Bases de la tribologie

Bases de la tribologie

Les dépenses de surveillance et de maintenance de l'état des machines constituent un coût important dans une aciérie. La tribologie aide à réduire ces dépenses. La tribologie est un nouveau mot inventé par le Dr H. Peter Jost en Angleterre en 1966. "Le rapport Jost", fourni au Parlement britannique - Ministère de l'éducation et des sciences, indiquait "des économies potentielles de plus de 515 millions de livres sterling par an pour l'industrie en meilleure application des principes et pratiques tribologiques ». Mais la tribologie n'est pas un domaine nouveau.

La tribologie vient du mot grec « tribos », qui signifie frotter ou frotter. Et du suffixe, "ologie" signifie l'étude de. Par conséquent, la tribologie est l'étude du "frottement", ou "l'étude des choses qui frottent".

La tribologie est la science et la technologie des surfaces en interaction en mouvement relatif. C'est l'étude (Fig 1) de (i) la friction, (ii) l'usure et (iii) la lubrification.

Fig 1 Étude de la tribologie

La tribologie est la science et la technologie des surfaces en interaction en mouvement relatif et est communément connue sous le nom d'étude du frottement, de l'usure et de la lubrification. C'est la science et la technologie de la lubrification par friction et de l'usure et elle revêt une importance considérable dans la conservation des matériaux et de l'énergie. C'est un savoir ancien d'une grande importance quand il s'agit de tout ce qui est en mouvement mais en tant que discipline scientifique la tribologie est plutôt nouvelle.

La tribologie, bien que l'une des plus anciennes disciplines de l'ingénierie, est l'une des sciences classiques les moins développées à ce jour. La raison en est que la tribologie n'est ni vraiment une discipline unique ni bien représentée par des processus en régime permanent. Il implique toutes les complexités des matériaux.

La tribologie est de nature multidisciplinaire et comprend l'ingénierie mécanique (en particulier les éléments de machine comme les paliers lisses et à rouleaux et les engrenages), la science des matériaux, avec la recherche sur la résistance à l'usure, la technologie des surfaces avec analyse de la topographie de surface et les revêtements, et la chimie des lubrifiants et des additifs. Les disciplines relativement plus récentes de la tribologie sont notamment (i) la bio-tribologie, qui comprend (entre autres) l'usure, la friction et la lubrification des prothèses articulaires totales, et (ii) la nano-tribologie, où la friction et l'usure sont étudiées sur le échelles micro et nano.

Dans toute machine, il existe de nombreux composants qui fonctionnent par frottement (roulements, engrenages, cames, pneus, freins, segment de piston, etc.). Parfois, il est souhaitable d'avoir un faible frottement, pour économiser de l'énergie, ou un frottement élevé, comme dans le cas des freins. La tribologie trouve des applications dans tous les secteurs industriels y compris la sidérurgie.

En raison des progrès technologiques, la conservation des matériaux et de l'énergie devient de plus en plus importante. L'usure est une cause majeure de gaspillage de matériaux, de sorte que toute réduction de l'usure peut entraîner des économies considérables. Le frottement est une cause principale de dissipation d'énergie et des économies considérables sont possibles grâce à un meilleur contrôle du frottement. La lubrification est le moyen le plus efficace de contrôler l'usure et de réduire les frottements.

La tribologie est l'introduction d'une substance entre les surfaces de contact des pièces mobiles pour réduire les frottements et dissiper la chaleur. La sélection du meilleur lubrifiant et la compréhension du mécanisme par lequel il agit pour séparer les surfaces d'un roulement ou d'autres composants de la machine est un domaine d'étude majeur en tribologie.

La lubrification est effectuée pour minimiser le frottement entre deux surfaces en interaction en mouvement relatif. Le frottement se produit parce qu'une surface solide n'est jamais microscopiquement lisse. Même la meilleure surface usinée présente des pics et des creux appelés « rugosité ». Lorsque deux de ces surfaces entrent en contact, seuls les pics sur les surfaces entrent en contact réel. Ces contacts supportent la charge normale et se déforment plastiquement et se soudent à froid. En fonction de l'ampleur de la charge normale, de plus en plus de points hauts ou de pics entrent en contact et la "zone réelle" de contact augmente par rapport à la "zone apparente", qui est la zone géométrique des surfaces en contact. Ce phénomène s'appelle l'adhésion.

