visible à l'oeil nu et confirmée par observation microscopique.
En conclusion, ce qui va distinguer les procédés les uns des autres,
ce sera l'homogénéité de répartition des grains de cuiv:'e et de plomb ~t la
taille de ces grains. Si le mélange des poud~es dcr.ne vne f~~hle homopénéîté,
la réduction donne une meilleure ho~ogénéïté et ~~~ pluG f,r~.nde finesse de
grains. La méthode qui consiste à copré~ipiter deu:{ sels, à los calciner puis
à réduire le mélange d'oxydes èonne "ne excellente répartition d~ ~ains de
faibles dimensions et constitue donc, pour not~e travail, la meilleure méthode.

- 51 -
Les pourcentages pondéraux en plomb ont été choisis entre 10 et 50 %
(tableau nO 7).
Les caractéristiques essentielles de ces poudres sont les suivantes
pour un alliage de composition moyenne (30 % Pb), la taille moyenne mesurée
au risher est de 3 microns, la granulométrie étudiée par tamisage, évolue
entre 18 et 200 microns, avec un maximum à 60 microns. Il y a déplacement
de la courbe vers les faibles dimensions Fig. 28.
Les grains obtenus ont une forme granulaire.
On retrouve pour les poudres ternaires les méthodes expérimentales
pour les poudres binaires soit
mélange des poudres de nickel, de cuivre et de plomb
- mélange d'oxydes et réduction
- coprécipitation de sels (nitrates en l'occurence), calcination et réduction
des oxydes.
La température de réduction est fixée à 3000 C
Les conclusions sont identiques à savoir
a - Les sels se décomposent les uns après les autre~, le
cuivre et le nickel pratiquement ensemble.
b - Quel que soit le mode d'élaboration et quelles que
soient les variantes dans un mode d'élaboration, il n'y a jamais d'oxyde
mixte, mais présence de CuQ, Nia et de PbO.
c - Quel que soit le mode d'élaboration, il y a en présence
les trois métaux. Ce fait, confirmé par les rayons X, correspond à l'insolubi-
lité réciproque du cuivre et du plomb d'une part et du nickel et du plomb
d'autre part et pour ce qui est des deux éléments nickel-cuivre à la faible
température de réduction qui ne permet pas la diffusion et la formation des
alliage cuivre-nickel. (Planche 9),

Planche 9
- Oxyde de cuivre résultant de la calcination de nitrate.
- Calcination d'un mélange de nitrate de cuivre et de plomb (obtention
d'un mélange d'oxydes.
Oxyde de nickel résultant de la calcination de nitrate.
- Calcination d'un mélange de nitrate de nickel et de plomb
(obtent ion d'un mélangt\\ d'oxydes).
- Calcination du nitrate de nickel en présence d'oxyde de plomb
(obtention d'un mélange d'oxydes).
Cuivre
Cuivre-plomb
réduction d'oxydes ci-dessus.
Nickel
Nickel-plomb
r~duction d'oxydes ci-dessus.
Nickel
Nickel-cuivre-plomb : réduction d'oxydes résultant de la calcination
d'un mélange de nitrate de nickel, de cuivre et de plomb.
Plomb :

- 52 -
d - Le mode d'élaboration à partir des nitrates devait
aboutir à une situation complexe puisque les nickel-plomb se présentent sous
la forme d'un type de grains, contenant chacun du nickel et du plomb (réparti--
tion intragranulaire) alors que les cuivre-plomb se présentent sous forme de
grains de cuivre et de grains de plomb (répartition intergranulaire). Lc
diagramme ternaire révèle que pour les fortes teneurs en nickel, il n'y'a
qu'un type de grains, contenant cette fois les trois élém0nts, et que pour
les fortes teneurs en cuivre, il y a plusieurs types de grains, contenant
les uns du nickel-plomb, les autres du cuivre ou du plomb.
4 - LE REVETEMENT DES POUDRES
Le revêtement de chaque grain d'un métal par un deuxième métal et
éventuellement le revêtement de ce deuxième métal par un troisième
aboutit à une très grande homogénéité de répartition puisque le matériau
final contient dans chaque grain les différents constituants.
Les techniques à utiliser sont comparables à celles du revêtc~ent
de métaux massifs, avec les complications entraînées par le trav~il sur 'Jne
poudre. Nous ne citerons que pour mémoire les procédés de dépots élect~oly­
tiques et nous décrirons les deux grandes classes de procédés qui sont le
procédé par déplacement et le procédé par réduction chimique.
Nous avons réalisé les matériaux suivants
(Planche 10).
Nickel cuivré
Nickel cuivré puis étamé
Nickel étamé
Cuivre étamé
Cuivre plombé
Principe gén~ral
c'est une réaction d'oxydo-réduction qui se fait spontanément si
hG
est négatif. L'exemple classique est celui de la réaction du fer sur une
O
solution de cuivre

- 53 -
Fe
...
Fe 2-t
-t 2 e
Eo = -t 0,44 v
Cu2-t -+ 2 e
Cu
E'
= -t 0,34 v
0
Bilan
Fe -t Cu2-t
...
Fe 2-t -t Cu
El!
= -t 0,78
0
E
et E'O sont les potentiels d'oxydo-réduction normaux.
O
La variation d'enthalpie libre àG ' étant égale à ~ n F E ' est
O
O
bien négative, du fer passe en solution et une quantité équivalente de cuivre
de déposé, le terme "déplacement" rend très bien compte de ce mode de réaction.
Exemples de réalisations
1er exemple
revêtement de poudre de nickel par du cuivre,
La poudre de nickel décapée dans une solution d'acide sulfurique
est versée dans une solution acide de sulfate de cuivre (15 gll de Cus0 ,
4
_5 H
0 et 100 ml de HiS04'
2
L
~

d
d~ 1
,~

N'
C 2-t
N· 2-t
a reactlon
e
ep acement s ecrlt
l -t
U
...
l
-t Cuo. Il Y a
formation lente d'un dépot pulvérulent et non adhérent.
2ème exemple
revêtement de nickel ou de cuivre par de l'étain, par trempé à
nu.
La solution contient les produits suivants
Sn C1 , 2 H 0
20 g/l
2
2
Thiourée
75 g/l
HCl
50 ml
Phosphate de sodium
16 g
La poudre de cuivre, décapée à l'acide chlorhydrique est versée
dans la solution à l'ébullition.
La réaction s'écrit
Cu -t Sn2-t
...
Nous avons aitl:.i préparé des poudres de Cu-Sn à 14 % Sn, avec une
couche d'étain de 0,6 microns, le dépot obtenu adhère bien.

-
54 -
3ème exemple
revêtement de nickel ou de cuivre par de l'étain, par trempé
au contact.
La réaction se fait en présence d'une lame de zinc sur laquelle
on remue la poudre à revêtir. Le zinc passe en solution et l'étain se dépose
sur le cuivre ou le nickel.
La poudre décapée est versée sur la lame de zinc qui se trouve
dans une solution à l'ébullition contenant du chlorure d'étain seul ou accom-
pagné de thiourée.
Nous avons aussi préparé des poudres Ni-Sn à 20 %Sn avec une
couche d'étain de 0,9 ~ et des poudres de Ni-Cu-Sn à 7 % Sn. Dans les deux
cas, nous avons un dépot très adhérent.
4ème exemple
revêtement de la poudre de cuivre par du plomb
• Composition de la solution
Pb (NC )'
35 g/l
3
Thiourée
75 g/l
Dimethysulfoxide
175 ml
• Réactions
Cu + Pb2+
· Mode opératoire
La poudre à revêtir est décapée et versée ensuite dans la solution
de nitrate de plomb.
La température de travail est de 50° C environ.
• Alliages préparés
Cu - Pb : 80 - 20
épaisseur: 0,58
Ni Cu Pb : 10 % Pb

- 55 -
Il s'agit ici de provoquer une réaction, indépendarnmènt du métal à
recouvrir. La solution contient un agent complexant qui ne libérera que pro-
gressivement les ions métalliques au fur et à mesure de la disparition des
ions. Les agents complexants généralement utilisés sont l'ammoniaque, les
acides carboxiliques ou leurs sels : acide citrique, hydroxiacétique, citrates,
2
tartrates, exemple
ion tartrate complexant l'ion Cu +
4
Icu (OOC - CHOH - CHOH - COO}31 -
La solution contient un agent réducteur qui par une déshydrogéna-
tions catalytiques, fournit des hydrog~nes actifs pour la réduction des ions
métalliques.
Le formaldehyde, l'hydrazine conduiraient à des produits chimiques
tr~s purs, par contre avec l'hypophosphite de sodium, d'après une étude faite
par FLECHON (24) sur le dépôt chimique du nickel, on obtiendrait des produits
contenant de l à 10 % de phosphore suivant les conditions expérimentales.
NaH
P0
+ H 0
P0
+ 2 H
2
2
2
+
NaH2
3
M2+ + 2 H +
MO + 2 H+
exemple de réalisation
revêtement de nickel par du cuivre
La solution a la composition suivante.
Cu S04' 5 H
29 g/l
20
Carbonate de sodium
25 g/l
Tartrate double de sodium
140 g/l
et de potassium
r
Soude
40 g/l
Formaldehyde
25 ml
Apr~s décapage de la poudre avec de l'acide sulfurique dilué (10 %
en volume) et rinçage, la poudre est versée dans la solution à température
ambiante.

- 56 -
La ~action est la suivante :
Icu
4
(OOC - CHOH - CHOH - COO)3/ - + HCHO + 30 H-
Cu + 3 (OOC - CHOH - CHOH - Coo)2- + HCOO- + 2 H 0
2
Nous avons ainsi réalisé des poudres Ni-Cu à 27% Cu avec une
couche de cuivre de 1.10 mic~n. L'adhérence du cuivre est supérieure à
celle qu'on obtient par déplacement. ce qui est logique puisqu'il y a
dépôt et non permutation d'atome à la surface du grain. (le tableau 9
montre les différents modes de revêtements réalish).
En conclusion. i l est possible d'obtenir soit par ~duction
d'oxydes. soit par revêtement des poudres composites binaires ou
ternaires d'une excellente homogénéité et très fines si la température
de préparation est très basse.
Ces poudre& composites se compactent bien et supportent des
traitements de frittage à haute tempéret'ure sans évolution de la compo-
sition par perte de plomb.

Planche 10
A/B : Métal A revêtu du m~tal B
G x240
fe/Cu
Ni/Cu
Electrolyse
Réaction autocatalytique
Cu/Su
Cu/Pb
Déplacement
Déplacement
Ni/Su
Ni/Cu + Pb
trempé par contact

- 57 -
TABLEAU 8
---------
REACTION DE DEPLACEMENT
DEPOTS
REACTIONS
1
Cuivre
Ni + Cu2+
Ni 2+ + CuQ
Trempé à nu
Cu + sn2+
Cu2+ + Sne
Etain
Trempé par contact
Zn + Sn2+
Zn2+ + Sn°
Plomb
Cu + Pb2+
Cu2+ + PbO
11
REACTION AUTOCATALYTIQUE
DEPOTS
REACTIONS
Cuivre
les ions métalliques de la solution
reçoivent des él~ctrons du réducteur
RH et se déposent.

TABLEAU 9
---------
Poudres alliées
Méthode de préparation
Observations
Ni - Pb
- Oxyde du nétal A + oxyde du 8étal n, mélange au mortie~,
- La méthode de coprécipitation est
Cu - Pb
réduction
seulement utilisée pour le cuivre -
- Nitrate A + oxyde du métal B, calcination, réduction
plomb, car la précipitation d'oxalate
- Solution de nitrate du métal A + solution de nitrate du
de nickel n'est pas instantanée
m5tal B, éva~oration, c~lcination d'oxyd~s obtenus
- Bonne répartition des différents élé-
- Co?récipitation d'oxalates: solution de nitrate du œétal
ments bonne homogénéité observée sur
A + solution de nitrate du m~tal B dans les proportions
les échantillons massifs préparés
désirées, précipitation par l'a~ide oxalique.
à partir de ces poudres
1
L
La plupart des procédés utilisés pour les binaires sont
Cu - Pb
aussi valables ici.
1 Poudres revêtues
- Procédé par déplacement
Bonne homogénéité
l:i / Cu
- Procédé par réduction chimiquo
Cu / Sn
Cu / Pb
Ni / Cu / Pb
Ni / Cu / Sn
01
co

,, 2
,,
(J
0
,
8
C")
~
-ca
1
!
1
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~
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1
------
1
\\)
1
1
1
"

tlg 23: Calcination du nitrate de nickel
0_.::a.:......I.~L:.L_~_ ........_ _-:;;~L.-~--l.,;;,.;..
......._
.......
_
Ni
20
30
40
50
Am x100
mo

Fig 24 : Calcination du nitrate de plomb
,00
450
455
485
500
560
570
Pb
Am xl00
mo

Fig 25: Calcination du nitrate de cuivre
190
268
286
338
0'
O-.-~-------.l---.l----"""'-----------
10
Cu
30
40
50
ilm xl00
mo

Fig 26: Calcination d'un mélange de nitrates de
nickel et de cuivre
290
340
144
178
270
300 326
360
Ni _Cu
60 40
10
20
30
40
50
Am
. mo x100

Fig 27: Calcination d'un mélange de nitrates de>
nickel et de plomb
326
271
312
346
380
Ni_ Pb
60 40
10
20
30
40

Fig 28;Calclnation d'un mélange de nltratel de
cuivre et •
plomb
270 283
494
548
Cu-Pb
Cu
60 40

Fig 28bis:Calcination d'un mélange de nitrates de
nickel, dè cuivre et de plomb
290
335 348
475
'500
10
NLCu_Pb
40 40 20
20
30
Am >cl00
mo

- 59 -
B - PREPARATION ET CARACTERISATION DES MATERIAUX MASSIFS
1 - PREPARATION
Il s'agit d'aboutir à des échantillons massifs. Dans le cas de mélange
mécanique la préparation se déroule en trois étapes : mélanp;e, compactage,
frittage. Ces étapes se réduisent aux deux dernières lorsqu'il y a eu obten-
tion préalable de poudre préalliée. La technique d'imprégnation a été également
employée.
Nous disposons, pour le compactage, de deux sortes de matrices per-
mettant. l'une de former des échantillons cylindriques de 20 mm de diamètre,
l'autre deH échantillons parallélépipédiques de base 28,2 x 14,2. L'épaisseur
dépend de la compressibilité des poudres. La force totale appliquée peut être
2
de S,la et 15 T ce ~1i correspond à des pressions de 1,6, 3,2 et 4,8 T/cm
2
pour les échantillons cyli.ndriques et de 1,3, 2,5 et 3,8 T/cm
pour les échan-
tillons paraJ.l.élépipédiques.
L'aptitude ~u compactage dépend de nombreux facteurs
1°) Teneur en oxygène: ce facteur est d'une importance primordiale
une poudre mal réduite se compacte très mal, les arêtes des agglomérés obtenues
sont fragiles.
2°) Fer'me des grains : les grains à géométrie très tourmentée sont
nettement préférables d~X grains sphé~iques qui se 'compactent très mal.
3°) Taille et répartition granulométrique : les poudres ayant des
dimensions très variées se compactent beaucoup mieux que des poudres ayant des
dimensions trop homogènes.
Le frittage est effectué dans des fours électriques sous atmosphère
contrôlée. vide ut'. hJ'~ ,:'ùp,ène. La présence d'un métal à bas point de fusion
comme le plomb néc~ssite quelques précautions si l'on veut éviter l'effondre-
ment de la pièce1Pour des mélanges contenant moins de 30 %en poids de plomb,
le cycle thermique a peu d'importance. La fusion du plomb n'entraîne pas de
déformation du lingot" le frittage est rapide puisqu'il y a une phase liquide.

- 60 -
On peut se permettre de monter directement à 600 ou 7000 C sans provoquer de
défoI'lllëltion. Pour des mélanges contenant de 30 à 50 % en poids de plomb, le
cycle thermique doit être plus lent et compact
- montée à 3000 C en 4 heures
- maintien à 3000 C pendant 48 h pour réaliser le préfrittage
- montée de 3000 à 5000 C en 3 heures
- maintien à 6000 C pendant 48 heures (planche Il).
2 - CARACTERISATION
Après avoir étudié l'aptitude au frittage des poudres, il importe de
connaître le comportement au frittage, c'est à dire le retrait, puis de
mesurer la densité et la dureté et enfin d'observer la répartition des élé-
ments.
2 - 1 - Le retrait
----------
Les poudres métalliques simples ont des retraits différents suivant
leur origine. Le tableau
permet de comparer le retrait pour des poudres
2
compactées à 3,80 T/m , frittées à 8500 C pendant deux heures (il s'agit
du retrait dans le sens de la longueur pour des échantillons parallélépipédi-
ques). Tableaux 10 et 11.
La densité se mesure par la méthode classique de la poussée, mais
cela impose d'enduire les échantillons d'une mince couche de paraffine pour
éviter l'entrée de l'eau dans les pores. C'est donc d'une densité apparente
qu'il s'agit.
On constate, pour les poudres simples, ce qui était prévisible,
uhe auementation de la denSité quand laptession -de cOnipâctage augitien'té··
e1: une aUg1llentation de la densité quand la: teinp~rature de frittar,e"
augmente:
Le tableau 12 rend compte de cette évolution, tandis que le
tableau 13 rend compte de l'évolution de la densité et de la porosité lors-
qu'on travaille avec une poudre de dimensions variées, puis avec des poudres
de dimensions homog~nes.

Planche 11
Nickel-.f>lomb
20%
40%
50%
Pb
1
2
Cui tire-Plomb
1
Echantillons ayant subi le cycle thermique
suivant
- préfrittage à 3QüOC
- montée progressive de 300°C à SOOOC.
- maintien à SOOoC pendant 48 heures.
2
Echantillons portés directement à 500°C.

Planche 12
Gx240
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,Ni-Pb 75-25
Ni-Pb 70-30
Ni trate --1 oxydes ---. poudres
a) mélange de poudres métalli-
ques
métalliques
b) Nitrate ---+ oxydes-+ poudres
métalliques
Ni-Pb 60-40
Ni-eu-Pb 80-1ü-10
Mélange de poudres métalliques
Ni trate --+ oxydes ---+ poudres
métalliques
a
b
Cu-Pb 60-40
Cu-Pb- 60-40
a) nitrate ---t oxyde 5 ---+ poudres
Mélange de poudres métalliques
métalliques
b) oxalates-t oxydes - i poudres
métalliques
1

- 61 -
TABLEAU 10
----------
El{;ments
Origine
Retrait
Ni
INCO
- 5.23 %
Nitrate
- 16.83 %
'-',
Cu
Nitrate
- 1.48 %
~
.,
BAUDIER
- 3.81 %
. >
Ni-Cu (60-40)
INCO + BAUDIER
- 3.26 %
Les poudres composites ayant subi un compactage
2
2.5 T/cm
et un
frittage à 6008 C pendant 72 heures présentent les retraits suivants :
Echantillon
Retrait
Ni - Pb 80 - 20
- 1.83 %
Ni - Pb 60 - 40
- 0.70 %
On constate ici que le retrait diminue quand la teneur en plomb
augmente.

