Les revêtements sont employés principalement pour améliorer les propriétés des roulements en termes de résistance à la corrosion, à l’usure et aux conditions de lubrification médiocres, d’isolation électrique, etc. Dans ce domaine de connaissances, SKF jouit d’une expérience de plus de 20 ans et compte à son actif plusieurs produits introduits sur le marché avec succès.

La valeur ajoutée des revêtements
Dans la majorité des cas, le recours aux revêtements vise à améliorer les performances des roulements en acier pour roulements standard. L’application sur les substrats de matériaux dotés des propriétés souhaitées améliore sensiblement les propriétés du roulement.

Certains revêtements sont déposés sous forme de couches extrêmement fines. Grâce à cette faible épaisseur (de l’ordre du micron), il est possible d’utiliser les roulements sans modification des tolérances. Cela permet de prélever des roulements standard sur la ligne de production sans avoir à effectuer de coûteux réglages des machines.

La plupart des revêtements confèrent aux roulements un aspect unique. Cette nette distinction par rapport aux produits conventionnels peut être exploitée comme argument de marketing et souligne la capacité de l’entreprise à lancer des produits novateurs.

Les revêtements offrent souvent une bonne solution intermédiaire entre l’acier pour roulements standard et les matériaux céramiques. Pour certaines applications, les éléments roulants en céramique se révèlent assez coûteux, pour d’autres le revêtement céramique peut se substituer aux éléments roulants en céramique lorsque ceux-ci ne font pas l’objet d’une fabrication. Dans ce type de situations, il est possible d’obtenir les performances souhaitées à partir de roulements standard grâce à l’application de revêtements.

 

Survol des technologies de revêtement
La se bild ure 1 récapitule les technologies de revêtement utilisées par SKF. Chez SKF, la diffusion et l’implantation ionique sont considérées communément comme des techniques de revêtement.

Cet aperçu présente des technologies traditionnelles.

 

Projection thermique et projection plasma
Le procédé de projection plasma consiste à projeter un matériau en fusion sur une surface de manière à obtenir un revêtement uniforme et dense. Le matériau est injecté sous forme de poudre dans une torche à plasma à très haute température. Il y est chauffé rapidement et atteint une vitesse de projection très élevée. Au contact du substrat, le matériau en fusion refroidit rapidement, formant un revêtement. L’avantage de la projection plasma est de permettre la projection de matériaux dont le point de fusion est très élevé comme l’oxyde d’aluminium Al₂O₃.

La marque INSOCOAT de SKF renvoie à un revêtement Al₂O₃ isolant électrique capable de résister à des tensions pouvant atteindre 3 000V CC. INSOCOAT est un véritable succès sur le marché depuis plus de 20 ans (se bild . 2).

 

Revêtements en composite PTFE
Les revêtements en PTFE sont employés pour éviter les effets de broutage et la corrosion sur les bagues de roulements. Ils sont également utilisés pour la zone de glissement des rotules autolubrifiantes.

Le PTFE est un matériau complètement inerte qui n’adhère pas facilement. Sa structure rappelle la cire, il est impossible de le fixer sur une surface. Pour les rotules, trois procédés différents peuvent être employés pour assurer l’adhérence des couches de PTFE sur les surfaces techniques : bronze fritté, tissu de PTFE (se bild . 3) et composite PTFE.

Le bronze fritté est constitué d’une tôle d’acier revêtue de cuivre sur laquelle est frittée une fine (0,3 m d’épaisseur) couche de bronze. Les pores de cette grille sont remplis de PTFE et de MoS₂ qui forment une surcouche de 10 à 30 µm d’épaisseur.

Le matériau le plus courant est le tissu de PTFE (se bild . 3). Le PTFE et les fibres de verre s’entrelacent pour former un tissu double face. Le tissu de support est fait de fibres de verre pures. Les deux tissus sont imprégnés de résine synthétique et laminés pour former le matériau de la couche de base d’une épaisseur moyenne de 0,6 mm. Ce matériau est collé sur le support par le biais d’un procédé spécial.

Le composite PTFE est un polyamide renforcé par de la fibre de verre et associé à des additifs de PTFE. Par rapport aux deux techniques mentionnées précédemment, les propriétés conférées par cette troisième solution en termes de pression spécifique et de plage de températures sont moins avantageuses.

 

PVD (dépôt physique en phase vapeur)
Les pièces, retenues par des fixations spéciales, sont introduites dans une chambre à vide chauffée. Les surfaces sont d’abord bombardées par des ions d’argon afin de les nettoyer. La source de pulvérisation est soumise à un potentiel négatif élevé. Lors de l’impact avec la source, les décharges gazeuses provoquent une évaporation du matériau de revêtement. Un gaz réactif véhicule le revêtement évaporé. Les particules pulvérisées sont projetées sur la cible (se bild . 4).

Ce procédé permet généralement de déposer de très fines couches de métal et de carbone. NoWear (se bild . 5) et le MoS₂ mélangé à du métal sont des revêtements utilisés par SKF représentatifs de cette technologie.