On pense que le frottement est causé par cette adhérence. Lorsque deux de ces surfaces doivent être déplacées l'une par rapport à l'autre, une certaine force est nécessaire pour cisailler ces contacts. Cette force est appelée force de frottement. La tribologie aide à mieux visualiser conceptuellement les problèmes de frottement, d'usure et de lubrification impliqués dans le mouvement relatif entre les surfaces.

La tribologie est une science complexe avec peu de possibilités de calculs théoriques de frottement et d'usure. Par conséquent, la tribologie est fortement associée à des applications pratiques qui rendent précieux le travail d'élaboration et l'expérience empirique. Les propriétés tribologiques sont de la plus haute importance pour les matériaux en contact et le système est sensible aux conditions de fonctionnement et à l'environnement. Pour comprendre le comportement tribologique, des connaissances en physique, chimie, métallurgie et mécanique sont nécessaires ce qui rend la science interdisciplinaire. En optimisant le frottement et l'usure dans les applications technologiques, telles que les composants de machines ou les systèmes de travail des métaux, il est possible d'économiser à la fois l'environnement et les coûts.

Frottement

Le frottement peut être défini comme la résistance au mouvement d'un corps contre un autre et est de la plus haute importance dans les opérations de travail des métaux. Le frottement n'est pas un paramètre matériel, mais une réponse du système sous la forme d'une force de réaction. Cela dépend par ex. température, humidité, charge, propriétés mécaniques et topographie de surface. Généralement, la loi de frottement, connue sous le nom de loi d'Amonton-Coulomb, décrit le coefficient de frottement (M) comme le rapport entre la force de frottement Ft (force tangentielle) et la force normale Fn (charge).

M =Ft/Fn

Cette loi est supposée exacte dans les contacts tribologiques avec des pressions de contact ordinaires (comme le sont la plupart des contacts autour) et est souvent appelée frottement de Coulomb. Lors du contact, le frottement peut généralement être divisé en deux composantes à savoir (i) la composante adhésive (Ma) et la composante labourante (Mp).

M =Ma + Mp

La composante adhésive est liée aux matériaux en contact et est contrôlée par la force adhésive agissant au niveau des zones de contact réel, c'est-à-dire les aspérités des surfaces. La force adhésive provient de la force nécessaire pour rompre les liaisons inter-surfaces lorsque les surfaces glissent les unes contre les autres. Par conséquent, l'adhérence des deux solides en contact est importante et dépend de la chimie des surfaces tribo dans l'interface de glissement.

La composante de labour provient de la force de déformation agissant lors du labour du matériau le plus mou en contact avec les aspérités de surface du matériau le plus dur et est liée à la topographie de surface. De plus, les particules d'usure durcies par déformation attachées à l'interface agissent comme un labour.

Une partie supplémentaire à la composante de labour est la déformation des aspérités qui est liée à la déformation des aspérités au niveau micro.  

Mécanismes d'usure

Dans les contacts tribologiques, l'usure se produit en raison de l'interaction entre les deux surfaces en contact et implique un enlèvement progressif des matériaux de surface, c'est-à-dire une perte de matière. L'usure des matériaux en contact est, au même titre que le frottement, un paramètre du système. Les mécanismes d'usure importants peuvent être l'usure par abrasion, adhérence, fatigue et tribochimie. Il existe généralement une combinaison de mécanismes d'usure dans un contact. Il existe une relation entre le frottement et l'usure. Souvent, un faible frottement entraîne une faible usure. Cependant, ce n'est pas une règle générale et il existe de nombreux exemples montrant un taux d'usure élevé malgré un faible frottement.

Usure adhésive 

Par usure adhésive, on entend les dommages résultant du frottement de deux corps métalliques sans la présence volontaire d'un agent abrasif. L'usure par abrasion est caractérisée par l'endommagement d'une surface par un matériau plus dur introduit entre deux surfaces frottantes depuis l'extérieur. La sévérité de l'usure par abrasion dépend de la taille et de l'angularité des particules abrasives ainsi que du rapport entre la dureté du métal et les particules abrasives, plus la tendance à l'usure.

L'usure adhésive provient du contact par cisaillement entre les sévérités de deux solides en mouvement relatif. Lors du glissement, des déformations élastiques et plastiques des aspérités se produisent, créant une zone de contact où les forces de liaison donnent une forte adhérence et les surfaces se soudent ensemble. L'usure adhésive se produit lorsque le mouvement relatif tangentiel provoque une séparation dans la masse des aspérités dans le matériau plus mou au lieu de dans l'interface et donc le matériau est retiré.