TABLEAU 12
----------
Température de frittage : 6000 C
Température de frittage : 8000 C
Echantillon
Durée de frittage : 2 heures
Durée de frittage : 2 heures
Pression
Densité
Porosité %
-Pression
Densité
Porosité 't
2
2
NICKEL
1.26 T/cm
5.6
35.63
1.26 T/cm
-
2
2
(poudre d'origine
1.52 T/cm
-
-
1.52 T/cm
6.98
19,78
INCO)
2
2
2.50 Tlcm
6.13
29.50
2.50 T/cm
7.27
16.45
2
2
3.BO T/cm
6.52
25.05
3.BO T/cm
7.54
13,33
0">
~

TABLEAU 13
----------
p~rr~~~~~_r~~~!Q~~_~~~~~~!~!g~~
Tamis
Temp.~Frittage : 8000 C
Durée de frittage : 2 heures
2
Pression : 3,80 T/cm
~
NICKEL
CUIVRE
Densité
Porosité %
Densité
porosité %
Brut de réduction
. .
7,10
18,40
7,14
20 %
200 Il
7,13
18,05
-
-
120 Il
7,34
15,63
-
-
60 Il
7,20
17,24
6,80
23
.
50 Il
-
-
6,93
22,30
(J1
'.J

TABLEAU 14
----------
Densité
Température de frittage : 6000 C
Poudres d'origine
Echantillons
théorique
Durée de frittage : 2 heures
-
.
2
2
Nickel
Plomb
Pression 2,50 T/em
Pression 3,80 T/em
1
Densité mesurée
porosité %
Densité mesurée
Porosité %
.
INce
Electrolytique
80 - 20
9,26
6,32
31,75
-
-
"
"
70 - 30
9,50
7,34
22,73
.7,63
19,68
-
BAUDIER
"
70:- 30
"
7,42
21,90
7,80
17,90
.
INCe
MERCK
70 - 30
"
7,39
22,21
-
-
~

- 65 -
Quelques résultats pour les poudres composites sont rassemblés dans
le tableau 14 les constatations sont les mêmes que celles qui ont été faites
pour les poudres simples.
Les mesures de dureté ont été faites sur la plupart des échantillons,
mais la grande por-osité et la grande finesse de répartition des éléments dans
le matériau massif confèrent à ces mesures peu d'intérêt, si ce n'est pour
avoir un ordre de grandeur de cette caractéristique. Par exemple, dans le
tableau 15, on constate POUlo une série d'alliages nickel-plomb, préparés
strictement de la mêtne façon, une diminution très forte de la dureté pour
les faibles teneurs en plomb, puis une diminution plus faible pour les teneurs
plus élevées.
Les matériaux massifs obtenus ont une porosité de l'ordre de 20
à 30 %, ce qui ne constitue pas un obstacle pour leur emploi en qualité
d'antifrictions.

TABLEAU 15
- 66
----------
DURETE DES ALLIAGES BINAIRES
NICKEL-PLOMB ET CUIVRE-PLOMB
Pression âe compactage
Dureté Vickers sous
.
Alliages
et Température de
charge de 5 kg
frittage
2
Nickel - Plomb
90 - 10
2,5 Tlcm
6000 C
26
2
Nickel - Plomb
80 - 20
2.5 T/cm
6000 C
20.89
2
Nickel - Plomb
70 - 30
2.5 T/cm
6000 C
15,47
2
Nickel - Plomb
60 - 40
2.5 T/cln
6000 C
14,48
2
Nickel - Plomb
70 - 30
3,8 T/cm
6000 C
16,88
2
Nickel - Plomb
70 - 30
3,8 T/cm
7000 C
15,71
2
Cuivre - Plomb
2,5 T/cm
6000 C
23,61
2
Cuivre - Plomb
2,5 T/cm
6000 C
16,48

-67-
ffi'\\PITΠIII
<nroUOO'IT AU FmnooIT !ES rATERIAUX ANTIFRICTIOOS
OOARES PM ruAI..UJIliIE LES fUJDRES
Dans une prem1ere partie nous allons exposer les résultats des essais
préliminaires effectués avec les trois appareils réalisés au laboratoire.
Dans une deuxième partie, nous allons donner les résultats de l'étude
faite avec le frictioanalyseur JPS
• Dans un premier temps, nous allons comparer les résultats obtenus
pour le nickel, le cuivre et le cobalt préparés de diverses façons et soumis
à des conditions de frottement variées.
dans un deuxième temps, nous nous attacherons à l'étude de
l'évolution du comportement, en fonction de la composition, des matériaux
composites binaires (Ni-Pb ou Cu-Pb) et ternaires (Cu-Ni-Pb).
- Le dernier paragraphe sera consacré à l'étude du comportement des
alliages contenant de l'étain: cuivre-étain, nickel-étain, cuivre-plomb-étain,
et nickel-plomb-étain.
Nous nous référons dans cette étude aux résultats rassemblés en
annexe, pour des raisons de ~lIIIIICd1tés, seus forme de fiches. En effet, chaque
fiche récapitule
- les conditions de l'essai: nature du couple, charge, vitesse
- les résultats obtenus : durée de l'essai, variation du coefficient
de frottement, variation du poids des éprouvettes, état de surface
apr~s frottement.

- 68 -
A - RESULTATS DES ESSAIS PRELIMINAIRES
Plutôt que le coefficient de ~ottement, ce sont les caractéristi-
ques d'endurance des surfaces qui serviront au choix des ~matériqux·.·<!l.tissi jure-
rons-nous du bon ou du mauvais comportement d'un couple par l'usure qu'ils
auront subie et des dommages causés à leurs surfaces respectives après un
frottement pendant un temps déterminé.
La pesée de la plaquette avant et après le frottement, complétée
par l'analyse et la pesée de la matière usée permet de chiffrer l'usure du
matériau dans les conditions de charge choisies et de voir quel est le
composant qui part préférentiellement. L'examen de surfaces après le frotte-
ment complète ces informations semi-quantitatives.
1 - PREMIER APPAREIL
EXEMPLES D'OBSERVATION
Nous pouvons donner ici, comme exemple, l'étude semi-quantitative
sur des alliages de nickel-plomb de teneurs variables en plomb allant de 10
à 50 %en plomb.
Ces alliages frottent dans un mouvement de va-et-vient sur une
plaquette d'acier, sous une charge de 50 g, pendant 4 heures, à une vitesse
de 120 allers et retours par minute.
On dégage trois types de renseignement, relatifs à l'évolution dans
le temps, à l'aspect du matériau et à la perte de matière :
- Evolution dans le temps
Le glissement finit par devenir saccadé, à cause du grippage et
cela a lieu d'autant plus vite que la teneur en plomb est faible. De plus la
matière arrachée détériore le contact entre les deux parties.
- Aspect de matériau
La planche 13 montre l'aspect d'une plaquette.
- Perte de matière
L'analyse aux rayons X révèle la présence, dans les poussières
résultant du frottement, de nicke:., de plomb et d'oxyde de plomb. (Planche 13)
ta pesée des plaquettes donnent leS résuÎtants"suivants

-0.69 -
Perte de poids
Ni-Pb
90 - 10
0,140 g ± D,DOl g
Ni-Pb
80 - 20
0,018 g ± 0,001 g
Ni-Pb
50 - 50
0,014 g ± D,DOl g
On constate que la perte de poids est grande quand il y a très peu
de plomb et qu'elle diminue très vite dans un rapport de 7 à 1 quand on passe
de 10 à 20 %de plomb.
2 • DEUXIEHE APPAREIL
EXEMPLES D'OBSERVATION
Les essais ont porté sur les alliages nickel-plomb obtenus de plu-
sieurs façons.
Les échantillons essayés sont les suivants
A
Ni-Pb
90 - la
préparé par mélange de poudres
B
Ni-Pb
80 - 20
préparé par mélange de poudres
C
Ni-Pb
70 - 30
préparé à partir d'oxydes mixtes
D
Ni-Pb
50 - 50
préparé par mélange de poudres
Les échantillons A, B, D fixes, frottent contre une plaquette circu-
laire en acier qui est mobile (120 t/mn).
L'échantillon C mobil~ frotte contre la plaquette circulaire en
acier qui est fixe.
La surface frottante est parsemée de petites particules de matières
arrachées. Les sillons dus au frottement semblent mieux définis quand c'est
l'échantillon Ni-Pb qui tourne et que l'acier est fixe (planche 13.)
3 - TROISIEME APPAREIL
EXEMPLES D'OBSERVATION
Nous allons donner ici 4 exemples.
Influence de la teneur en plomb sur le comportement des alliages
Nickel-Plomb. Les essais ont essentiellement porté sur les alliages Ni-Pb à
20 et 50 %de plomb.
• Conditions de frottement
Partie mobile : acier
Partie fixe
alliage Ni-Pb
Charge : 50 g
Vitesse : 1700 t/mn

- 70 -
Observations
Soumis à un premier frottement d'une durée de deux heures, ces é-
chantillons accusent une perte de matière qui diminue quand la proportion
de plomb augmente. La perte subie est de 0,026 g et 0,014 g.
Quand on les fait frotter une seconde fois pendant la même durée
les pertes enregistrées sont plus faibles que celles observées lors du premier
frottement.
Les sillons sont mieux dessinés que dans le cas précédent.
Ici il est possible de caractériser l'usure par la largeur de la
trace laissée par le frottement. Celle-ci est plus large pour l'alliage à
20 %Pb (4,2 m/m) que pour l'alliage à 50 %Pb (3,5 m/m) (planchel~-l)
Conclusion gépérale
Les pertes de matière diminuent quand la teneur en plomb augmente.
Influence du mode de préparation des alliages sur le comportement
des Nickel-Plomb. Les essais ont porté sur des échantillons Ni-Pb 60 40
réalisés soit par mélange de poudres de métaux de base, soit à partir
d'oxydes et frittés soit sous vide ou sous hydrogène (Planche 14-Q)
Ni-Pb
60 - 40
1 - Alliage préparé par mélange de poudres et fritté sous vide
2 - Alliage préparé par mélange de poudres et fritté sous hydrogène
3 - Alliage préparé à partir d'oxydes mixtes et fritté sous hydrogène •
• Conditions de frottement
Partie mobile : acier
Partie fixe
alliage Ni-Pb
~arp:50g
Vitesse : 1700 t/mn
Observations : Nous constatons que pour une même composition, le comportement
dépend de l'histoire du matériau.
L'aspect de la trace laissée par le frottement est sensiblemer-t le
même
des sillons relativement nets.

- 71 -
Ainsi la largeur de la trace laissée par le frottement est moins
large pour l'alliage préparé à partir d'oxydes mixtes que pour l'alliage
préparé par la méthode de mélange de poudres. La trace est encore moins large
pour l'échantillon fritté sous vide.
Etude des ternaires Cuivre-Nickel-Plomb (Planche 14-3~14-4)
Les alliages ternaires Cu-Ni-Pb sont réalisés à partir d'oxydes
mixtes.
• Conditions de frottement
Partie mobile : acier
Partie fixe
alliage Cu-Ni-Pb
Charge : 50 g
Vitesse
1700 t/mn
Durée : 4 heures
Observations : On constate le fait suivant : pour une même teneur en plomb, la
largeur de la trace laissée par le frottement croit quand la proportion de
cuivre a~ente.
Cu-Ni-Pb
40-50-10
3 m/m
50-40-10
3,3 m/m
60-30-10
3,5 m/m
Les surfaces semblent polies et les sillons sont à peine visibles
à l'oeil nu. Observés au microscope, ils sont en général bien définis et
continus. Il s'agit pratiquement du même type d'usure que pour les binaires.
Pour un ternaire, à teneur constante en plomb, l'usure augmente avec
la teneur en cuivre.
Influence de l'introduction de l'antimoine et de l'étain dans les
alliages Ni-Pb (planche 14-5).
- Matériaux : les alliages Ni-Pb-Sb et Ni-Pb-Sn sont préparés
2
par la méthode de mélange de poudres compactées à 2,5 T/cm
et frittp.s à 6000 C
sous vide statique en présence d'un getter en titane.

- 72 -
- Conditions de frottement
Partie mobile : acier
Partie fixe
alliage préparé au laboratoire
Charge : 50 g
Durée : 2 heures
Vitesse
1700 t/mn
'nbservations : On constate que l'usure mesurée par la perte de matière est
beaucoup plus marquée avec les échantillons à base d'étain qu'avec ceux à
base d'antimoine pour les mêmes proportions de Nickel et de plomb.
Ni-Pb-Sb
Perte de poids
Durée
70-20-10
0,0054 g
2 h
80-10-10
0.0045 g
2 h
Ni-Pb-Sn
70-20-10
0.0066
2 h
80-10-10
0.0056
2 h
Cependant les traces d'arrackéments de matières sont beaucoup plus
perceptibles sur les ternaires Ni-Pb-Sb que sur les ternaires Ni-Pb-Sn qui
présentent des sillons bien définis.
Ces quelques exemples cités montrent que de nombreuses indications
Ipeuvent être tirées de ces observations préliminaires et que des choix dans
lIa conception des alliages peuvent être faits.

Planehe 13
Analyse aux RX des poussières recueillies lors du frottement
des alliages :
Cu-Pb: 80-20 (1), Ni-Pb
80-20 (2), Ni-Pb
50-50 (3).
Ni-eu-Pb : 50-20-30 (4).
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1
~
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Mouvement de la plaquette
t'.Laquette fixe
va-et-vient
Antagoniste : Cylindre en
Antagoniste : Acier XC 38
acier XC 38 de 8 m/m ~.tournant
Les plaquettes sont parallélépipédiques,
~+at de surface de
'alliage Ni-Pb 90-10, suivant les différents types
de mouvement.
Plaquette circulaire
de 20 m/m
Plaquette circulaire, de 20 m/m
t
de 0, fixe.
de (Il, tournant.
'Antagoniste; Acier XC 38 de
Antagoniste : Acier XC 38 de
20 mlm de 0, tournant.
20 m/m de 0. fixe,

Planche 14
3
Nickel-Plomb
~ickel-Plomb 00-40
80-20
50-50
1 - préparé par mélange en poudre
et fritté à 6000 C sous v'de
2 - Idem, préparé sous hy rogène
3 - préparé à partir d'oxydes,
fritté sous hydrogène
Cuivre-Nickel-Plomb
~0-50-10 50-40-10
hO-30-10
eu- i-Pb 50-40-10
Cu-Ni-Pb 00-30-10
t .
Ni-Pb-Sb 70-20-10
..

- 73 -
B - ETUDE DU FROTTEMENT DES MATERIAUX A L'AIDE DU FRICTIOANALYSEUR J.P.S.
Les résultats des essais de frottement sont exprimés par le coef-
ficient de frottement f = FIN. Le coefficient de frottement peut varier assez
largement entre 0,05 (téflon-acier, quelle que soit l'ambiance) et 1,9 (alumi-
nium-aluminium, dans l'air sec, d'après BOWDEN). Il peut dans certainsr.eas,
atteindre des valeurs plus fortes.
1 - ETUDE DES METAUX.
a - Influence de la température de frittage(fiches l-2-3j Fig. 29)
Des plaquettes ont éTé réalisées à partir de poudres de nickel ex-
carbonyle de diverses façons:
,
2
,
-Compactage a 2,5 T/cm
et frittage a 6000 C pendant 4h.
2
,
-Ccu~~Ct~G2 à" 2,5 T/cm
et frittage a 7000 C pendant 4h.
,
2
-Compactage a 3,8 T/cm et frittage à 8500 C pendant 4h.
Dans les trois cas, le coefficient de frottement subit des évolutions
assez irrégulières, mais alors que pour le-matlriau fritté à 6000 C, le coef-
ficient finit par atteindre 0,98, avec un essai se terminant par un grippage,
pour les deux autres matériaux, le coefficient finit par atteindre un palier
de l'ordre de 0,40.
Dans le premier cas, il_ y a arrachement de matière, une surface
détériorée après l'expérience, dans les deux autres, il y a après expérience,
un bon état de surface et une perte de matière très minime.
Le matériau faiblement compacté et fritté à basse température pré-
sente un coefficient de frottement instable et élevé, alors quel;~~tfEi~
fortement compacté et fritté à une température plus élevée présente un coet-
ficient variant lentem~Dt et faible.Les pertes de matières diminuent quand
la pression de compactage et la température de frittage augmentent. L'état de
surface après frottement est meilleur pour une pression de c~~actage et une
température de frittage élevées.
Ces résultats étaient prévisibles, mais il faut noter qu'il y a une
sorte de seuil pour la température de frittage qui se situe à 700· C.

- 74 -
4-6-7)
A partir de nickel ex-carbonyle, de nickel obtenu par décomposition
de nitrates et réduction d'oxydes ou par réduction directe d'oxydes, des
plaquettes sont préparées dans les mêmes conditions de compactape et de
frittage et soumises à des frottements identiques.
Le comportement est pratiquement identique, mais il faut remarque~
que l'évolution du coefficient de frottement pour le nickel préparé à partir
des nitrates est plus régulière, avec maintien sur un palier très stable.
Dans le paragraphe précédent fig. 3D, deux poudres très différentes
étaient employées, puisque le nickel ex-carbonyle a une taille moyenne de 2
à 5 ~ alors que le nickel obtenu par réduction d'oxydes a une taille de
l'ordre de 125 ~ la taille des grains semble avoir peu d'importance.
Par contre, un matériau de répartition granulométrique étalée se
comporte nettement mieux qu'un matériau de répartition granulométrique étroite,
le coefficient limite de frottement du premier est de l'ordre de D,3D alors que
celui du deuxième est de l'ordre de 0,60.
Cela correspond au fait que le mélange de 2 poudres de tailles très
différentes, permet un taux de remplissage parfait, ce qui assure une
excellente cohésion du matériau et ce qui entraîne un bon comportement au
frottement.
Des plaquettes préparées à partir de nickel ex-carbonyle sont soumi-
ses à des frottements identiques avec des antagonistes différents
- Acier XC 38
- Acier ordinaire
- Cuivre
Dans le cas d'une bague de frottement en acier, l'évolution du coe;f~i­
cient de frottement est irrégulière, dans le cas d'une bague en cuivre, après

- 75 -
passage par un maximum, le coefficient de frottement se stabilise à une valeur
faible de l'ordre de 0,30, inférieure à celle qu'on observe dans le cas de
l'acier.
e - Influence de l'oxydation superficielle (fiche N° 11)
Une plaquette de nickel a été oxydée superficiellement par un
chauffage prolongé à l'air libre, puis soumise au frottement.
L'essai a dû être interrompu par suite du grippage qui s'est
manifesté par une élévation brutale du coefficient de frottement et par des
arrachements de matière.
f . Influence de la lubrification (figure 31-2)
1er cas
Deux plaquettes de nickel (INCO) sont compactés à 2,50 T/cm et
frittées à 7000 C pendant 4 heures.
A l'une des plaquettes on fait subir un frottement après les
polissages habituels (papiers abrasifs, alumine), à l'autre on fait subir
également un frottement mais aprp.s avoir effectué la mesure de densité par la
méthode de poussée et en recouvrant auparavant la plaquette d'une mince
couche de parrafine. Fig. 36-2-2a.
Dans le premier cas, (fig. 31-2-2a) on a un co~fficient de
frottement instable et relativement élevé. La perte de poids
est de 15 m~
et l'état de surface moyen. Dans le second cas, après un court instant de
fluctuations, le coefficient de frottement acquiert une valeur stable et
faible. La perte de poids est insignifiante et l'état de surface bon. La
plaquette s'est imprégnée de paraffine qui a rendu le frottement moins sévère.
2ème cas
Une plaquette de nickel compactée à 3,80 T/cm et frittée à
8500 C pendant 4 heures est frottée contre une piste en acier XC 38 sur
laquelle on a fait frotter auparavant de la paraffine qu'on a étalée unifor-
mément à l'aide d'un chiffon.
Le coefficient de frottement diminue et atteint un palier
horizontal dont il gardera la valeur jusqu'à la fin. Fig. 31-2-2b.