 

Dépôt électrochimique
La dissolution d’un sel métallique dans l’eau produit des ions chargés positivement. On parle alors de solution électrolytique. Le passage d’un courant électrique suffisant a pour effet de réduire les ions métalliques en un métal solide. Ce procédé est communément appelé dépôt électrolytique ou électrochimique.

Ni, Cr, Zn/Fe, Ag et Au peuvent être déposés par voie électrochimique. Le nTDC (revêtement nodulaire d’une fine couche de chrome dense) est un revêtement résistant à la corrosion doté d’un faible coefficient de frottement.

 

Implantation
Sous l’effet d’un procédé spécial de projection à froid, des micro-particules de lubrifiant solide s’incrustent dans le matériau à une profondeur de quelques microns. Le matériel d’implantation ionique est généralement constitué d’une source ionique qui produit des ions de l’élément souhaité. Les ions sont accélérés électrostatiquement et bombardent la cible (se bild . 7).

Microseal, procédé mis au point par Microseal Industries (suffixe de désignation SKF VL049), est un exemple de revêtement obtenu par implantation à partir de MoS₂. Il est utilisé pour réduire le frottement et l’usure.

 

Assurance qualité et méthodes de mesure
Il arrive parfois que les méthodes de mesure conventionnelles ne puissent être appliquées pour déterminer les propriétés d’un revêtement. C’est notamment le cas en présence d’une couche de très faible épaisseur ou de combinaisons de différents matériaux. Pour répondre à ce type de besoins, de nouvelles méthodes de mesure ont été mises au point.

 

Mesure du coefficient de frottement et de la résistance à l’usure
L’équipement repose sur deux éléments principaux : une bille et un disque qui tournent de manière indépendante (se bild . 6). L’ajustement de la vitesse entraîne un contact roulant ou de glissement dans la zone de contact. Le coefficient de frottement est déterminé de la façon suivante
µ = F_r/F_n, avec F_r = force de frottement et F_n: force normale

Le coefficient d’usure se mesure sur la base de la durée au bout de laquelle l’usure du revêtement apparaît. L’enlèvement du revêtement est indiqué par une modification du coefficient de frottement.

 

Dureté
L’essai d’indentation permet de mesurer la dureté de couches très fines. La diagonale de l’empreinte d’indentation en forme de pyramide sert de base au calcul de la dureté selon les formules de Vickers. Il convient de veiller à ce que la profondeur de pénétration n’excède pas 10 % de l’épaisseur du revêtement pour éviter que le matériau du substrat influe sur le résultat. Il n’existe aucune norme en matière de mesure de la microdureté des revêtements de faible épaisseur.

 

Adhérence
L’essai Rockwell C et l’essai de rayage sont les deux méthodes les plus courantes.

La mesure de l’adhérence au moyen de l’essai Rockwell C VDI 3824 s’effectue de la même manière que pour un essai de dureté Rockwell C normalisé (se bild . 8). La taille et l’aspect des écailles de revêtement autour et à l’intérieur de l’empreinte sont analysés à l’aide d’un microscope optique et comparés à une série d’images.

L’essai de rayage VDI 3824 constitue une autre méthode. Un cône Rockwell se déplace à la surface de l’échantillon (se bild . 9). La charge appliquée sur le pénétrateur est augmentée progressivement. La rayure est inspectée au microscope afin de déterminer la charge critique. La distance entre le point de départ de la marque et le point de rupture indique la charge critique. La charge critique est atteinte lorsque le revêtement commence à s’écailler.

 

Épaisseur du revêtement
L’analyse par fluorescence X (XRF) VDI 3824 constitue une méthode non destructive. La surface est exposée à un rayonnement X. Le spectre des rayons X renvoyés par le revêtement est utilisé pour mesurer l’épaisseur de celui-ci.

Les mesures effectuées à l’aide d’un microscope optique sur la coupe métallographique après rectification sphérique (se bild . 10) constituent une méthode destructive, souvent appelée Test de Calo, mise en œuvre de la manière suivante : la surface du substrat est rectifiée selon une forme sphérique à l’aide d’une bille et d’une pâte de diamant. Les mesures effectuées sur le cratère ainsi formé permettent de calculer l’épaisseur du revêtement.

 

Conclusions
Ce document présente plusieurs revêtements déjà introduits sur le marché avec succès. NoWear, par exemple, jouit d’un positionnement clair sur le marché où il est réputé pour lutter contre le grippage et réduire le frottement.

D’autres recherches seront effectuées en mettant l’accent sur les différentes fonctions des revêtements. Concrètement, les travaux de développement viseront à mettre au point de nouveaux produits sources de valeur ajoutée pour des applications ou des segments spécifiques. Un revêtement polyvalent répondant à la majorité des besoins est peu probable.

Pour développer les activités dans ce domaine, il suffit que les revêtements ne soient plus envisagés uniquement comme une solution d’urgence après une défaillance de roulement. Plus important encore, il convient de se pencher sur les technologies de revêtement à un stade précoce du processus de développement afin de lutter de manière proactive contre les dysfonctionnements de roulements.

Répondre aux attentes des clients est la clé pour que les efforts de développement à venir soient couronnés de succès.