La zone de contact réelle est constituée de toutes les zones d'aspérités soudées sur les surfaces et lors du glissement, l'enlèvement de matière entraîne une usure qui peut être mesurée en diminution de volume ou de poids. Cependant, il est plus courant de présenter l'usure sous la forme d'un taux d'usure ou d'un coefficient d'usure. Le taux d'usure est normalement défini comme le volume d'usure par distance de glissement et charge.

Usure abrasive

L'usure par abrasion fournit une déformation plastique importante du matériau de surface et se produit lorsque l'une des surfaces en contact est sensiblement plus dure que l'autre. C'est ce qu'on appelle l'abrasion à deux corps. L'abrasion se produit également généralement lorsque des particules plus dures sont introduites dans le système tribo. C'est ce qu'on appelle l'abrasion à trois corps lorsque la particule n'est attachée à aucune surface et l'abrasion à deux corps lorsque la particule est attachée à l'une des surfaces en contact. Par conséquent, le matériau plus dur des deux en contact peut être usé par abrasion. Les aspérités ou particules pointues et dures sont pressées dans la surface la plus molle, ce qui entraîne un écoulement plastique du matériau le plus mou autour du plus dur. En raison du mouvement tangentiel, la surface la plus dure raye la plus douce lors d'une action de labour, ce qui entraîne une usure et des rayures ou des rainures restantes. L'usure par abrasion peut en outre être classée dans différents mécanismes d'usure tels que la micro-coupure, la micro-fatigue et le micro-écaillage. Le taux d'usure abrasive est défini de la même manière que pour l'usure adhésive.

Usure de fatigue

L'usure par fatigue est essentielle dans les matrices et les outils chargés périodiquement, tels que les rouleaux. Dans les outils chargés, la surface est en compression et des contraintes de cisaillement sont générées sous la surface. Le chargement répété provoque la génération de microfissures, généralement sous la surface, à un point de faiblesse, tel qu'une inclusion ou une particule de deuxième phase. Lors du chargement et du déchargement ultérieurs, la microfissure se propage et les vides fusionnent. Lorsque la fissure atteint une taille critique, elle change de direction pour émerger de la surface et une particule plate en forme de feuille se détache. Ceci est également connu sous le nom d'usure par délaminage ou, si la particule est relativement grosse, on parle d'écaillage. Lorsque le chargement normal est combiné au glissement, l'emplacement de la contrainte de cisaillement maximale se déplace vers la surface et les fissures de fatigue peuvent alors provenir de défauts de surface.

Comme tous les processus d'usure, l'usure par fatigue est influencée par un grand nombre de variables. Pour réduire l'usure par fatigue, il faut éviter les élévateurs de contraintes externes et internes et assurer une interface solide entre la matrice et les particules de seconde phase. Une autre complication survient lors du travail à chaud, où un chauffage soudain entraîne une dilatation de la surface et la génération de contraintes entre la surface et le matériau en vrac. Après contact, le refroidissement de la surface induit à nouveau des contraintes. En combinaison avec les contraintes dues au chargement, la fatigue thermique se produit, entraînant un réseau de fissures en forme de mosaïque appelé fissuration ou fissuration au feu. La fatigue peut également provoquer une défaillance catastrophique soudaine de l'outil, telle qu'une défaillance complète des rouleaux.

Usure chimique tribo

Dans l'usure tribochimique, le processus d'usure est dominé par des réactions chimiques au contact et le matériau est donc consommé. Ici, les conditions environnementales en combinaison avec les mécanismes de contact mécanique sont d'une grande importance. L'action chimique, telle que la diffusion ou la dissolution, n'est pas un mécanisme d'usure en soi, mais est toujours en combinaison et en interaction avec d'autres mécanismes d'usure. Il peut être plus correct de parler de différents mécanismes d'usure mécanique et de considérer les effets chimiques comme un paramètre d'influence supplémentaire qui modifie les propriétés matérielles de la surface en contact.