... 70 -
La surface est bien polie et les pertes de poids insienifi2nLcs.
En frottement lubrifié. les trois plaquettes semblent avoir le ~=n2
comportement caractérisé par une valeur faible du coefficient de fr0ttc."1:. r. ': .
La présence de paraffine. sur un des deux antagonistes améliore, CC,];r~
i l fallait s' y attendre le frottement. Le coefficient de frottemenT tO::):'Fe
à 0.1. Ce qui est remarquable. c'est que cette améliorat5.on n'est pas pr·uvl-
soire. mais que le coefficient de frottement garde sa valeur faible tou';; j.~
temps de ces essais.
1-2 - COMPORTEMENT DU CUIVRE
L'influence du mode d'élaboration. de la granulométrie et du mode de
frittage ainsi que de la lubrification se révèle être identique pour le
cuivre et pour le nickel.
Nous traiterons donc ici deux aspects
le matériau antagoniste et
l'oxydation.
a - Influence du matériau antagoniste (fiches 10.12)
Le comportement de pl aquettes de cuivre. avec des baLues de
frottement en acier ou en cuivre est le suivant : dans les 2 cas, apr€s
~n
palier relativement bas. il y a augmentation brutale du coeffic~ent de frotte-
ment et grippage. Avec la bague en acier. il y a d&?ôt de cuivre sur l'acier,
avec la bague en cuivre. il y a arrachement de cuivre des 2 côtés.
b - Influence de l'oxydation superficielle (fiche 11)
Une plaquette de cuivre est oxydé par un chauffage p~olong6
à l'air libre. Le frottement entraine la disparition de l'oxyde et équivêut
pratiquement à un polissage.
1 - 3 - COMPORTEMENT DU COBAL~ (fiches 15.16)
Les essais effectués sur des plaquettes de cobalt montrent l'analorie
entre le cobalt et le nickel.

- 77 -
1 - 4 - CO~œARAISON DES TROIS METAUX (fiches 2 - 10 - 15)
Si nous ne considérons que le coefficient de frottement limite,
dans les mêmes conditions de frottement, le nickel est le meilleur des trois
Nickel 0,40
Cobalt 0,80
Cuivre 0,80
Si nous examinons l'évolution dans le temps, nous remarquons que
pour le nickel et le cobalt il s'agit bien d'un coefficient limite alors que
le cuivre a un coefficient de frottement qui continue à évoluer.
L'état de surface donne l'avantage au cobalt qui est pratiquement
indemme après le frottement, alors que le nickel est un peu usé et que le
cuivre a subi des arrachements.
1 - 5 - COUPLES
Le couple cobalt-acier est utilisable, le couple nickel-acier
peut à la rigueur être utilisé, tandis que le couple cuivre-acier est à
rejeter.

TAHLrA.U
L(l
Echanti llons
Ol'igine
Pression
Frittage
Antagoniste
poids (mg)
1
Perte de
1
2
T/cm
o
C
de la trace (m/m)
1
Longuew'
--
--
-
Nickel
INCO
2,50
8000 C
XC 38
90 m~
7mfrii
1
1
Nickel
"
1
2,50
7000
C
"
15 m~
Nickel
mg
1,5 m/m
"
3,80
850 0 C
"
0,2
Nicke!
"
2,50
7000 C
Acier ordinaire
5,6
'g
5 rn/m
Nickel
"
3,80
800e> C
mg
"
7,9
Nickel
INCa + POUD11ET
2,50
700 0 C
3,7 mg
4,5 m/m
"
1
1
1
,
CuiV2E'
3,80
800'" C
3,2
19
1
CuiVI"e
850 0 C
XC 36
1 m/m
1
___L
_
1
1
1
_ _J.-~
_ --1--1--_..~
._.
1
1
C-o

Coef. de frottement
a. Nickel (INCO
1,0
a
2
~,50 T/cm , 6000 C
0,8
b. Nickel (INCO)
2
2,50 T/cm • 7000 C
c
0,6
.".. ....... - . - . -
/ -
._--
c. Nitrate (à partir du
2
0,4
1"
b
......----......
, -
nitrate à 2.50 T/cm ,
.
r
7000 C
f;
--
.....--.'"
0,2
- -
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
mn
Coef. de frottement
2
0,6
0,4
0,2..........
Nickel (INCO)
..-
2
3.80 T/cm , 8500 C
1
2
3
4
mn
Fig~ 29

O,S
Coef. de frottement
1
a.'Nickel (INCO)
2
0,6
2,50 T/cm , 7000 C
a
0,4
/
b. Nickel (INCO + POUDMET:
\\
.
b/
2
2,50 T/cm , 7000 C
0,2
\\,J'------ ------""
1
2
3
4
5
6
7
S
mn
a. Nickel (INCO)
1,0
Coef. de frottement
2
3,SO T/cm , SOoo C
o,S
2
b. Nickel (POUDMET)
0,6
2
3,Sa T/cm , SOoo C
0,4
0,2
1
2'
3
4
5
6
7
S
9
mn

1,0
Coef. de frottement
1
a. Ni-Cu
50 40
0,8
a
2
3,80 T/cm, 700 0 C
0,5
b. Ni-Cu
60 40
0,4
b
____"
2
3,80 T/cm
850 0 C
/ - ----
,
0,2 ;"
1
2
3
4
5
5
mn
2
0,5
Coef. de frottement
a. Nickel (INCa)
.
2
2,50 T/cm , 7000 C
0,4
a
après mesure de
densité
0,2
b
b. Nickel (INCa)
"....--------------
2
3,80 T/cm , 8500 C,
ayant frotté contre
1
2
3
4
mn
piste XC 38 recouverl
de paraffine
Coef. de frottement
3
0,4
Cu (à partir du nitré
te), mêmes condition!
0,2
que 2 b.
1
2
3
4
mn
Coef. de frottement
4
0,4
Cuivre (POUDMET)
mêmes conditions que
0,2
2 b.
1
2
3
4
mn
1,0
Coef. de frottement
5
a. Nickel (INCa)
2
0,8
3,80 T/cm , 8000 C,
oxydé à 4000 C à l'a:
0,6
2
b
b. Cuivre 3,80 T/cm ,
800 0 C, oxydé à
0,4 ?::;",•.
- -_.--....----
4000
C à l'air
0,2
1
2
3
4
mn
Fig. 31

1
2
3
4
5
6
7
mh
2
2
Coef. de frottement
a. Cu ( POUDMET) , 3,80 T/cm ,
8500 C
0,4
a
b. Cu (à par,tir du nitrate)
0,2
2
-----'
3,80 T/cm • 8500 C
1
2
3
4
mn
Coef. de frottement
3
0,8
0,6
Cobalt 2,50 T/c~2t 6000 C
0,4
0,2
1
2
3
4
mn
1,0
Coef. de frottement
4
0,8
2
Cobalt 2,50 T/cm , 7000 C
1
2
3
4
5
6
7
B
9
mn
Fig. 32

- 79 -
2 - ETUDE DES MATERIAUX BINAIRES OU TERNAIRES
CONTENANT DU PLOMB
Les différents paramètres pouvant influencer les caractéristiques
tribologiques de ces matériaux sont la composition. le mode d'obtention de la
poudre et le mode d'obtention du matériau massif. Nous allons décrire succes-
sivement les résultats observés pour les cuivre-plomb. les nickel-plomb. puis
les cuivre-nickel-plomb.
2 - 1 - ETUDE DES ALLIAGES CUIVRE-PLOMB
Le tableau 17 montre les différents paramètres étudiés.
a - Influence de la composition
Pour une série d'alliares préparés de la même façon. le coefficient
de frottement limite. qui est la caractéristique importante du matériau dépend
de la composition. La figure 36-2 révèle que ce coefficient passe par un
minimum pour une composition en plomb de 30% en poids.
b - Influence du mode d'obtention de la poudre
Ce paramètre n'a pas une influence décisive. La comparaison des
alliages 60-40 (60 Cu - 40 Pb) est à l'avantage des alliages préparés par
mélange
des deux poudres métalliques (fiches N° 17.18).
c - Influence de température de frittage
La température de frittage est critique. Un matériau fritté ~
6000 C présente un coefficient de frottement très faible. de l'ordre de 0.20.
alors que le même composé fritté à 7000 C présente un coefficient de frotte-
ment limite trois ou quatre fois plus grand. Cela correspond sans doute au
fait. qu'à cette température. le plomb commence à se rassembler en sphérules
importantes et que cela entraine une hétéro~énéité de l'ensemble (Fig. 35)
d - Influence du matériau antagoniste
Les meilleurs coefficients de frottement sont obtenus avec comme
matériau antagoniste l'acier XC 38 pour les teneurs moyennes en plomb (30 %Pb)
et l'acier ordinaire pour les teneurs plus élevées (40%) Fi~. 36-1)

-80-
TABLEAU 17
CUIVRE - PLOMB
Obtention
Obtention du
.
s
%Pb
de la
matériau
Résultat
Court
poudre
massif
20, 30
Mélange
Préfrittage 3000 C
Evolution du coefficient dans
33
iO. 50
Frittage 6000 C
le temps
Influence des %
.
20, 30
Nitrates
Préfrittage 3000 C
Evolution du coefficient dans
3~
qO
Frittage 6000 C
le temps
-
qO
Oxalates
Préfrittage 3000 C
Evolution du coefficient dans
3~
Frittage 6000 C
le temps
20
Mélange
Préfrittage 3000 C
Evolution du coefficient dans
34-1-
Frittage 6000 C
le temps
Influence de la vitesse
30
Mélange
Préfrittage 3000 C
Evolution du coefficient
34-~
Frittage 6000 C
avec la vitesse
40
Oxalates
Préfrittage 3000 C
Evolution du coefficient dans
34-t
Frittage 6000 C
le temps
Influence de la vitesse
20, 30
Mélange
Préfrittage 3000 C
Evolution du coefficient dans
34-1-
Frittage 6000 C
le temps
34-:
Influence de la charge
25. 30
Mélange
Frittage 7000 C
Evolution du coefficient dans
35-l
le temps
35-2-
Influence de la tem~rature
30
Nitrates
Frittage 7000 C
Evolution du coefficient dans
35-2-
le temps
Influence de la température
30, 40
Mélange
Préfrittage 3000 C
Evolution du coefficient dans
36-l
Frittage 6000 C
le temps
Influence de l'antagoniste
(acier ordinaire)
+,

Coef. d~ frottement
"
a,8
1
Mélange de poudres
0,6
a. Cu-Pb ao 20
b
0,4
/ ' ----
A partir des nitrates
.",./
0,2
a
b'. Cu-Pb ao 20
......-----
1
2
3
4
5
6
7
8
mn
Coef. de frottement
Mélange de poudres
0.6
2
a. Cu-Pb 70 30
0,4
b
A partir des nitrates
",.. ........ --._----- -
0.2
a
b. Cu-Pb 70 30
1
2
3
4
5
6
7
8
mn
0,8
Mélange de poudres
0,6
3
a. Cu-Pb 60 40
0,4
A partir des nitrates
............
b
0,2
a
.......
_
--
b. Cu-Pb 60 40
1
2
3
4
5
6
7
8
mn
0,8
Coef. de frottement
4
A partir d'oxalates
0,4
Cu-Pb 60 40'
t-----------
_
0,2
1
2
3
4
5
6
7
8
mn
Coef. de frottement
1,0
0,8
Mélange de poudres
5
0,6
Cu-Pb 50 50 .
0,2
1
2
3
4
5
7
mn
Fig. 33

Coef. de frottement
1,0
0,8
2
Cu-Pb 70 30
0, f,
(Mélange de poudr'
500 g, 300 t/mn)
o,~
a
1
2
3
5
6
7
8
mn
Coef. de frottement
1,0
3
0,8
Cu-Pb 70 30
0,6
(Mélange de poudre
300 g, vitesses
variables)
0,4
0,2
100
200
300
400
500
600
700
800 900 1000 tlmn
Coef. de h"ottement
1,0
4
Cu-Pb ElO 40
0,6
(à partir d'oxa2at
coprécipités 300 g
o,~
500 t/mn)
0,2
1
2
3
4
5
6
'7
8
mn
fig. 34

Coef. de frottement
1,0
1
Mélange de poudres
2
3,80 T/cm , 7000 C
Cu-Pb 75 25
1
2
3
'4
5
6
7
mn
Coef. de frottement
2
Mélange de poudres
2
3,80 T/cm , 7000 C
a. Cu-Pb 70 30
A partir des nitrates
2
3,80 T/cm , 7000 C
b. Cu-Pb 70 30
1
2
3
4
5
6
7
mn
Fig. 35

Coef. de frottement
1
M~lange de poudres
2t~0
2
T/cm , 6000 C
300 g, 300 t/lI)n
a
a. Cu-Pb
70 30
0,2.__
b. Cu-Pb
60 40
b
--~---------
1
2
3
4
5
6
7
mn
2
Coef. de frottement
0,8
Evolution du coefficient
de frottement des alliages
Cu-Pb en fonction du
pourcentage de Pb
10
20
30
40
50
60
, Pb
Fig. 36

- 81 -
e - Conclusion
Les alliages cuivre-plomb à 30% en plomb, préparés par mélange
de poudres métalliques et ayant subi un pré-frittage de 48 heures à 300°C
et un frittage de 48 heures à 600° C présentent en présence d'acier XC 38
un coefficient de frottement limite de l'ordre de 0,12, ce qui rend son
usage concevable.
2 - 2 - ETUDE DES ALLIAGES NICKEL-PLOMB.
Le tableau 18 rassemble les études faites sur ces matériaux.
a - Influence de la composition
La courbe montre que le coefficient de frottement limite des
nickel-plomb qui a des valeurs faibles pour les alliages pauvres en plomb,
augmente de façon importante au delà de 40% de plomb (fiches nO 22, Fig: 37).
b - Influence du mode d'obtention de la poudr~
Pour une même teneur en plomb les alliages dont les poudres sont
préparées à partir des nitrates ont des coefficients de frottement plus
élevés que ceux des alliages obtenus par mélange de poudres métalliques.
(Fir. 37).
c - Influenee de la température de frittage
Cette fois, la température de frittage n'est ~as critique. Un
alliage à 30% de plomb, fritté à GOOO ou à 700° C présente toujours un
coefficient de frottement limite de l'ordre de 0,20 (ti~. 40-1).
d - Influence du matériau antaponiste
Acier ordinaire: c'est l'alliafe à 30% Pb qui semble avoir
un bon comportement. Il possède un coefficient de frottement faible. Ce
coefficient de frottement est plus stable que celui obtenu avec l'alliage
cuivre-plomb de même composition.(Fig . 41-1;)
Cuivre : on note les faits suivants
• une différence de comportement selon le mode d'obtention des
poudres qui ont servi à la préparation des alliages (Fir. 1~2-2, 42-3).
une influence notable de la température de frittage : un
alliage à 30 %Pb fritté à 700°C a un coefficient de frottement plus élevé
que l'alliage fritté à GOOoC.(Fi?,. 42~2).
Laiton: les courbes de l'évolution du coefficient de frottement
en fonction du temps ont la même allure. Le coefficient de frottement

TABLEAU 18
. NICKEL - PLOMB
- 82 -
1
Obtention
Obtention du
%Pb
de la
matériau
Résultat
Courbe
poudre
massif
10.20,
Mélange
Préfrittage
3000 C
Evolution du coefficient dans
37
30.ll-0,
Frittage 6000 C
le temps.
50
Influence de la concentration
en plomb.
10,20,
Nitrates
Pré frittage 3000 C
Evolution du coefficient dans
37
30,ll-0,
Frittage 6000 C
le temps.
.
Influence de la concentration
en plomb.
ll-O
Mélange
Préfrittage 3000 C
Evolution du coefficient dans
38-3a
Frittage 6000 C
le temps.
Influence du type de contact
ll-O
Nitrates
Préfrittage 3000 C
Evolution du coefficient dans
38-3b
Frittage 6000 C
le temps.
Influence du type de contact
30
Mélange
7000 C
Evolution du coefficient dans
40-1
le temps
Influence de la température
de frittage
Influence de l'origine des
poudres
30
Nitrates
7000 C
Evolution du coefficient dans
ll-0-2
le temps
Influence de la température
de frittage
30
Mélange
Préfrittage 3000 C
Evolution du coefficient dans
39
Frittage 6000 C
le temps
Influence de l'état de
surface
20,30,
Mélange
Préfrittage 3000 C
Evolution du coefficient dans
ll-1-1
40,50
et
Frittage 6000 C
le temps
4-2
Nitrates
ou
Influence de l'antagoniste
Frittage 7000 e
(acier ordinaire, cuivre,
laiton)

- 83 -
limite croît avec la proportion de plomb introduite dans le nickel.
(Fig. 42-1).
e - Influence de l'état de surface
Pour cette étude l'échantillon est poli aux papiers 220, 320, 600.
Les rayures sont soit parallèles, soit perpendiculaires au sens du mouvement.
Les courbes de l'évolution du coefficient de frottement en
fonction du temps présentent les caractéristiques suivantes pour un même
état de surface de la piste
Le coefficient de frottement part d'une valeur initiale f ' il
O
atteint un maximum puis il décroît jusqu'à une valeur limite qui reste
constante jusqu'à la fin des essais.
L'état de surface est bon, l'échantillon a été poli.
On note cependant les différences suivantes : la valeur du
coefficient de frottement initial n'est pas la même, elle est plus élevée
pour les polissages effectués aux papiers 220 et 320 que pour le polissa~e
effectué au papier 600 •• La durée pendant laquelle le coefficient de
frottement est instable est variable. La valeur limite la plus faible
est obtenue en polissant l'échantillon au papier 220, les stries étant per-
pendiculaires à la direction du mouvement (Fir.'39).
f - Conclusion
Les alliages nickel-plomb à 30% de plomb, préparés par la
méthode de mélange de poudres et frittés à 600 ou 700oC, sont utilisables
avec l'acier XC 38 comme matériau antagoniste.
g - Comparaison avec les cuivre-plomb.
Les courbes 36-2 et 41-2 montrent qu'entre 15 et 45% en plomb,
les cuivre-plomb sont légèrement supérieurs aux nickel-plomb alors qu'au
delà de 45% c'est le contraire qui se produit.
Les alliages cuivre-plomb et nickel-plomb à 30% en plomb sont
des matériaux utilisables.

