Un outil pour étudier le mécanisme de tribocorrosion

Plusieurs facteurs contribuent à la dégradation des matériaux

Le processus de tribocorrosion implique une interaction mécanique et électrochimique entre les corps dans un mouvement relatif. Les composants mécaniques du processus de tribocorrosion sont généralement l'usure par glissement, l'abrasion, les dommages dus à la cavitation, le frottement, la tribo-oxydation et l'érosion des particules solides. Il est important de comprendre le mécanisme de tribocorrosion pour la recherche et le développement de nouveaux matériaux pour des applications de service impliquant une action simultanée d'agents mécaniques et électrochimiques sur des composants d'ingénierie. De telles études peuvent fournir des avantages considérables aux industries automobile, biomédicale, chimique, alimentaire, géothermique, marine, minière et pétrochimique, en termes de réduction des pertes de matériaux et d'amélioration de la performance et de la fiabilité des produits.

Système de test de tribocorrosion

Le système de test Tribocorrosion de Bruker est construit sur la plate-forme UMT et offre un contrôle précis de la charge, de la vitesse et de la position. La conception modulaire de l'UMT garantit flexibilité et simplicité sur une seule plate-forme matérielle et logicielle. Il mesure la force de frottement et la force normale pour obtenir le coefficient de frottement (COF) en fonction du temps. La cellule de tribocorrosion est équipée d'un système de mesure électrochimique à trois électrodes qui fournit le taux d'enlèvement des matériaux. Le système de test est également capable d'effectuer des tests à des températures élevées.

Méthode d'essai

Récemment, le cuivre a été étudié comme matériau modèle pour l'expérimentation tribocorrosion dans une solution de chlorure de sodium (Fig.1). Le test de tribocorrosion a été réalisé en utilisant une boule d'alumine comme contre-échantillon.

tribocorrosion test of copper
Figure 1. Tribocorrosion test of copper in chloride media.

Les tests de polarisation électrochimique (figure 2) ont été réalisés avec une électrode de référence Ag / AgCl standard et une contre-électrode Pt. Les mesures électrochimiques ont été effectuées pendant l'essai de tribocorrosion, avec et sans usure de glissement. Les données de test de polarisation électrochimique ont été utilisées pour obtenir la contribution chimique (KC) à la dégradation du cuivre. La contribution du composant mécanique (KM) à la dégradation du cuivre lors du processus de tribocorrosion a été obtenue par une mesure directe de la cicatrice d'usure après l'essai, avec et sans protection cathodique.

polarization plot from tribocorrosion test
Figure 2. A polarization plot during tribocorrosion test.

Un paramètre (ξ) a été obtenu en prenant le rapport de KC sur KM. Le mécanisme de dégradation au cours du processus de tribocorrosion a été défini par la valeur de ξ. La valeur suggère quel processus prédomine sur l'autre (figure 3) dans un processus de tribocorrosion particulier.

Mechanism of tribocorrosion
Figure 3. Mechanism of tribocorrosion.

Lorsque la valeur de ξ est inférieure à 0,1, l'usure est le facteur qui contribue le plus à la dégradation des matériaux. À l'autre extrême, où la valeur de ξ est supérieure à 10, le processus prédominant pour la dégradation des matériaux est la corrosion. Pour les valeurs intermédiaires entre les deux extrêmes, l'usure et la corrosion contribuent significativement à la perte de matière, cependant, l'un a un effet un peu plus élevé que l'autre.

Résultats

La valeur de ξ pour la tribocorrosion du cuivre dans les milieux chlorés était de 0,18. Selon le schéma linéaire de la Fig. 3, le cuivre se dégrade par le mécanisme de la corrosion par usure, l'usure mécanique apportant un peu plus de contribution que la corrosion. La corrosion par l'usure est le principal mécanisme de dégradation du cuivre dans les conditions d'usure du bardage dans les milieux chlorés. Le système d'essai de tribocorrosion de Bruker est un outil exceptionnel pour élucider les divers mécanismes qui contribuent à la dégradation des matériaux pendant le processus de tribocorrosion.