- 84 -
TABLEAU 19
Perte de
Longueur de la
Echantillons
Mode de préparation
poids
trace de frottement
en mg
en mlm
,
Cu-Pb
75 - 25
Mélange
4.3
3
Cu-Pb
70 - 30
Mélange
2.1
3
Cu-Pb
70 - 30
Procédé chimique
-
2,5
Ni-Pb
70 - 30
Mélange
1.1
4
,
(INCa + MERCK)
Ni-Pb
70 - 30
Mélange
2,1
5
(INCa + PROLABO)
Ni-Pb
70 - 30
Procédé chimique
3,8
4

1,0
Coef. de frottement
0,8
1
a. Ni-Pb 90 10
(mélange de poudres)
0,6
b. Ni-Pb 90 10
0,4
(à partir des nitrates)
............ a-, b
.t&
......
0,2
1
2
3
4
5
6
7
mn
Coef. de frottement
2
a. Ni-Pb 80 20
(mélange de poudres)
b. Ni-Pb 80 20
(à partir des nitrateé)
0.4
b
- - - - -
a
- - - - - .
1
3
5.
6
7
8
mn
Coef. de frottement
1,0
3
a. Ni-Pb 70 30
(Mélange de poudres)
0,8
b. Ni-Pb 70 30
(à partir des nitrates)
0.6
c. Ni-Pb 50 50
0.4
(Mélange des poudres)
0,2
a
1
2
3
4
5
6
7
mn
Coef. de frottement
4
a. Ni-Pb 60 40
0,8
(Mélange de P?udres)
0,6
h. Ni-Pb 60 40
(à partir des nitrates)
0,4
b
._---------~
0,2
a
1
2
3
4
5
6
7
8
mn
Fig. 37

Coef. de frottement
1,0
1
Ni + Pb 0 ~ 30 %Pb
0,8
compact~ et fritté
sous hydrogène
0,6
Ni-Pb 70 30
0,4
0,2
1
2
3
4
5
6
7
mn
Coef. de frottement
1,0
2
0,8
0,6
Nickel imprégné de plomb
1
2
3
4
5
6
7
8
mn
Coef-. de frottement
Mélange de poudres
forme circulaire
0,8
3
a. Ni-Pb 60 40
o,e
A partir des nitrates
0,4
b
forme circulaire
b. Ni-Pb 60 40
0,2
1
2
3
4
5
6
7
mn
Fig. 38

2
Ni-PD 70 30 Hélange de poudres 2,50 'J'/em , GOOo C
Coef. de frottement
1
Poli au papier 220,
r~yures parallèles
au sens du mouvement
i),2
/ ' - - -
1
2
3
5
6,
7
mn
Coef. de frottement
2
Poli au papier 220,
il,2
rayures perpendiculaires
au sens du mouvement
1
3
4
mn
Coef. de frott~ment
3
Poli au papier 320,
0,2
~"'--"""'-----
rayures parallèles
au sens du mouvement
l
2
3
lf
5
6
7
mn
Coef. de frottement
lI., 6
4
0,4
Poli au papier 600
rayures parallèles
~,2
au sens du mouvement
1
2
3
5
6
'7
rnn

Coef. de frottement
1.0
a. 'Ni-Pb 70. 30
(Mélange de poudres nickel INCe
et plomb provenant dè la
0.8
\\ .
1
calcination de l'oxalate
2
3,8.0 T/crn , 700'" C
0.6
b •. Ni-Pb 70 30
0,4
a
(Mélange de poudres nickel INeo
?,_:s
~
et plomb MERCK,
r),2'
b
2
3,80 T/crn ~ 7000 C
1
3
4
5.
6
7
mn
1.0
Coef. d& frottement
0.8
0,6
0.4
Ni-Pb 7(J 30
(à partir des nitrates)
0,2
1
2
3
4
5
6
7
mn
Fig. 40

Coef. de frottement
Mélange de poudres
0,8
2
2,50 T/cm , 6000 C
. 300 g, 300 t/mn
1
a. Ni-Pb
70 30
0,4
b. Ni-Pb
60 40
a
0,2 I.t;,~'-""_-_--_--_---b--_-'_-'"""'!"':;"
1
2
3
4
5
6
7
mn
Coef. de frottement
1,0
0,8
.2
Evolution du coefficie~t
0,6
de frottement des allilges
Ni-Pb en fonction du
.
0,4
pourcentage du Pb.
0,2
~
10
20
30
40
50
60
, Pb
Fig. 41

Coef. de frottement
A partir des nitrates, 2,50 T/0
0,6
1
6000 C, 300 g, 300 t/mn
c
3.
Ni-Pb
80 20
0,4
,
/.--_._~
_._.-.--' C - - - - -
b. Ni-Pb
70 30
0,2
'&;=-..,r-
ao 40
:::=t»
a
c. Ni-Pb
1
2
3
5
6
7
mn
a. Ni-Pb
70 30
Coef. de frottement
(à partir des nitrates.
0,8
2
2
2,50 T/cm , 6000 C, 300 g,
300 t'lmn)
0,6
b. Ni-Pb
70 30
(à partir'des nitrates,
0,4
, -
~.-..-._.--
2
2,50 T/cm , 6000 C, 300 g
500 t/mn)
0,2· ~--~----'
.......
" , . - - -
'---.---
c. Ni-Pb
70 30
(à partir des nitrates,
2
1
2
3
4
5
6
7
mn
3,80 T/cm , 7000 C, 300 g,
300 t/mn)
a. Ni-Pb
60 40
Coef. de frottement
3
(Mélange de poudres,
0,8
2
2,50 T/cm , 6000 C, 300 g,
300 t/mn)
0,6
b. Ni-Pb
60 40
a
(à partir des nitrates,
0,4
"",.
,;...- ~ ..:..._-
2
2,50 T/cm , 6000 C, 300 g,
---~/
300 t/mn)
0,2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 mn
Fig. 42

- 85 -
2 - 3 - ETUDE DES TEm~AIRES CUIVRE-NICKEL-PLOMB.
Le tableau 20 rassemble les résultats obtenus et les paramètres
étudiés.
a - Influence des proportions de cuivre et de nickel.
La courbe 44-1-1a montre l'évolution du coefficient de
frottement pour les alliages à 10% de plomb. Tant que le pourcentage
de cuivre reste inférieur à 50, le coefficient de frottement limite garde
une valeur de l'ordre de 0,30, au delà de 50% de cuivre, ce coefficient
augmente de façon notable.
Pour des alliapes à 20% de plomb, le coefficient de frottement
passe par un minimum très peu accentué vers 20% de cuivre, puis augmente
lentement au fur et à mesure que le pourcentage de cuivre augmente.
Fig : 44-1-lb.
Pour les alliages à 30% de plomb, on obtient un coefficient
de frottement limite relativement faible, de l'ordre de 0,20. Fig. 44~2.
b - Influence du mode d'élaboration des poudres
Le mode d'élaboration des poudres ne semble pas avoir beaucoup
d'influence. La réduction d'oxydes mixtes donne un matériau très homogène de
cùractéristiques tribologiques intéressantes.
c - Influence de la température de frittap,e.
La présence de nickel fait disparaître le caractère critique
de la température de frittage.
d -- Influence du matériau antagoniste.
Les matériaux antagonistes sont le cuivre et le laiton. Pour
les alliages essayés, il n'y a pas de différence notable entre les coefficients
obtenus et ceux obtenus avec comme antaeoniste l'acier XC 38 • Fig.45.
e - Conclusion.
La conclusion la plus importante de cette étude est que parmi tous
les alliages ternaires à base de plomb étudiés, le ternaire cuivre-nickel-
plomb 20-50-30 présente un coefficient de frottement de l'ordre de 0,18.
Il peut être avantageusement comparé aux autres alliages.

- 86 -
TABLtAu 20
NICKEL - CUIVRE - PLQMB
Obtention
Obtention du
,
% Pb
de la
matériau
Résultats
Courbe
poudre
massif
10, 20
Nitrates
Préfrittage 3000 C
Evolution du coefficient de
43
30, 40
et
Frittage 6000 C
frottement dans le temps
45
Mélange
Influence de la concentration
en plomb
20
Nitrates
Préfrittage 3000 C
Evolution du coefficient de
45
Mélange
Frittage 6000 C
frottement dans le temps
Revête-
Influence de l'antagoniste
ment
(cuivre, laiton)

0,8
Coef. de frottement
0,6
1
a. Ni-eu-pIS
30 60 10
a
0,4
b. Ni-Cu-Pb
80 10 10
b
,..
• e
c • Ni-Cu-Pb
60 30 10
0,2
d. .Ni-Cu-Pb
60 30 10
1
2
3
4
5
6
7
mn
1,0
Coef. de frottement
0,8
2
0,6
a. Ni-Cu-Pb
50 35 15
0,4
b. Ni-Cu-Pb
50 30 20
0,2
- -
1
2
3
4
5
6
7
mn
1,0
Coef. de frottement
3
a. Ni-Cu-Pb
49 31 20
0,8
b. Ni-Cu-Pb
20 60 20
c. Ni-Cu-Pb
40 40 20
0,6
d. Ni-Cu-Pb
60 20 20
0,4
b
_ _ - - -
- - .
.~...=-:---...-.-.../ c
0,2
d
1
2
3
4
5
6
7
Illll
1,0
Coef. de frottement
4
a. Ni-Cu-Pb
30 30 40
0,8
b. Ni-Cu-Pb
50 10 40
c. Ni-Cu-Pb
40 30 30
0,6
d. Ni-Cu-Pb
50 20 30
0,4
/ -.......
b
.
.-~
- - . . . - - - - : ' "_
c
0,2
,~... • .-tA
, .
le:;;;;==,:-
__-
r



• d
1
2
3
4
5
6
7
mn
Coef. de frottement
0,8
a. Ni-Cu-Pb
0,6
5
(nickel revêtu de cuivre,
puis de plomb)
b. Ni-Cu-Pb
53 45 2
c. Ni-Cu-Pb
2 45 53
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
Fig 43

Coef. de frottement
1,0
Evolution du coefficient
de frottement des alliages
0,8
1
ternaires Ni-Cu-Pb en
fonction du pourcentage
0,6
de Cu, pour une concentration
en Pb donnée
0,4
a
~_
a. 10 % Pb
L.......- - - .
......""..,.-.
------b
b. 20 %Pb
0,2
10
20
30
40
50
60
%Cu
Coef. de frottement
Evolùtion du coefficient
1,0
de frottement des alliages
ternaires Ni-Cu-Pb, en
0,8
2
fonction du Pb, pour une
concentration en Ni donnée.
0,6
0,4
0,2
10
20
30
40
50
60
%Pb
Fig. 44

Coef. de frottement
a. Ni-Cu-Pb
60 20 20
0,8
1
b .• Ni-Cu-Pb
0,6
(nickel revêtu de cuivre
puis de plomb)
b
0,4
a
0,2'
1
2
3
4
5
6
7
8
mn
Coef. de frottement
1,0
2
0,8
0,6
Ni-Cu-Pb
60 20 20
0,4
0,2
1
2
3
4
5
6
7
B
mn
Coef. de frottement
1,0
0,8
3
0,6
Ni-eu-Pb
20 60 20
0,4
0,2
1
2
3
4
5
6
7
mn
Fig. 45

- 87 -
3 - ETUDE DES ~IATERIAUX BINAIRES OU TERNAIRES
CONTENANT DE L'ETAIN.
Nous décrirons ici les résultats observés pour des binaires
cuivre-étain. nickel-étain. pour les ternaires cuivre-nickel-étain et
des binaires dont 1"Jn des constituants est du bronze (Sn = 10%).
3 - l - ETUDE. DES ALLIAGES CUIVRE-ETAIN
La fiche 32 rassemble les résultats obtenus et les paramètres
étudiés.
a - Influence des proportions
Les meilleures caractéristiques tribolopiques sont obtenues avec
l'alliage à 16% d'étain: faible coefficient de frottement par rapport aux
alliages à 10% et 32% d'étain (Fig. 46-2-2a).
b - Influence du mode de préparation
Les alliages dont la poudre est préparée par réduction d'oxydes
mixtes ont une bonne homogénéité et ont un comportement au frottement
meilleur que les alliages préparés par mélange de poudres métalliques.
c - Influence du type de contact
Bien que très élevés, les coefficients de frottement obtenus
avec le type de contact cylindre sur cylindre sont pl~~ stables que ceux
obtenus avec le contact plan sur cylindre ( Fip,. 46-1-1c).
d - Conclusion
Les meilleurs alliages semblent être ceux pour lesquels la
proportion d'étain est comprise entre 0 et 15%. car pour des proportions
d'étain plus fortes. l'alliage devient cassant et donne des coefficients
de frottement élevés.
3 - 2 - ETUDE DES ALLIAGES NICKEL-ETAIN.
La fiche 33 rassemble les résultats obtenus et les paramètres
étudiés.
a - Influence de la composition
Le coefficient de frottemebt limite diminue quand la propor-
tion d'étain augmente .(Fig : 46-3.).

Coef. de frottement
1,0
1
a. Cu-Sn
90.10
(Mélange de poudres)
0,8
..- ..
b. Cu-Sn
90 10
/ '
",c
0,6
(oxydes mixtes)
'------
,
"
c. Cu-Sn
90 10
0,4
(oxydes mixtes de forme .
circulaire)
0,2 ~_~
1
2
3
4
5
6
7
8
mn
1,0
Coef. de frottement
,..,
.
l
___
,~
2
a. Cu-Sn
84 16
0,8
(oxydes mixtes)
1
,
0,6
1
b. Cu-Sn
68 32
0,4
,/
(oxydes mixtes)
b ~.,
...-"
~
0,2
"
~
~
1
2
3
4
5
6
7
8
mn
Coef. de frottement
3
a
a. 'Ni-Sn
BD 20
l
(oxydes mixtes)
1,0
. ~ ..-.,;e-------
O,B
~~,..
c
b. Ni-Sn
74 26
(nickel revêtu d'étain)
b , ' "~-
0,6 ~
P.~·
c. Ni-Sn
70 30
(mélange de poudres)
j
A iP
d
0,4 * 1:1'/
d. Ni-Sn
70 30
~~Y"'~.Z41->-o 1 • • .s • • •
(mélange de poudres)
o 2 l;,v
, l_-_0_-_--
1
2
3
4
5
6
7
B
mn
Fig. 46

- 88 -
b - Influence des températures de frittage.
La température de frittage est critique. L'alliage à 30% Sn
fritté à 700°C a des coefficient de frottement plus faibles et plus stables
que l'alliage fritté à 6000 C( Fig; 46-3-3d).
c - Conclusion
L'alliage à 30%, comprimé fortement et fritté à 700°C a donné
des résùltats satisfaisants. Le coefficient de frottement reste plus élevé
que celui de l'alliage nickel-plomb de même composition.
3 - 3 - ETUDE DES ALLIAGES NICKEL-CUIVRE-ETAIN.
L'étude des ternaires nickel-cuivre-étain révèle des caracté-
ristiques faibles. Tous les ternaires obtenus, quel que soit leur mode
d'élaboration ont des coefficients de frottement élevés par rapport à eeux
des ternaires nickel-cuivre-plomb de même composition (Fig. 47).
On peut signaler cependant le bon comportement de l'alliage
Cobalt-Cuivre-Etain (Fig. 47-2-2b).
3 - 4 - ETUDE DES ALLIAGES NICKEL-BRONZE et COBALT-BRONZE Fig. 48.
Deux sortes de bronze ont été utilisés pour cette étude
bronze
commercial 25 GR fourni par BAUDIER-POUDMET (Cu-Sn: 90-10), bronze
élaboré au laboratoire et dont le mode d'élaboration se trouve résumé sur la
fiche nO 35.
L'addition de bronze au cobalt, quel que soit le mode d'élabora-
tion du matériau composite et quelles que soient les proportions diminue très
fortement le coefficient de frottement du cobalt.
L'addition de bronze au nickel entraîne des variations moins
régulières. Les composites à 20 ou 30% de bronze ont un coefficient de
frottement limite élevé, alors que le composite à 50% présente un coefficient
de frottement limite f4ibl~, comparable à celui du nickel-plomb.

TABLEAU 21
-
89 -
-
,
1
,
Perte de poids (mg)
Echantillons
Origine bronze
ou Longueur de trace
de frottement (m/m)
l-lickel - bronze 88-12
élaboré au laboratoire
44,7 mg
1
Nickel - bronze 80-20
Il
3,1 mg
3 mlm
,
Nickel - bronze 70-30
"
0,8 mg
1
Nickel - bronze 75-25
25 GR
12
mg
2 mlm
BAUDIER POUDMET
Nickel - bronze 70-30
Il
32,2 mg
i
Nickel - bronze ?ic rU
"
15 mg
Cobalt - bronze 95- 5
25 GR
0,3 mg
BAUDIER POUDMET
Cobalt - bronze 90-10
"
34,5 mg
Cobalt - bronze 80-20
élaboré au laboratoire
-
Cobalt - bronze 70-30
"
37,3 mg
1

Coef"Qe frottement
1
a. Ni-Cu-Sn
49 31 20
1,0
b. Ni...,Cu-Sn-st
49 41 8 2
0,8
c. Ni-Cu-Sn
49 41 14
0,6
0,4
0,2
1
2
3
5
G
7 '
8
mn
Coef. de frottement
1,0
a
2
a. Ni-Cu-Sn (nickel revêtu
0,8
de cuivre, puis 'd'étain)
0,6
b. Co-Cu-Sn (cobalt revêtu
de cuivre, 'puis d'étain)
0,4
0,2
1
2
3
4
5
6
7
8
mn
Coef. de frottement
1,0
3
c
0,8
0,6
0,4
Ni-Cu-Sn (nickel revêtu de
cuivre puis d'étain)
0,2
1
2
3
4
5
6
7
8
mn
Fig. 47

l,a
Coef. de frottement
1
0,8
a. Nickel-bronze
88 12
b .... ---
(bronze élaboré au Labo.)
__ ......... - -
c
0,6
---------.-
b. Nickel-bronze
70 30

d
0,4
(bronze POUDMET 25 GR)
0,2
c. Nickel-bronze
70 30
(bronze élaboré au labo.)
d. Nickel-bronze
80 20
1
2
3
4
mn
(bronze élaboré au labo.)
1,0
Coef. de frottement
a
2
0,8
a. Nickel-bronze
75 25
b
- - - -
(bronze POUDMET 25 GR)
~.~....... ---
0,5
.--- .\\
b. Nickel-bronze
70 30
\\
(bronze POUDMET 25 GR)
0,4
.'.
c
......-._.-._._.-
c. Nickel-bronze
50 50
(bronze POUDMET 25 GR)
0,2
1
2
3
4
5
6
7
mn
3
1,0
Coef. de frottement
a. Cobalt-bronze
95 5
(bronze POUDMET 25 GR)
0,8
b. Cobalt-bronze
90 10
0,5
(bronze POUDMET 25 GR)
0,4
0,2 """__,""--
1
2
3
4
mn
Coef. de frottement
1,0
4
a. Cobalt-bronze
80 20
0,8
(bronze élaboré al' labo.)
b. Cobalt-bronze
70
0,6
30
(bronze élaboré au labo.)
0,4
b
-----------
~-
0,2
a
1
2
3
4
mn
Fig. 48

- 90 -
4 - ETUDE DES TERNAIRES CONTENANT DU PLOMB ET
DE L'ETAIN OU DU PLOMB ET DE L'ANTIMOINE.
Il s'agit ici d'étudier l'influence du remplacement du plomb par
l'étain ou par l'antimoine dans les alliages Cuivre-Plomb ou dans les alliages
Nickel-Plomb.
4 - 1 REMPLACEMENT DU PLOMB DANS LES ALLIAGES CUIVRE-PLOMB.
Les matériaux étudiés ont les compositions suivantes :
Tableau 22
i
Cu
1
Pb
Sn
1 Cu
Pb
Sn
1
.-.~-
88
8
54
40
6
~,
1
80
10
10
60
38
2
1
j
75
20
5
72
25
3
Les résultats sont rassemblés dans les fiches 41 à 45 et comparés
dans les courbes.
a - Remplacement par l'étain
Le comportement des alliages dépend de la proportion d'étain. Pour
certains alliages on obtient une amélioration par rapport aux alliages cuivre-
plomb: faible coefficient de frottement, c'est le cas pour les alliages.
Cu-Sn-Pb
88 - 8 - 4
Cu - Pb - Sn
75 - 20 - 5
Cu - Pb - Sn
72 - 25 - 3
b - Remplacement par l'antimoine
Ici aussi l'influence de la proportion d'antimoine est prépondérante.
(Fig. 48-2-2a et 48-3-3a).

- 91 -
c - Conclusion
Les alliages
Cu - Sn - Ph
BB
B
4
Cu - Ph - Sn
75
20
5
Cu - Ph - Sn
72
25
3
peuvent être retenus, car ils possèdent des coefficients de frottement faihles
variant entre O,OB et O,IB avec comme antagoniste l'acier XC 3B.
Dans le cas des alliages cuivre-plomb-antimoine, le meilleur
résultat est ohtenu avec l'alliage à faihle proportion d'antimoine (2% en poids).
TABLEAU 23
Alliages
Coefficient
Perte de poids subie et
de
longueur de la trace de
frottement
frottement
Cu-Ph-Sn
BO
10
10
0,56
2mg
2mm
Cu-Sn-Ph
BB
8
4
O,lB
B,Bmg
3,3mm
Cu-Ph-Sn
75
20
5
O,OB
B,5mg
Cu-Ph-Sn
72
25
3
0,06
B,4mg
Cu-Ph-Sn
54
40
6
0,56
Cu-Ph-Sn
60
3B
2
Les valeurs des coefficients de frottement correspondent à
celles mesurées après 5 minutes d'essai.
4 - 2 - REMPLACEMENT DU PLOMB DANS LES ALLIAGES NICKEL-PLOMB.
Les matériaux étudiés ont les compositions suivantes

- 92 -
TABLEAU 24
a - Remplacement par l'étain,
La substitution du plomb par l'étain dans les alliages nickel-
plomb n'abaisse pas les coefficients de frottement comme dans le cas de
cuivre-plomb. L'alliage Ni-Sn-Pb
BB - B - 4 se comporte moins bien que
l'alliage à base de cuivre de même concentration en plomb et en étain, si
l'on considère le coefficient de frottement.
b - Remplacement par l'antimoine
Ici encore les coefficients de frottement sont plus élevés que
ceux des alliages 'nickel-plomb. Le coefficient de frottement limite diminue
quand la proportion d'antimoine diminue.
c - ccnclusion.
Les alliapes nickel-plomb-étain à faibles teneurs en plomb
(0 à 10%) et en étain (0 à 10%) sont meilleurs que ceux à teneur moyenne
en plomb (20 à 25%), car leurs coefficients de frottement se stabilisent
très tôt. Parmi les alliages nickel-plomb-antimoine seul l'alliage Ni-Pb-Sb
60 - 38 - 2 se rapproche des alliages nickel-plomb dans son comportement.
Il Y a un écart important entre les valeurs des coefficients de
frottement des alliages à base de cuivre et ceux à base de nickel.

- 93 -
TABLEAU 25
ALLIAGES
Coefficient
Perte de poids ou longueur
de
de la trace de frottement
frottement
Ni Pb Sn
80
10
10
0,32
3,5 m?
2m/m
Ni Pb Sn
88
8
4
1
0,66
15,4 mg
1
Ni Sn Pb
88
8
4
0,39
2,6 mg
Ni Pb Sn
75
20
5
i
0,60
6,4 roC!'
' ~-,
Ni Pb Sn
72
25
3
0,54
8,5 mg
1
,
Ni Pb Sn
70
20
10
0,60
1
Ni Pb Sb
70
20
10
0,58
!
Ni Pb Sb
54
40
6
1
,
0,36
1
Ni Pb Sb
60
38
2
1
0,28
1
Le remplacement du plomb par de l'étain ou l'antimoine dans
les alliages cuivre-plomb et nickel-plomb est à l'avantage des premiers,
puisqu'il permet d'obtenir des coefficients de frottement relativement
bas. Mais la proportion du plomb dans les ternaires ainsi obtenus semble
jouer un rôle.

Coef. de frottement
l,a
1
Mélange de poudres
2
2,50 T/cm , 600 0 C
0,8
300 g, 300 t/mn
0,6
a
0, !f
b
-.._-----._--
a. Cu-Pb~Sn
80 10 10
b. Ni-Pb-Sn
80 10 10
0,2
<
-
. . . . . . . . . . . . . . . .
~
1
2
3
4
5
6
7
8
mn
2
Coef. de frottement
Mélange de poudres
0,8
2
C
3,80 T/cm , 7000 C
,,----_.. _----------
300 g, 300 t/mn
0,5
(
b

a • Cu-Sn-Pb
88 8 4
0,4
~-------------~
~.
a
b. Ni-Sn-Pb
'88 8 4
II
0,2 fjo,;..---------
_
c. Ni-Pb-Sn
88 8 4
1
2
3
4
5
6
7
8
mn
Coef. de frottement
Mélange de poudres
0,8
2
3,80'T/cm , 7000 C
3
300 g, 500 t/mn
0,6
a. Cu-Sn-Pb
88 8 4
0,4
-
Mélange de poudres
'-
~-_...>
0,2
2
3,80 T/cm , 7000 C
500 g, 300 t/mn
b. Cu-Sn-Pb
88 8 4
1
2
3
4
5
6
7
8
mn
Coef. de frottement
Mélange de poudres
0,8
4
2
3,80 T/cIn , 7000 C
300 g, 300 t/mn
0,6
------.-
a. Cu-Pb-Sn
75 20 5
0,4
b. Cu-Pb-Sn
72 25 3
b
c. Ni-Pb-Sn
75 20 5
0,2
a
------.....
l '
d. Ni-Pb-Sn
72 25 3
> -==----
1
2
3
4
5
6
7
B
mn
Fig. 49

Coef. de frottement
Mélange de poudres
2
2,50 T/cm , 600 0 C
a
300 g, '300 t/mn
0,8
1
a. Ni-Pb-Sb
70 20 10
0,6 L~~ ------
b. Ni-Pb-Sn
70 20 10
0,4
1
1
0,2 1
1
2
3
4
5
6
7
8
mn
Coef. de frottement
1,0
2
Mélange de poudres
2
3,80 T/cm , 7000 C
300 g, 300 t/mn
0,8
a. Cu-Pb-Sb
54 40 6
a
0,6
b. Ni-Pb-Sb
54 40 6
b
/ - -
0,4
.-----------------"
--"
0,2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
mn
Coef. de frottement
3
1,0
Mélange de poudres
2
0,8
3,80 T/cm , 7000 C
300 g, 300 t/mn
0,6
a. Cu-Pb-Sb
60 38 2
b. Ni-Pb-Sb
60 38 2
0,4
- - -......
b
,.
.....
/
~---------
0,2
a
l
2
3
4
5
6
7
8
Fig. 50

Planche lS
Gx80
Etat de surface après polissage
Etat de surface après polissage
au papier 220
au papier 320
Etat de surface après polissag~
Etat de surface après polissage
au papier 600
aux papiers 220, 320, 600 et à
hauteur moyenne des aspérités
l'alumine.
estimée à 0~20 I.J
hauteur moyenne des aspérités
estimée à 0,05 I.J

Planche 16
G xlO
1
2
Piste : Acier XC 38
1- Nickel fritté à 6000 C : Les sillons sont isolés et non continus.
2- Nickel fritté à 7000 C.
3- Nickel-Cuivre
60-40:
Les sillons sont moins profonds, accumulation de
poussières noires dans la zone frottante.
4- Nickel fritté à 700 0
C, trempé dans la paraffine fondue avant de subir le
frottement. Le frottement est moins sévère.
3
4
1

Planche 17
G x80
2
Nickel-Plomb : 80-20
Nickel-Plomb : 60-40
Antagoniste
Acier XC 38 : recouvert d'une poussière noire
(Pb) qui semble la beurrer.
3
4
Nickel fritté à 700U C ayant frotté du
Piste en cuivre, antagoniste de 3.
cuivre, transfert du cuivre sur la pla-
L'arrachement se fait dans le cuivre.
quette.
s
Ni-Pb : 60-40 ayant frotté co~tre
le cuivre 4. La présence du plomb
rend le frottement plus doux.

Planche 18
Gx80
1
2
1- Cuivre ayant pour antagoniste du cuivre
il Y a arrachement de matières,
les sillons ne sont pas définis.
2- Cuivre: Antagoniste de 1 : les sillons sont définis, discontinus et de
longueur variable; arrachement de matières.
3- Piste en acier XC 38 : antagoniste de Cu-Pb 70-30. La piste qui ne semble
pas affectée est recouverte de tâches noires (plomb).
4- Cu-Pb 60-40 ayant eu pour antagoniste 2, la présence du plomb a rendu l'usure
moins sév~re que celle de 1.
3
4

Planche 19
G x80
Cuivre fritté à 8500 C, ayant frotté contre l'acier XC 38
Cuivre fritté à 8500 C, ayant frotté contre l'acier XC 38 recouvert
d'une mince èouche de parafine.
Cuivre-plomb : 60-40 ayant eu comme
antagoniste l'acier ordinaire, meilleur
résultat par rapport à celui obtenu avec
le cuivre seul.

Planche 20
Antagoniste
Acier XC 38
Gx80
1
2
Cu-Pb
80-20
Cu-Pb
80-20
(charge:300 g, vitesse:SOO t/mnl
Cu-Pb
70-30
3
1-3-4: Evolution de l'état d
surf ce
en fonction du pource tage de plomb.
Les sillons sont brillants et peu pro-
fond . Les mat/riaux sont préparés par
mélange des constitu nts et ont la
même h is taire thermique. Les cand iLions
de frottement sont les mêmes (charge:
300 g, vitesse:
300 t/mn).
Cu-Pb : 60-40
Cu-Pb
60-40
Cu-Pb
(coprécipitation d'ox late ~
calcination~oxydes~oudres
4
fTlétall . ques)
S

Planche 21
G x80
Antagoniste : Acier xc 38
,
Cobalt ayant eu pour antagoniste l'ac1er
XC 38, Les sillons sont peu profonds.
Cobalt-bronze : 95-5
(bronz~ industriel 90-20)
Labourage de la plaquette
La zone ~r0ttante est re-
couverte de poussières de
couleur marI'on.
3
Cobalt-bronze : 90-10 (même bro~ze que
ci-dessus), Etat de surface plus satis-
faisant que dans le cas (2).

Planche 22
G xSO
Cu-Sn
90-10
Cu-Sn
80-20
Cu-Sn
68-32
Anta~oniste : Acier XC 38
Les tâches "oires ,jans la zone dt usure cort'espondent
des p.;lL,ti\\'ulf'~; dI'r'l-
chées.
La zone us6e est tr~s ~troite pour la plaquette à 20% Sn.

Planche 23
G xSD
Cu-Sn-Pb
88-8 _11
(charge : 300 g- vitesse
300 t/mn)
Bon état de surface
Cu-Sn-Pb
88-8 -4
(charRe : 350 g - vitf·.·.;('
300 1 I.:-n
Cu-5n-Pb
88-8 -4
(charge
300 g - vitesse: 500t/ml
Antagoniste : Acier XC 38
L'augmentation de la charge et de la vitesse entraine une usure plu~ im-
portante. 'Il Y a accumulation de poussières noires à l' extrémi té de la
zone frottante (sens de la marche).

Planche 24
GxSO
1
Cu-Pb-Sn
72-25-3
Cu-Pb-Sn
75-20-5
Le remplacement du plomb par l'étain apporte une certaine dureTé à
l'alliage (2).
Ni-eu-Pb
Ni-Cu-Pb
50-35-15
60-20-20
Antagon is te
Acier XC 38

- 94 -
cot-CWSlOOS GENERALES
L'élaboration par frittage de matériaux antifrictions
n'est pas encore très développé dans l'industrie. C'est pourquoi, après
avoir mis au point des appareils simples de tribométrie, nous avons étudié
l'influence de différents paramètres sur la qualité des matériaux
antifrictions obtenus par fritta~e.
/
Ces paramPtres sont essentiellement
- la nature des éléments métalliques et leurs teneurs
- le mode d'élaboration de la poudre qui détermine la finesse
des grains et leur homogénéité.
- la température de frittage.
Nous avons élaboré des poudres préalliées binaires et
ternaires comportant comme constituants principaux, d'une part le cuivre
ou le nickel, d'autre part le plomb ou l'étain ou llantimoine.
Ces poudres ont été préparées
- soit par mélange de poudres de métaux de base.
- soit par recouvrement des grains d'un métal par un autre,
par déplacement ou réduction chimique.
- soit par coprécipitation de sels ou réduction d'oxydes.
L'étude de nombreux échantillons a permis de tirer les
conclusions suivantes :
1°) Dans le cas des cuivre-plomb, le mode d'élaboration de
La poudre a une importance sur le coefficient de frottement : 0,10 pour
l'alliage Cu-Pb- 70-30, préparé par mélanre des poudres contre 0,22 pour
l'alliage de même composition préparé à partir de poudres obtenues par ré-
duction d'oxydes mixtes). La teneur optimale est de 30% de plomb. Mals
la température de fritta~e est très importante et doit se situer à 600°C
environ.
2°) Dans le cas des nickel-plomb, la teneur optimale se situe
à 30% de plnmb
La grande finesse des grains obtenue par réduction d'oxydes

- 95 -
composites rend la température de frittar,e moins critique (ôOO à 700°C).
3°) Les ternaires cuivre-nickel-plomb présentent les avantages
des alliages nickel-plomb quant au mode d'élaboration. Les meilleurs alliages
sont les suivants : !li-Cu-Pb : 50-20-30 et Ni-Cu-Pb : 60-20-20.
4°) Le remplaeement en faible proportion, du plomb par l'étain
ou l'antimoine améliorent les performances des matériaux. Des alliages, les
meilleurs se révèlent être les suivants :
Cu-Sn-Pb
Ni-Pb-Sn
88-8-4
88-8-4
Cu-Pb-Sn
75-20-5
72-25-3
Cu-Pb-Sb
Ni-Pb-Sb
60-36~2
60-38-2
5°) Les différents incidents enregistrés lors du frottement
des matériaux sont les suivants :
- rayures plus ou moins profondes.
- arrachements et transfert des matières
- accumulation des matières à une seule ou aux deux extrémités
de la z6ne frottante.
Cette étude ne nous a pas permis de confirmer de façon absolue,
la règle de compatibilité des matériaux : le couple nickel-acier a un
coefficient de frottement relativement faible, le coefficient du cuivre sur
lui-même est encore plus faible, et il n'y a pas grippage immédiat. On
évitera toutefois de mettre en présence deux matériaux solubles l'un dans
l'autre (cuivre-nickel) et en particulier le même métal de part et d'autre
(cuivre-cuivre).
Dans le cas des métaux purs, le comportement au frottement
semble d'autant meilleur que la température de frittage leur a donné une plus
forte cohésion.
En frottement lubrifié, tous les métaux semblent avoir le même
comportement: un faible coefficient de frottement par rapport à celui
obtenu lors du frottement sec.

-96-
Il est difficile d'établir une relation entre le coefficient de fro~-
tement et l'usure des matériaux. caractérisée par la perte de matière et par
l'état de surface après frottement. Les matériaux qui ont les coefficients de
frottement élevés. ne sont pas toujours ceux qui subissent les plus grands
aommages de surface.
Pour les matériaux binaires cuivre-plomb et nickel-plomb. le mode d'é-
laboration des poudres a une grande importance : les matériaux dont les poudres
sont obtenues par voie chimique (mélange des nitrates. coprécipitation d'oxolates~
calcination de ces sels et réduction des oxydes obtenus), donc présentant une bonne
homogénéité et une bonne finesse de répartition, ont des coefficients de frotte-
ment plus élevés que ceux des matériaux obtenus par mélange des poudres des
constituants de base. Les meilleurs matériaux sont les cuivre-plomb pour une
teneur en plomb égale à 30%. Au-delà de cette teneur les alliages nickel-plomb
s'avèrent avantageux. E-q effet. au-delà de 30% de plomb. où constate.aue'augmen-
tatioà brutale dû. coefficient· de'-frottement pour les cuivre-plomb. alors que pour
les nickel-plomb cette augmentation semble régulière.
La teneur favorable en plomb pour les cuivre-nickel-plomb se situe
également aux environs de 30%.
Le remplacement du plomb par l'étain ou l'antimoine dans les alliages
cuivre-plomb et nickel-plomb est beaucoup plus favorable pour les cuivre-plomb
que pour les nickel-plomb. Cependant. il ne faut pas trop réduire la proportion
du plomb.
Nbus allons, pour terminer. donner les raisons qui militent pour le choix
de la métallurgie des poudres dans la réalisation de nos matériaux :
- possibilités de préparer des alliages dont les métaux de base peuvent être
choisis à volonté et dans les plus larges limites de composition (cuivre-plomb:
en fonderie traditionnelle on utilise 25% de plomb, car une forte teneur en
plomb entraîne une ségrégation. alors qu'en métallurgie des poudres on peut
introduire jusqu'à 40% de plomb).
possibilité de préparer des alliages dont les métaux ne sont pas miscibles à
l'état liquide ou à l'état solide.
- préparation tr~s facile des poudres simples ou pré-alliées de divers métaux.

- 97 -
- possibilité d'assurer une exee11ente définition des teneurs de nos alliages
(la Irécision des pesées est de a.I mg).
- les opérations permettant d'aboutir aux matériaux massifs à partir des
poudres métalliques sont d'une exécution rapide et facile.
- possibilité de travailler à des températures relativement basses.
- obtention des produits d'une grande pureté (le frittage se fait sous
atmosphère réductrice ou neutre. ce qui permet d'éviter la con1amination des
matériaux qui se produit lors des coulées en fonderie traditionnelle).
- obtention des matériaux d'une grande porosité. ce qui facilitera une
imprégnation ultérieure de ceux-ci par un autre plus fusible. (coussinets
auto-lubrifiants. impr~.~ation du fer par du cuivre. imprégnation du cuivre
par du plomb).

ANNEXE

- 98 -
FICHE NO 1
• Conditions de frottement
Type de contact : plan sur cylindre
Piste en acier : XC 38
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
• Matériau &tudié
Nickel (INCQ)
2
Pression de compactage : 2.50 T/cm
Temp6rature de frittage : 600° C
Durée : 4 heures
R&sultats (figuré nO 29-1-1a)
Le frottement se caractérise par une . b-tabillté' et une valeur
élev&e du coefficient de frottement qui passe de 0.39 à 0,98. L'essai s'est
terminé par un grippage qui s'est traduit par des vibrations et des crisse-
ments. La plaquette et la piste sont litt&ralement labourées. Les rayures
sont discontinues et on remarque sur les deux surfaces des traces d'enl~ve­
ment de mati~re. L'6tat de surface est mauvais. La perte de poids est de 90 mg
et la longueur de la trace de frottement est de 7 rn/m.

- 99 -
rICHE N° 2
• Conditions de frottement
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : Acier xc 38
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
• Matériau étudié
Nickel (INCO)
2
Pression de compactage : 2,50 T/cm
Température de frittage : 7000 C
Durée : 4 heures
• Résultats (::''-gl,l,.'t: nO 29-1-1b)
Le frottement est moins sévère que dans le cas précédent, le coef-
ficient de frottement reste toujours instable, mais sa valeur est plus faible.
Il varie en effet de 0,19 à 0,40.
La perte de poids est de 15 mg et l'état de surface bon.

.. 100 -
FICHE NO 3
• Conditions de frottement
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : Acier XC 38
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
• Matériau étudié
NicKel (INCO)
2
Pression de compactage: 3,80 T/cm
Température de frittage : 8500 C
Durée : 1+ heures
• Résultats (figure nO 29-2)
Le coefficient de frottement décroît de 0,26 à 0,19 puis il se remet
à croître de façon très lente et atteintà la fin des essais une valeur de
l'ordre de 0,1+0.
La piste est légèrement affectée, la plaquette a subi une perte
de poids de 0.2 mg. la trace de frottement laissée sur la plaquette n'est
que 1.5 rn/m.

- 101 -
FICHE NO 1+
. Conditions de frottement
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : Acier XC 38
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
Matériau étudié
Nickel obteuu par calcination du nitrate et réduction de l'oxyde obtenu
2
Pression de compactage : 2,50 T/cm
Frittage : 7000 C
Durée : 1+ heures
• Résultats (E~Wl~a nO 29-l-lc)
Le coefficient de fro~tement p2:'t de la valeur initiale qui est 0,19,
atteint un maximum: 0,58 dont il gardera la valeur jusqu'à la fin de l'es~ei.
Le taux d'usure est sensiblement le même que celui enregistré avec
le nickel INCO ayant la même h~toire.
,
.'
...... ~1-""~;

- 102 -
FICHE N° 5
• Conditions de frottement
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : acier ordinaire
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
Matériau étudié
Nickel (INCO)
2
Pression de compactage
2,50 T/cm
Frittage : 7000 C
Durée : 4 heures
. Résultats (f±g1.C~e nO 30-l-la)
Le coefficient de frottement passe de 0,34 à 0.39. valeur qu'il con-
serve pendant les six premières minutes. puis il croit brusquement et atteint
la valeur de 0,62.
La plaquette a subi un, diminution de poids de 5.6 mg. La trace de
frottement a une longu~~ de~m/m. L'état de surface est moyen.

- 103 -
FICHE NO 6
• Conditions de frottement
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : acier ordinaire
Charge : 300 8
Vitesse : 300 t/mn
• Matériau étudié
Nicltef'(INCO)
2
Pression de colilpaetage
3,80 T/cm
Frittage : 8000 C
Durée : 4 heures
Résultats (:C::;iôt'.''-'. nO 30-2-2a)
Le coefficient de frottement part de 0,19 et atteint la valeur de
0,40 après une minute. Cette valeur de 0,40 sera conservée pendant les
quatre premières minutes, puis elle subit une augmentation et se stabilise
à 0,58 jusqu'à la fin des essais.
La piste et la p1a~~e sont affectées les sillons sont très profonds.
La plaquette a subi un,_ 'perte de poids de 7,9 me.

- 104 -
FICHE N° 7
• Conditions de frottement
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : acier ordinaire
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
• Matériau étudié
Nieket (BAUDIER - ?OUDMET)
2
Pression de compactage ; 3,8C T/cm
Frittage : 8000 C
Durée : 4 heures
• Résultats (:":.~.g.....'e nO 30-2-2b)
Le coefficient de frottement c~~ît régu:ièrement et se stabilise à
0,58.

- 105 -
FICHE N0 8
• Conditions de frottement
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : acier ordinaire
Charge i 300 g
Vitesse : 300 t/mn
• Matériau étudié
Nickel -{mélange à 50 % du nickel (INCO) et du nickel (BAUDIER-POUDHET)
2
Pression de compactage ; 2,50 T/cm
Frittage : 7000 C
Durée ; 4 heures
· Résultats (figure nO 30-1-1b)
Le coefficient de frottement décroît de 0,38 (valeur initiale)
jusqu'à 0,20 puis il croît et atteint la valeur de 0,29 qui reste constante
pendant un moment, puis le coefficient de frottement se remet à croître de
nouveau vers la fin de 11 essai.
La perte de poids ~ par la plaquette est de 3,7 mg et la longueur
de la trace de frottement est de 4,5 rn/m.

- 106 -
FICHE NO 9
• Conditions de frottement
Type de contact
plan sur cylindre
Piste : cuivre
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
• Mat~rtau ~tudi~
Nickel (ù' origines d:izvft'sès)
2
Pression de compactage : 2.50 T/cm
Frittage : 700° C
Du~e : 4 heures
• Résultats (figures nO 30-3)
• Nickel (INCO) : le coefficient de frottement croît de 0,30 à 0,42
puis il décroît jusqu'à une valeur limite (0,30) qu'il conserve jusqu'à la
fin des essais.(Figure nO 30-3-3a)
• Nickel (BAUDIER-POUDHE~) : le coefficient de frottement part d'une
valeur plus faible (O,OB) a1;Uint la valeur de 0,17 qui restera constante
jusqu'à la fin des essais. (Figure nO 30-3-3b)

- 107 -
FICHE NO 10
• Conditions de frottement
Type de contact
plan sur cylindre
Piste : cuivre
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
• Matériau étudié
Cui-lre
2
Pression de compactage
2,50 T/cm
Température : 7000 C
Durée : 4 heures
• Résultats (figure nO 3a-~)
Le coefficient de frottement relativement bas au début de l'essai,
cro~t brusquement après 10 minutes d'essai et on note un début de grippage.
I l Y a arrachement de mati~re de part et d'autre (plaquette et piste).
L'état de surface est moyen.

- 108 -
FICHE NO 11
• Conditions de frottement
Piste : acier XC 3B
,.".
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
Nickel et cuivre
2
Pression de compactage
3,80 T/cm
Frittage : Booe C
~e : 4 heures
Les plaquettes polies sont portées à 4000 C à l'air pendant 4 heures.
• Résultats
L'essaI avec le nickel a dû être interrompu par suite du grippage
qui s'est manifesté par une élévation brusque de la valeur du coefficient de
frottement et des vibrations. Il y a arrachement de matières. La trace de
frottement a 2 ml mde longueur.<Fig. 31-5-3a)
L'essai avec le cuivre a duré un peu plus longtemps. <Fig. 36-5-5b)
Dans les deux cas la couche d'oxyde n'est pas adhérente.

- 109 -
FICHE N° 12
Conditions de frottement :
Type de contact : plan sur cylindre.
Piste
acier ordinaire
Charr;e
300g
,
300 t/mn.
,
Vitesse
• Matériau étudié :
Cuivre
2
Pression de compactage
3,80 T/cm
Frittage
800°C
Dur. Ile
4 heures
• Résultats
Le coefficient de frottement croît régulièrement,
puis brutalement après trois minutes d'essai et atteint la valeur
de 0,82.
Il Y a dépôt de cuivre sur la piste qui ne semble
pas du tout affectée. On note des arrachements de matières sur
la plaquette. La perte de poids subie par cette dernière est
de 3,2 mg.

- 110 -
rICHE N° 13
Conditions de frottement
Type de contact
plan sur cylindre
Piste
acier XC 38
Charge
300g
Vitesse
300 t/mn.
Matériau étudié
Cuivre
2
Pression de compactage
3,80 T/cm
Température de frittage
850°C
Durée
4 heures
Résultats (Fig. NO 32-2 ).
Les échantillons essayés sont réalisés à partir de deux
types de poudres de cuivre. C3S poudres de cuivre diffèrent
essentiellement par leur granulométrie. Les deux courbes de
l'évolution du coefficient de frottement en fonction du temps
~ont pas la même allure, cependant la valeur finale du
coefficient de frottement est la même dans les deux cas.
La piste ne semble subir aucun dommage. Les traces
laissées sur les plaquettes sont de l'ordre du millimètre,
les rayures sont presque imperceptibles à l'oeil nu.

- 111 -
FICHE NO 14
Conditions de frottement
Type de contact : plan sur cylindre
Piste
acier XC 38
Charge
300 g
Vitesse
300 t/mn.
Matériau étudié
Ni Cu : 60 - 40
2
Pression de compactap,e
3.80 T/cm
Frittage
700°C
850°C
Durée
4 heures
Résultats
Les courbes de l'évolution du coefficient de frottement
en fonction du temps ont la même allure. Le coefficient sewble
d'autant plus élevé que la température de fritta~e est plus
élevée pour une même pression de compactage.

- 112 -
FICHE N° 15
Conditions de frottement :
Type de contact : plan sur cylindre
Piste
acier XC 38
Charge
300g
Vitesse
300 t/mn
Matériau étudié :
Cobalt
2
Pression de compactage
2,50 T/cm
Frittage
600e C
Durée
4 heures
Résultats (fig. NO 32-3) :
L'évolution du coeffici
de frottement en fonction du
temps est la suivante : le coefficient de frottement croit de 0,22,
atteint un palier horizontal 0,86.
La perte de poids subie par la plaquette est de 40mg.
La longueur de la trace de glissement est de 2m/m. L'état de
surface est moyen.

- 113 -
FICHE NO 16
Conditions de frottement :
Type de contact : plan sur cylindre
Piste
acier XC38
Charge
300g
Vitesse
300 t/mn
Matériau étudié
Cobalt
2
Pression de compactage
2.50 T/cm
Frittage
700°C
Durée
4 heures
Résultats (Fig. N° 32-4)
Le coefficient de frottement croit de 0.19 et atteint
un palier dont la valeur est 0.80. dès la première minute
de l'essai.
La perte de poids est de 6.5 mg. la piste est plus
endommagée que dans le cas précédent. les rayures sont en effet
plus profondes.
La valeur maximale du coefficient de frottement
est vite atteinte.

- 114 -
FICHE N°, 17-
,
• Conditions de frottement
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : acier XC 38
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
• Matériaux étudiés
Alliages cuivre-plomb préparés par mélange de poudres métalliques.
2
Pression de compactage
2,50 T/cm
Frittage - pré frittage : 3000 C
frittage : 6000 C
, étudiés : 20 "
30 %, 40 %, 50 %
• Résultats
Cu-Pb : 80-20 : le coefficient de frottement part de 0,19, valeur initiale et
atteint un palier horizontal dont la valeur est de 0,14.
Cu-Pb: 70-30 : (par mélange de poudres métalliques). Le coefficient de frotte-
ment part de la valeur initiale f
= 0,20, diminue jusqu'à atteindre la valeur
O
de 0,12 qu'il garde jusqu'à la fin de l'essai.
Cu-Pb : 60-40 : le coefficient de frottement part de la valeur initiale
f
= 0,20 atteint ap~ès deux minutes, la valeur de 0,14 qu'il garde pendant
O
un moment puis après 5 minutes d'essai, il se met à croître et atteint à la
fin de l'essai la valeur de 0,28.
Cu-Pb : 50-50 : le coefficient de frottement croît régulièrement en fonction
du temps et il semble se stabiliser à 0,48 après 6 minutes d'essai.

- 115 -
FICHE W" 16
• Conditions de frottement
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : acier XC 38
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
• Katériaux étudiés
Alliages cuivre-plomb préparés à partir des nitl'ates ou de coprécipitation
des oxalates.
2
Pression de compactage : 2,50 T/cm
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
%étudiés : 20, 30. 40
• Résultats
Cu-Pb: 80-20 : le coefficient de frottement part de la valeur initiale : 0,19
qu'il conserve pendant les ,3 premières minutes, puis il subit une légère aug-
mentation et se stabilise à 0,40.
Cu-Pb: 70-30 : le coefficient de frottement croît de 0,19 jusqu'à 0,29, puis
il décroIt jusqu'à 0,24 et ne varie plus.
Cu-Pb : 70-30 : le mélange, poudre de cuivre et oxyde de plomb PbO, dans les
proportions désirées, est homogénéisé dans un mortier d'agate et compacté à
2
2,50 T/cm • La quantité d'oxyde de plomb introduite, est telle qu'après
réduction et frittage simultanés, on ait un alliage Cu-Pb : 70-30.
Le coefficient de frottement croît régulièrement pendant les trois premières
minutes, puis il décroît pendant un temps bref. et se remet à croitre.
Cu-Pb : 60-40
(à partir des nitrates) le coefficient de frottement croît de
0,19 jusqu'à un maximum égal à 0,29, puis il décroît et atteint un palier
horizontal, égal à la valeur initiale.
Cu-Pb : 60-40 : (coprécipitation) : le coefficient de frottement décroît
régulièrement de sa valeur initiale f
= 0,19 et atteint à la fin de l'essai
O
la valeur de 0,18.

- 116 -
• Conditions de frottement
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : acier XC 38
Charge : 300 g
Vitesse : 500 t/mn
• Matériaux étudiés
Alliages Cu-Pb 80-20 préparé par mélange de poudres.
Alliages Cu-Pb 70-30 préparé par mélange de poudres.
Alliages Cu-Pb 60-40 préparé par coprécipitation d'oxalates.
• Résultats
a) Alliage Cu-Pb 80-20 : le coefficient de frottement part de 0,20,
reste constant au cours des troie premières minutes, puis il croit régulière-
ment et atteint la valeur de 0,42 à la fin de l'essai.
b) Alliage Cu-Pb 70-30
mêmes conditions que ce-dessus màis vitesse
variable.
On distingue plusieurs parties sur la courbe
• entre 1CO et 500 t/mn, le coefficient de frottement croit régulièrement avec
la vitesse.
• entre 500 et 700 t/mn, il décroît.
au-delà de 700 t/mn le coefficient de frottement croit, atteint presque la
valeur du premier maximum et se stabilise à cette valeur à partir de 950 t/mn.
c) Alliage Cu-Pb 60-40 : (coprécipitation d'oxalates) le coefficient
de frottement part de 0,19, croit réguli~rement, puis il subit après les 4
premières minutes d'essai, une augmentation et se stabilise à 0,34 à la fin
de l'essai.

- 117 -
f'T'C11F. N'" 2D
· Conditions de fr~t~tment
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : acier XC 3B
Charge : 500 g
Vitesse : 300 t/mn
· Matériaux étudiés
Alliages cuivre-plomb préparés par mélange de poudres métalliques
2
Pression de compactage
2,50 T/cm
Frittage
pré frittage
3000 C
frittage : 6000 C
%étudiés : 20 %, 30 %Pb
• Résultats
Cu-Pb : BO-20 : le coefficient de frottement croit régulièrement de O,2~,
atteint la valeur stable de 0,62, vers la fin de l'essai.
Cu-Pb: 70-30 : Le coefficient de frottement passe de 0,19, valeur initiale,à
0,29 pendant les 45 premières secondes, puis il diminue jusqu'à 0,22, reste
constant quelques instants et il se met à croître et atteint à la fin la
valeur de 0,50.

- 118 -
rICHE ·NC 21
• Conditions de frottement
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : acier XC 3B
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
• Matériaux étudiés
Alliages cuivre-plomb
2
Pressions de compactage
3,80 T/cm
Frittage : 7000 C
Durée : 4 heures
Les alliages sont préparés soit par mélange de poudres métalliques, soit à
partir des nitrates.
• Résultats
Cu-Pb: 75-25 : (obtenu par mélange de poudres métalliques). Le coefficient
de frottement croit plus ou moins régulièrement de 0,24 et semble se stabi-
liser à O,BB après trois minutes d'essai, il ne varie plus.
Cu-Pb
70-30: (obtenu par mélange de poudres métalliques). Le coefficient
de frottement croit de 0,40 jusqu'à O,B6, puis il diminue et acquier+. à la
fin de l'essai la valeur de 0,42.
Cu-Pb: 70-30 : (obtenu à partir des nitrates). La courbe de variation du coef-
ficient de frottement en fonction du temps a la même allure que celle obtenue
avec l'alliage préparé par mélange de poudres mais avec des valeurs de coeffi-
cient de frottement plus élevées. Le coefficient de frottement initial est
plus bas.

- 119 -
• Conditions de frottement
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : acier XC 38
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
• Mat€riaux
étudi€s
Alliages Ni-Pb. pr€parés
par mHange de poudres métalliques
2
Pression de compactage
2,50 T/cm
Frittage : préfrittage
3000 C
frittage : 6000 C
, €tudi€s
10. 20. 30. 40, 50 %
."
• R€sultats
Ni-Pb: 90-10 : le coefficient de frottement croit de 0,19 à 0,29. valeur qu'il
conserve pendant 2 minutes. il décroît ensuite jusqu'à u~e v~leur limite égale
à 0,18.
Ni-Pb: 80-20 : le coefficient de frottement croît de 0.19, atteint un maximum
égal à 0.24, i l décroît ensuite jusqu'à la valeur initiale et i l ne varie plus
jusqu'à la fin des essais.
Ni-Pb: 70-30 : la courbe de l'~volution du coefficient de frottement en fonc-
tion du temps est une ligne horizontale. La valeur du coefficient de frotte-
ment est égale à 0.19.
Hi-Pb : 60-40 : le coefficient de frottement part de 0.18, atteint après
deux minutes la valeur de 0.24 qu'il garde jusqu'à la fin des essais.
Hi-Pb : 50-50
Le coefficient de frottement croît régulièrement de 0.19
jusqu'à 0,34. valeur ~tt.inte après deux minutes d'essai et qui reste cons-
tante.

- 120 -
. (
FICHE NO 23
• Conditions de frottement
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : acier XC 38
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
• Matériaux étudiés
Alliages Ni-Pb préparés à partir des nitrates
Pression de compactage
2,50 T/cm2
Frittage : préfrittage
3000 C
frittage : 6000 C
, étudiés : 10, 20, 30, 40 %.
• Résultats
Ni-Pb: 90-10 : le coefficient de frottement croît régulièrement jusqu'à un
maximum, puis i l décroît jusqu'à une valeur limite de 0.19.
Ni-Pb : 80-20 : la courbe de variation du coefficient de frottement en fonction
du temps est une ligne horizontale. La valeur du coefficient de frottement est
de 0,29.
Ni-Pb : 70-30 : Le coefficient de frottement croît de la valeur initiale 0,22
atteint la valeur de 0,39, il décroît ensuite régulièrement et atteint après
3 minutes d'essai la valeur limite de 0,29.
Ni-Pb : 70-30 : (Ni + PbO) le processus de préparation est le même que celui
de l'alliage Cu-Pb (Cu + PbO fiche nO 13). Le coefficient de frottement croit
de 0,19 jusqu'à 0,58, puis il décroît régulièrement et atteint après 4 minutes
d'essai la valeur limite de 0,38.
Ni-Pb: 60-40 : Le coefficient de frottement croît de 0,16 jusqu'à 0,29,
valeur qui reste constante jusqu'à la fin des essais.

- 121 -
FICHE N9 24
• Conditions de frottement
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : acier XC 3B
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
• Matériau étudié
Nickel imprégné de plomb.
2
Une plaquette de nickel compacté à une faible pression (1.50 T/cm ) et frittée
à 3000 C pendant deux heures, est ensuite placée dans une nacelle et recou-
verte de petits morceaux de plomb. L'ensemble plaquette et plomb. est porté
à BOOO C. sous hydrogène. La plaquette est extr~ite ~0ndant que le plomb est
encore fondu.
· Résultats (figure nO 39-3)
Le coefficient de frottement croit sans cesse.

- 122 -
rICHE ~ 25
• Conditions de frottement
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : acier XC 38
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
• Matériaux étudiés
Alliages de nickel-plomb
2
Pression de compactage
3,80 T/cm
Frittage : 70ao C
Durée : ~ heures
Les alliages sont préparés par mélange de poudres métalliques ou à
partir des nitrates. Pour le premier nous avons utilisé deux variétés de
plomb :
- plomb fourni par MERCK
- plomb provenant de la réduction d'oxyde résultant de la calcination
d'oxalate de plomb.
• Résultats
Ni-Pb : 70-30 (par mélange de poudres) : la valeur stable du coefficient de
frottement est atteinte après la même durée d'essai pour les deux échantillons
(Fig. 49-3-3a et ~9-3-3b).
Ni-Pb : 70-30 (à partir des nitrates) : le coefficient de frottement croIt de
0,22 atteint la valeur de 0,30 qui reste constante pendant un moment après
il se remet à crottre et atteint à la fin de l'essai la valeur de 0,60.
(Fig. 41-4).

- 123 -
• Conditions de frottement
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : acier xc 38
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
• Matériau étudié
Alliage Nickel-plomb préparé par mélange de poudres
2
Pressions de compactage : 2,50 T/cm
Frittage : préfrittage : 3000 C
frittage : 6000 C
• Résultats
Il s'agit d'étudier l'influence de l'état de surface. L'échantillon
est poli aux papiers 220. 320. 600. Les rayures sont soit para11~les. soit
perpendiculaires au sens du mouvement.

- 124 -
• Conditions de frottement
Type de contact : cylindre sur cylindre
Piste : acier XC 38
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
• Matériau étudié
Alliages Ni-Pb 60-40 prÉÏparés .
- par mélange de poudres
- à partir des nitrates
Les plaquettes sont de forme circulaire.
• R6sultats
Hi-Pb 60-~ (mélange de poudres) : le coefficient de frottement part de 0.19.
atteint la valeur de 0,30, puis il décroît et se stabilise à 0,16 (Fig. 29-4-4b).
Hi-Pb 60-40 (à partir des nitrates) : le coefficient de frottement augmente
de 0,19 et atteint 0,26. il reste constant un moment, puis il se remet à
crottre et acquiert une valeur stable égale à 0,40 (Fig. 39-4-4a).

- 125 -
FICHE NO 28
• Conditions de frottement :
Type de contact
plan sur cylindre
Piste
acie~ XC38
Charge
300g
Vitesse
300 t/mn
Maté~iaux étudiés :
Te~ai~s Ni-Cu-Pb à 10% Pb
2
Pression de compactage
2,50T/cm
Frittage : p~frittage
300°C
frittage
600°C
~sultats
Ni-Cu-Pb : 80-10-10 : Le coefficient de frottement c~It de
0,19 jusqu'à O,3~, puis il déc~it jusqu'à 0,28.
Hi-Cu-Pb : 70-20-10 : Le coefficient de frottement c~it de 0,18
jusqu'à 0,28 il ne v~ie plus jusqu'à la fin des essais.
Nt-Cu-Pb : 60-30-10 : Le coefficient de frottement p~ de 0,19
reste constant pendant les 2 premières minutes, il subit ensuite une
augmentation et atteint la valeur de 0,34, puis i l diminue pour
acquéri~ à la fin de l'essai la valeur de 0,24.
Ni-Cu-Pb : 30-60-10 : Le coefficient de frottement croit de
0,19 jusqu'à 0,40.

- 126 -
FICHE N° 29
Conditions de frottement
Type de contact
plan sur cylindre
Piste
acier XC 38
Charge
300g
Vitesse
300t/rnn
• Matériaux étudiés :
Alliages ternaires Ni-Cu-Pb à 20 % Pb
2
Pression de compactage
2.50T/cm
Frittage
p~frittage
300°C
frittage
Résultats
Ni-Cu-Pb
60-20-20 : Le coefficient de frottement croit de
0.19 jusqu'à 0.26 et il ne varie plus.
Ni-Cu-Pb : 49-31-20 : Le coefficient de frottement croît à
partir de 0.19 et il ne cesse de croître jusqu'à la fin des
essais.
Ni-Cu-Pb :40-40-20
Le coefficient de frottement croit de la
valeur initiale f
=
o
0.19 et atteint après 30 secondes la
valeur de 0.30 qui reste constante pendant un moment. puis i l
crott de nouveau et se stabilise à 0.40. Fig : 42-3-36.
Ni-Cu-Pb : 20-60-20 : Le coefficient de frottement part d'une
valeur initiale fO' puis i l croit plus ou moins réguli~rement
et atteint apr~s 4 minutes d'essais la valeur stable de 0.38.

- 127 -
Ni-CU-Pb 60-20-20 : la courbe de l'évolution du coefficient du
frottement en fODction du temps d la même allure que celle obtenue
lors du frottement du même échantillon contre le cuivre. Mais la
valeur du coefficient de frottement est plus faible : 0.19.
Cu-Ni-Pb 60 - 20 - 20 : le coefficient de frottement croit de
0.22. jusqu'à 0.24. puis il diminue jusqu'à 0.16 et ne varie
plus jusqu'à la fin de l'essai.
Dans les deux cas. il y a dépôt de laiton sur les plaquettes.

- 128 -
FICHE NO 30
• Conditions de frottement :
Type de contact
plan sur cylindre
Piste
acier XC 38
Charge
300g
Vitesse
30ût/mn.
• Matériaux étudiés :
Alliages ternaires Ni-Cu-Pb à 30% Pb
2
Pression de compactage
2,50T/cm
Frittage
préfrittage
300°C
frittage
GOOoC
~sultats
Ni-Ou-Pb :50-20-30 : Le coefficient de frottement part de 0,20,
atteint la valeur maximale de 0,26, puis il décroît et atteint apr~s
4 minutes la valeur stable de 0,19.
Ni-Cu-Pb : 40-30-30 : Le coefficient de frottement croît de 0,18',
atteint la valeur maximale de 0,29 puis i l décroît jusqu'à 0,22
avant de se remettre à croître.

- 129 -
FICHE NO 31
Conditions de frottement :
Type de contact
plan sur cylindre
Piste
acier XC 38
Charge
300g
Vitesse
300 t/mn
• Mat~riaux étudiés :
Alliages ternaires Ni-Cu-Pb à 40%
2
Pression de compactage
2,50 T/cm
Frittage
Préfrittage
300°C
Frittap,e
600°C
Résultats
Ni-Cu-Pb : 50-10-40 : Le coefficient croIt assez régulièrement
de 0,19 jusqu'à la valeur maximale de 0,40, puis décroît et atteint
la valeur de 0,19 à la fin de l'essai.
Ni-Cu-Pb : 30-30-40 : Le coefficient de frottement croît régulièrement
il semble se stabiliser à 0,92 après 6 minutas.
Ternaires divers
Ni-Cu-Pb 50-35-15 : Le coefficient de frottement croît de 0,19
jusqu'à 0,48 puis il décroît jusqu'~ 0,22 à la fin des essais.
Ni-Pb-Cu
53-45-2
Le coefficient de frottement croît indéfiniment
Ni-Pb-Cu
2-45-53
Le coefficient de frottement part de la
valeur initiale 0,19 qui reste constante durant les 4 premières
minutes, il croît ensuite jusqu'à 0,38 et redécroît. légèrement,
après.
Ni-Cu-Pb
(obtenu à partir des poudres revêtues, le coefficient de
frottement croît régulièrement de 0,19 jusqu'à O,~8. puis il
décroît jusqu'à sa valeur initiale, qu'il conserve jusqu'à la fin
de l'essai.

- 130 -
.Conditions de frottement
TYPe de contact
plan sur cylindre
Piste
acier XC 38
300 g
Vitesse
300 t/mn
.Matériaux étudiés
Alliages cuivre-étain
2
Pression de compactage
2,50 T/cm
Frittage
6000 C
Les alliages sont p~parés soit par mélange classique de poudres métalliques
soit à partir des oxydes mixtes
•Résultats
Cu-Sn: 90-10 (mélange de poudres métalliques) :Le coefficient de frottement
crott de façon irTégùliare de 0,14 à 0,38 au cours des quatre premières
minutes. Le coefficient de frottement accuse apr~s une brutale aup,mentation
et atteint à la fin de l'essai la valeur de 0.70.
Cu-Sn: 90-10 (préparés à partir des oxydes mixtes) : Durant les quatre
premiares minutes. le coefficient de frottement croit de façon régulière de sa
valeur initiale : 0.19 et atteint la valeur de 0.30. Il subit ensuite une
brusque augmentation comme dans le cas précédent et acquiert à la fin de
l'essai la valeur de 0.80.

- 131 -
Cu-Sn: 90-10 (pr~paré à partir d'oxydes mixtes et de forme circulaire):
La courbe de l'évolution du coefficient de frottement part d'une valeur ini
tia1e : 0,62, atteint un maximum: 0,80, puis il décroît jusqu'à une valeur
limite qui reste constante jusqu'à la fin. Cette valeur limite est de 0,58" Les
différences essentielles avec les deux cas pr€c6dents
sont les suivantes :
- le coefficient de frottement est plus élevé.
- on a un coefficient de frottement limite stable et de valeur relativement
faible.
Hais dans tous les cas, la piste est recouverte d'une poussière
noire, l'~tat de surface est moyen sauf pour la plaquette préparée par mé1anffe
de poudres qui a montré- un début de grippage et pour laquelle on a des
rayures un peu profondes.
Cu-Sn: 84-16 (préparé à partir d'oxydes mixtes) : Le coefficient de frottement
croit régulièrement de sa valeur initiale 0,14 jusqu'à une valeur maximale
de 0,30, puis il décroît. Le frottement de cette plaquette se caractérise
par un bon ~tat de surface, il n'y a pratiquement pas de trace de frottement
sur la piste.La perte de poids subie par la plaquette est insignifiante.
Cu-Sn: 68-32:L& :oefficient de frottement croît r~gu1ièremen~ pendant les
trois premi~res minutes. Il passe de 0,19 àO,44. Puis il accuse une brutale
augmentation, et atteint la valeur de 0,90 , après quoi i l diminue et acquiert
une valeur limite de 0,80.
Il Y a apparition de rayures profondes sur la plaquette et sur la piste.Malgré
cette valeur élevée du coefficient de frottement, la perte de poids n'est
que de 7,9 mg.

- 132 -
FICHE NO 33
• Conditions de frottement
Type de contact
plan sur cylindre
Piste
acier XC 3B
Charge
300g
Vitesse
300 t/mn
• Matériaux étudiés
Alliages nickel-étain
2
Pression de compactage
2,50 T/cm
1er cas
Frittage
6000 C
Les alliages sont préparés soit par mélange de poudres métalliques soit à
partir d'oxydes mixtes
• ~suaats :
La caractéristique essentielle est la valeur élevée des coefficients de frot-
tement. Le coefficient semble d'autant plus bas que la proportion d' ~tain
est plus élevée. L'état de surface est moyen.
2
Pression de compactage
3,80 T/cm
2ème cas :
Frittage
7000 C
Le frottement de la plaquette est caractérisé par un coefficient de frotte-
ment stable et plus faible.

- 133 -
FICHE NO 34
• Conditions de frottement
Type de contact
plan sur cylindre
Piste
acier XC 38
Charge
300,g
Vitesse
300 t/mn
• Matériaux étudiés :
Alliages nickel-cuivre-étain
2
Pression de compactage
2.50 Tlem
Frittage
7000 C
• Résultats : ·(FtS. NO 47) :
Le frottement de ces alliages. quels que soient les- modes de préparat~ se
caractérise par :
- une valeur élevée du coefficient de frottement
- un lIIll.uvais état de surface
- une apparition sur les surfaces frottantes d'une poussi~re de couleur marron
- des arrachements de mati~res
L'essai se termine quefquefoijf. par un grippage.

- 134 -
FICHE NO 35
•. Conditions de frottement
Type de contact
plan sur cylindre
Piste
acier XC 38
Charge
300 g
Vitesse
300 t/am
• Matériaux étudiés:
Nickel-bronze et cobalt-bronze
2
Pression de compactage
3,80 T/cm
Frittage
8000 C
Durée
4 heures
Nous avons utulisé pour cette étude deux variétés de bronze
-bronze 2S GR fourni par BAUDIER POUDMET (Cu-Sn : 90-10), dont les grains
sont sphériques.
-bronze élaboré au laboratoire de la façon suivante : les oxydes de cuivre
et d'étain dans les proportions désir€es,
sont mélang6es intimement et r€duits
! 3000 C. Cette réduction est suivie d'un traitement thermique supplémentaire
à 4000 C pour avoir une meilleure adhérence du cuivre et de l'étain. Les
quantités d'oxyde pesées sont telles qu'après réduction nous ayons une poudre
de composition suivante: 90 %Cu et 10 %Sn (en poids).

- 135 -
rICHE NO 36
Bronze élaboré au laboratoire
• Nickel-bronze :88-12 : L'essai a d~ un peu plus d'une minute,en effet il
y a eu un grippage
qui s'est traduit par un fonctionnement saccadé et une
valeur ~lev~e du coefficient de frottement qui varie entre 0,6/ et 0,8. La
piste est littéralement labo~e, il y a arrachement de matières •
• Nickel-bronze :80-20 : Le coefficient de frottement est plus bas que dans
le cas préc'dent. Le coefficient de frottement croit de 0,24 à 0,30 puis il
d~eroIt jusqu'à 0,24 ,reste constant pendant un court instant et se remet à
croItre pour se stabiliser enfin à 0,34. Les deux parties frottantes sont très
propres. mais on note une accumulation de matière sur la plaquette et dans le
sens du ~ttement •
•..Nickel-bronze : 70-30 : Le coefficient de frottement part de 0,22 et se
stabilise jusqu'à la fin des essais. Il s'est produit un labourage de la piste
et l'essai s'est sold6 par un prippage.

- 136 -
rICHE N° 37
NICKEL-BRONZE
Bronze industriel
.NicKel"Bronze:75-25 : Le coefficient de frottement croît de 0,32, atteint
la valeur de 0,82 qui reste constante jusqu'à la fin de l'essai. La perte
de poids est de 12 mg, la longueur de la trace laissée par le frottement est
de 2m/m. La piste est très peu affectée. Les rayures sont visibles à l'oeil
nu sur la plaquette qui est recouverte d'une poussi~re couleur rouille •
•Nickel"Bronze:70-30 : Le coefficient de frottement part d'une valeur plus
basse :0.24 • et il ·croIt sans cesse, mais le coefficient de frottement atteint
à la fin de l'essai reste inférieur à celui de l'alliage à 25 %de bronze.
La perte de poids est de 32.2 mg. La longueur de la trace de frottemEnt est
de 2.5 rn/m. La plaquette p~sente des rayures très profondes et elle est re-
couverte d'une poussière marron. La piste est très endommagée •
•Nickel-Bronze 50-50 : Le coefficient de frottement croît de 0,22 ,jusqu'à
.un maximum dont la valeur est ~gale à 0,70 , puis il décroît jusqu"à une
valeur limite égale à 0,29. La perte de poids est de 15 mg, l'état de surface
est moyen.

- 137 -
rICHE N° 38
COBALT-BRONZE
Bronze élaboré au laboratoire
Cobalt-Bronze : 80-20 : Le coefficient de frottement part de 0,18 et atteint
la valeur de 0,24 qui reste constante durant tout l'essai. La perte de poids
est de 3,1 mg, la longueur de la trace est de 3 rn/m. Les rayures ne sont pas
perceptibles à l'oeil nu. Les deux zones frottantes sont propres. Il y a acc~­
mulation sur la plaquette et dans le sens du frottement, d'une poussière marron
• Cobalt-Bronze: 70-30 : La courbe de l'évolution du coefficient de frotte-
ment en fonction du temps a la même allure que celle obtenue avec l'alliage
à 20 \\, mais la valeur du coefficient de frottement est plus élevée.(O,36
contre 0,24). La perte de poids est de 37 mg. L'état de surface est moyen.

- 138 -
rICHE NO 39
COBALT-BRONZE
Bronze industriel
• Cobalt-Bronze: 95-5 : Le coefficient de frottement croit de 0.24 à 0.52
de façon ~guli~re, puis i l décroît jusqu'à 0.4. Il ne varie plus jusqu'à la
fin de l'essai. La perte subie par la plaquette est très faible(O,3 mg). les
rayures sont peu visibles à l'oeil nu. La piste est peu affectée.
• Cobalt-Bronze : 90-10 : La valeur du coefficient de frottement est plus
61e"e que dans le cas p~cédent. Le coefficient de frottement croit de 0,19
de façon régulière. atteint la valeur stable de 0,48. La trace laissée sue la
plaquette est longue et profonde. La perte de poids est de 34.5 m~. La piste
reY'e est recouverte d'une poussière de couleur marron.

- 139 -
FICHE NO 40
• Conditions de· frottement :
Type de contact : plan sur cylindre
Piste: acier XC~38
• Matériau étudi~ :
Alliage cuivre~étain-plomb
2
Pression de compactage : 3.80 T/cm
Frittage: 700'o C
• R6sultats ,
Cu-5n-Pb 88-8-4
On distinguera plusieurs cas
1er cas : Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
L'évolution du coefficient de frottement en fonction du temps est une lilme
droite. Le coefficient de frottement est tr~e faible : 0.19. On ne note aucune
trace de frottement sur la piste. La perte en poids est de 8.8 mg et la lon-
gueur de la trace de frottement est de 3.3 m/m.
2ème cas : Charge : 300g
Vitesse : 500 t/mn
Le coefficient de frottement décroît de 0.29 à 0.26 valeur qui reste constante
pendant les trois premi~res minutes. puis i l se met à croitre rép,ulièrement et
se stabilise à 0.39 avant la fin de l'essai. On note une faihle longueur de
trace de frottement. la piste n'est pas du tout affectée.
~ cas : Vitesse : 300t/mn
a - Charge : 350 g
La courbe obtenue est sensiblement la même que celle obtenue dans le premier
cas.
b - Charge : 500 g
Au coUrs des six premi~res minutes le coefficient de frottement croît de façon
réguli~re. puis l'augmentation devient brutale. l'essai est interrompu à cause
d'un début de grippage. Il s'est déposé sur l' echantillon une poussi~re noire.
ce qui n'a pas été observé lors des essais préc~dents. La longueur de l'emprein-
-te est de 2 rn/m.

- 140 -
FICHE N° 41
• Conditions de frottement :
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : acier XC 38
Charge : 300 g
Vitesse : 300t/mn
• Matériau étudié
Alliage cuivre- plomb-étain
2
Pression de compactage: 2.50 T/cm
Frittage : 6000 C
Les échantillons sont préparés par mélange de poudres métalliques •
•lésultats ~ riS. 49-~~la.
Cu-Pb-Sn : 80-10-10 :Le coefficient de frottement croIt régulièrement de 0.20.
sa valeur initiale atteint un maximum qui se situe à 0.70. puis il décroIt
jusqu'à une valeur limite qui est de 0.58. La perte subie par la plaquette est
de l'ordre du mg. La trace laissée par le frottement est de 2 rn/m.

- 141 -
rICHE NO 42
• Conditions de frottement :
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : "acier XC 38
Cha)'ge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
•Mat6riau",' étudiés':
Alliage cuivre-plomb-étain
cuivre-plomb-antimoine
2
Pression de compactage : 3,80 T/cm
Frittage : 7000 C
• R6sultats :
Cu-Pb-Sn :75-20-5 : Le coefficient de frottement constant reniant les six pre-
mUres minutes, accuse ens'!"'1te une légère augmentation et passe de 0,10 A 0,18.
La perte de poids de la plaquette est de 8,5 mg.
Cu-Ph-Sn : 72-25-3 : Le coefficient de frottement croIt de 0,10 à 0,18; puis
il d'croIt jusqu'à une valeur limite
0,08. La perte de poids est de 8,4 mg.
On a un bon état de surface dans les deux cas.
Cu-Pb-Sb : 60-38-2 : La courbe de l'évolution du coefficient de frottement en
fonction du temps est une ligne horizontale. La valeur du coefficie"'lt est de
0,19.
Cu-Pb-Sb : 54-40-6 : Le coefficient de frottement décroIt de 0,58 jusqu'à un
minimum dont la valeur est égale .i\\ 0,38, puis i l croIt et atteint sa valeur
initiale, il ne varie plus.

- 142 -
rICHE NO 43
• Canditions de frottement :
Type de contact : plan sur cylindre
Piste : acier XC 38
Charge : 300g
Viteese : 300 tl mn
• Matériaux étudiés :
Alliages nickel-plomb-étain et nickel-plomb-antimoine
• ~sultats :
2
Ni-Pb-Sn : aO-10-10 : (2.50 TI cm • 6000 C sous hydrogène) Le coefficient de
frottement part de 0.24.atteint un maximum : 0.40 puis il diminue lentement et
acquiert à la fin de l'essai la valeur de 0.30. La perte de poids est de 3.5 mg
et la longueur de la trace laissée par le frottement est de 2 mlm •
2
Ni-Pb-Sn : 70-20-10 : (2.50 T/cm • 6000 C sous vide statique en présence d'un
getter en titane) Le coefficient de frottement croit de 0,19 à 0.50. valeur
qui reste constante pendant un moment. Le coefficient de frottement augmente
lég~rement se stabilise à 0.60.
2
Ni-Ph-Sb : 70-20-fO : (2.50 T/cm • 6090 C sous vide statique en présence d'Ub
getter en titane) Le coefficiènt de frottement croit légèrement de 0.42 jusqu'à
o.ao, puis i l diminue lentement jusqu'à une valeur limite : 0.58.

- 143 -
FICHE NO 44
• Conditios de frottement :
Type de contact : plan sur cylin~l'e
Piste : acier XC 38
Charge : 300 g
Vitesse : 300 t/mn
• Matériaux étudiés
Alliages nickel-6tain-plomb et nickel-plomb-antimoine
2
Pression de compactage : 3,80 T/cm
Te~rature : 7000 C
• Résultats :
Ni-Sn-Pb : 88-8-4 : Le coefficient de frottement part de O,20,valeur initiale
et atteint ap~s une minute d'essai, la valeur de 0,39 et i l ne varie plus jus-
qu'a la fin de l'essai. La plaquette est un peu usée, elle a subi
une perte
de poids de 26 mg. La piste a un bon état de surface •
. Cètte plaquette s'est cpcportée moins bien que la plaquette à base de cuivre
de même concentration en plomb et en étain.
Ni-Pb-Sn : 88-8-4 :La courbe de l~~valQtion du coefficient de frottement a la
même allure que celle obtenue avec la plaquette Ni-Sn-Pb 88-8-4, mais la
valeur stable du coefficient de frottement est plus élevée(O,68 contre 0,39).
L'usure est faible, les rayures sont presque imperceptibles. La perte de poids
subie par la plaquette est de 15,4 mg. La piste est recouverte d'une poussi~re
noire qui semble la beurrer.
Ni-Pb-Sn : 75-20-5 : Dans les quatre premi~res minutes le coefficient de frot-
tement subit des fluctuations il se stabilise aprés à 0,62.
Hi-Ph-Sn : 72-25-3 : Le coefficient de frottement croit régulièrement de 0,19
aO,80, puis il diminue et atteint la valeur limite de D,54. La perte de poids
est de 8,5 mg
L'état de surface est moyen dans les deux cas.

- 144 -
Ni-fb.-~:
60-38-2: Le coefficient de frottement part d'une valeur initiale
égale à 0.26. atteint un maximum à 0.38. puis il diminue jusqu'à 0.28. valeur
qu'il con~erve jusqu'à 1ft fin de l'essai.
Ni-Pb-Sb : 54-40-6 : Le coefficient de frottement part de 0.28. reste constant
pendant la premi~re minute.puis il croIt et atteint la valeur de 0.38 qu'il
conserve pendant un moment avant de se remettre à croItre. On atteint à la fin
de l'essai la valeur de 0.48.

- 145 -
BIBLIORrAPHIE
l - ARTICLES ET OUVRAGES CITES DANS LE TEXTE
1
AMONTONS G. : Hist. Acad. R. Soc. (1699) Paris 206.
2
COULOMB A. : Mémoire de Math. et Phys. de l'Acad. Roy. de Sc. p. 161 (1785
3
PETROFF N.P. : Friction in machins and the effects of the lubricant Engng.
(1883) St Petersburg.
4
REYNOLDS 0.0. : On the theory of lubrification and its application to
Mr BEAUCHAMP Tower's experiments. Phil. Trans. R. Soc. London (1886) p. 11
5
SOMMERFELD A. : "Zur hydrodynamischen theorie der Schmiermi Hebreibung Z.
Math. und Phys. 50 p. 97 (1904).
6
GUMBEL L. : Einflus Schmierung auf die konstruktion Jahrbuch der Schiff -
bantechmischen.
7
HANOCQ
8
WOOG: Contribution à l'étude du graissage Delagrave - Paris (1926).
9
BOWDEN F.P. : le frottement Nature, 166 (30 août 1950) 330 - Discussion
sur le frottement Proc. Royal. Society A. 212 (1952) 446.
10
et 11
ERNST H., MERCHANT M.E. : Surface friction of clean metals. A basic
factor in the metal cutting process. Proc. special summer conf. on frictio
and surface. Finish Mass. Inst. Technology, Cambridge (June 1940).
12
R. COURTEL: les additifs, quelques études récentes, revue de l'I.F.P.
XVI nO 7-8.
13
CAUBET J.J.
Théorie et pratique industrielle du frottement. Edit. Dunod
Technip.
14
CAZAUD R. : Le frottement et l'usure des métaux. Les antifrictions.
15
GEORGES H.P.
Antifriction à base de plomb. Propriétés physiques et de
résistance à la c~~rosion.
16
PRICE J.W.
Métaux à base d'étain pour paliers. Metal Industry nO 20
(14 Nov. 1947).
17
JENKINS: Les cupro-plomb pour coussinet Metal Progress Août 1937.

- 146 -
18
PRATT G.C.:
_review of sintered metal bearings their production. proper-
ties and performance. Powder metal 1969, 12. (24) 356-386.
19
BUCKLEY D.H.: Cobalt, nO 38, 20 (1968)
20
FABRE G. : Les pla5tiques comme matériaux de frottement. Ind. Plastiques
nO 8 Juillet/Août 1959. 40-48.
21
MASSOT J. : Le frottement des matières plastiques. Industrie de plastiques
modernes nO 10 - Décembre 1961.
22
BARWELL F.T. : Recherches sur le frottement et l'usure de surfaces métal-
liques. Engineering (23-11-51) 649 - 651 - 30.11.51. 691 - 697.
23
C.E.T.I.M. : Manuel industriel de l'usure et du grippage. Matériaux du
commerce. Fascicule Provisoire.
24
FLECHON J. : Etude au laboratoire des dépôts chimiques de nickel.
Revue du nickel. Septembre-Octobre 1961. p. 123-125.
II - ARTICLES ETOUVP~GES CONSULTES
1
KIEFFER R. et HOTOP W. :
- Métallurgie des poudres Dunod Ed. (1947)
- Fer et aciers frittés Dunod Ed. (1951)
2
PARIS J. et PARIS R. : Obtention d'oxydes mixtes et des solutions solides
d'oxydes par décomposition des complexes organiques mixtes. Bull. Soc.
Chim. Fr. (1965) 1138 - 114.
3
Colloque sur le nickelage chimi~ue : Dépôt catalytique d'alliage Ni-P par
réduction chimique en solution aqueuse. Am. Soc. Test. M. A.S.T.M. special
Technipublication nO 265 (1959).
4
GUTZEIT G. : Industrial nickel coating by chemical catalytie reduetion
Transactions, Inst. Metal Finishing Vol. 33 (1956).
5
GUTZEIT G. and LAUDON R.W. : A pratical application of eleetroless nickel
plating. Plating vol. 41 (1954) p. 1284.
6
SAUBESTRE E.n. : Electroless copper plating American electroplater's
society vol. 46 (1959) p. 264.
7
PRATT G.C. : A review of sintered metal bearings : their production. proper-
ties, and performance Powder Metal (1969) 12. (24) 356 - 385.
8
MORGAN V.T.
the application of porous metal bearings powder metal (1969).
12 (24) 425 - 4~1.
9
BAYSHAU M.P. BAMS et EVAN J.A. : the properties of porous nickel produced
by pressing and sintering powder metal 19 p. 13-31. (1966).

- 147 -
10
EUDIER M. et MARGERAND R. : Pratica1 working conditions of sintered bearings
Powder Met. 1969, 12 (24) 417 - 425.
11
SCHWAZKOPF: Infiltration de produits frittés par un métal liquide Metal
Progress 57 (janvier 1950).
12
BROQUET C. : Etude pratique du frittage en présence d'une phase liquide
Revue du nickel (mars avril 1963).
13
COURTEL R.
- Les théories du frottement, la machine outil française nO 191, (1963)
p. 131 - 145.
- Le coefficient de frottement et sa mesure, Usine nouvelle nO de printemps
(1964).
- Sur l'observation de certains dommages périodiques causés aux surfaces
par le frottement et leur interprétation, compte-rendu Ac. Sc. 253
(1758 - 1760 - 1761).
- Sur un mécanisme de frottement de glissement complémentaire de celui de
l'adhésion, compte rendu Ac. Sc. 253, (1906 - 1908 - 1961).
- Les additifs, quelques études récentes, revue de l'I.F.P., 7, 8, XVI
(juillet, août 1961).
14
COURTEL R., BUCKLE H. et SEBILLEAU F. : Sur les propriétés antigrippantes
et la structure des couches sulfinuzées, compte rendu Ac. Sc. 238. 873 (1954).
15
BARWELL F.T. : Recherches sur le frottement des surfaces métalliques
Engineering, (23 novembre 1951) 649-651 et (30 novembre 1951) 691-697.
16
GOODZEIT C.L., HUNNICUT R.P. ROACH A.E. : Frottement et caractéristiques des
dommages de surface des métaux, U.T.A.C. Paris Traduction nO 55236, Product
Engineering (octobre 1955).
17
HUPPMANN W.J. : The tribological behaviour of polycristalline cobalt as
related to cristallographie texture and structure A.S.L.E. Trans. U.S.A.
(1973) 16 nO 2, 107-114.
18
HEURTEL A., GUlRALDENQ P.
Etude critique de la notion de solubilité vis à
vis de la compatibilité des métaux en frottement sec. Application aux proprié-
tés tribologiques de trois métaux cubiques C.F.C. Ag. Cu. Ni. ~taux -
Corrosion Ind. (1972) 47 nO 566 p. 344-359.
19
BELLANGER G.
Le frottement et l'usure à sec en relation avec les propriétés
physiques et chimiques des couches superficielles sousjacentes, Revue de
l'I.F.P. Réf. 3943, XV. (1 janvier 1960 et 2 février 1960).
20
NEUWEILLER H. : Usure et dispositif pratiques pour la mesure de l'abrasion.
Microtechnic (1950) 223, 308.

",;"!,,t""~~1;"'~~~"'~"ii:: ..,:';~;. '"
.,:f,
. , . - /
21
BISSON E. : Etude du frottement et de l'usure à des températures élevées"
(jusqu'à 815° C) ou basses (- 250° Cl. Revue de l'I.F.P. XVI, (Août 1961)
p. 485-508.
22
MARCELIN A.
- Le frottement et l'usure dans le cadre de la physique des surfaces,
Journal de Physique et le radium nO 8, "01. 12 (octobre 1951).
- Le frottement et l'usure en frottement direct dans l'huile, en relation
avec l'état de surface, revue de l'I.F.P. XIII, nO 9.
- L'usure en relation avec les régimes de frottement, revue générale de
mécanique 34 (1950), 67.
23
POMEY J. : Le frottement lubrifié sous conditions sévères, revue de l'I.F.P.
XII, nO 6.
24
BARBAS F. :
- Les techniques modernes récentes de préservation contre l'usure en
mécanique, Usine nouvelle (29 mai 1952).
- Le plomb auxiliaire de la prévention contre l'usure, Matériaux et Techniqt
nO 11 (novembre 1974).
25
GAUCHER A. et ZABINSKI B. : Nouvelles possibilités de frottement des
alliages de titane: Le Tifran 36, Entropie nO 63, (1975).
26
BUCKLEY D.H. : Adhérence, friction et usure du cobalt et de ses alliages,
Cobalt nO 38 (mars 1968).
27
WARD R.
Mise au point et évaluation d'un matériau de frottement à sec au
cobalt, Cobalt (juin 1975).
28
WILSON F.G. et WARD R. : Comportement du cobalt poreux à l'usure sans
lubrifiant, Cobalt nO 55 (juin 1972).
29
Les matériaux antifrictions, Techniques mondiales (novembre 1966).
30
WILSON R. : Discussion meeting, Friction of metals, Influence of oxide film
of metallic friction, Proceeding of
and physical sciences, 212, (22 May
31
RUTSU TAKAGI et YUKU TSUYA : Effect
the wear rate of
unlubricated sliding meta1s,
• 1962).
32
KELLER D.
Adhesion between
(sept.oct. 1963)
33
BLOUET J.
Le frottement et l'usure, Journées d'études des 5 et 6 déc. 196E
34
HALLING J. : Principles of tribo10gy.
35
BAUDRY J. : Contribution à l'étude du frottement lubrifié. Thèse soutenue
le 18 mars 1957 à la Faculté des Sciences de l'Université de Paris.