Formation de film Tribo

Les températures et pressions locales élevées obtenues dans le contact de surface lorsque deux corps glissent l'un contre l'autre entraînent une déformation locale par cisaillement et une fracture des surfaces. Les températures localement élevées peuvent accélérer les réactions chimiques ou faire fondre les surfaces localement et une usure se produit. Cependant, ces conditions ne doivent pas nécessairement être uniquement destructives pour les surfaces mais peuvent permettre de former des films tribo avec de nouvelles propriétés tribologiques. Habituellement, les films tribo sont divisés en deux groupes, à savoir le film tribo de type transformation et le film tribo de type dépôt. Les deux modifient la topographie de surface, la chimie et les propriétés mécaniques. Dans la formation du film tribo de type transformation, la transformation de la surface d'origine est obtenue par déformation plastique, transformation de phase, diffusion, etc. sans aucun transfert de matière. Au contraire, le film tribo de type dépôt n'est obtenu que par transfert de matière, c'est-à-dire par des molécules de la contre-surface, de l'environnement ou par des débris d'usure. En conséquence, la topographie de surface, la réactivité chimique et l'adhérence peuvent influencer la formation d'un film tribo.

Lubrification

Les lubrifiants sont principalement utilisés pour réduire à la fois le frottement (et souvent par conséquent les vibrations) et l'usure. Ce sont des agents introduits entre deux surfaces en mouvement relatif pour minimiser les frottements. La sélection et l'application des lubrifiants sont déterminées par les fonctions qu'ils sont censés remplir. Les principales fonctions des lubrifiants sont les suivantes.

• Pour contrôler la friction
• Pour contrôler l'usure
• Pour contrôler la température
• Pour contrôler la corrosion
• Pour éliminer les contaminants
• Pour former un joint (graisse)

L'abaissement du frottement peut être réalisé par deux mécanismes différents. Si le lubrifiant sépare complètement les surfaces solides, le mouvement relatif se produit comme un cisaillement dans le lubrifiant et le frottement est par conséquent dû à la résistance au cisaillement du lubrifiant. Si le lubrifiant ne peut pas séparer complètement les surfaces, les forces de frottement peuvent être réduites lorsqu'un glissement se produit entre des films minces à faible frottement adsorbés sur les surfaces. Une friction plus faible génère également moins de chaleur, ce qui entraîne une température plus basse.

La réduction de l'usure est également obtenue par la séparation – totale ou partielle – des deux surfaces solides. L'usure est également réduite par le fait que le lubrifiant abaisse la température, emporte d'éventuelles particules d'usure et empêche les contaminations de l'environnement.

Les résidus de lubrifiant peuvent être problématiques dans différents processus de production. Par exemple, les résidus transférés de l'outil sur une tôle d'acier peuvent aggraver le laquage des carrosseries. Dans certains cas, des détergents non respectueux de l'environnement doivent être utilisés pour nettoyer les surfaces. Le lubrifiant lui-même peut également être inadapté tant du point de vue de la santé que de l'environnement.

Les lubrifiants peuvent être fluides ou solides, mais pas nécessairement une huile ou une graisse. Par exemple, les métaux, les oxydes, les sulfures, le graphite, etc. peuvent également agir comme lubrifiants. Voici les types les plus connus.

• Lubrifiants liquides :les minéraux liquides peuvent être de l'huile minérale ordinaire, de l'huile minérale avec additif ou des lubrifiants synthétiques
• Lubrifiants quasi-solides (Graisse)
• Lubrifiants solides

En fonction des exigences d'une application typique, un type particulier de lubrifiant est choisi.

Lubrifiants liquides

Les liquides sont généralement préférés comme lubrifiants car ils peuvent être aspirés entre les pièces mobiles par action hydraulique. En plus de maintenir les pièces séparées, elles agissent également comme caloporteurs. Pour sélectionner un lubrifiant liquide pour une application donnée, la principale considération est normalement l'effet du changement de température sur la viscosité du lubrifiant qui doit être minimal. Les lubrifiants liquides sont en général inertes vis-à-vis des surfaces métalliques et des autres composants.

La technologie moderne de raffinage a permis de produire des lubrifiants de bonne qualité à partir d'une grande variété de pétroles bruts. Une raffinerie de pétrole ne fabrique que des stocks d'huiles lubrifiantes de base de différentes viscosités. Ils sont impropres à la consommation directe. Par conséquent, les huiles sont mélangées pour atteindre la bonne viscosité et des additifs sont ajoutés pour améliorer d'autres qualités.

Les lubrifiants liquides synthétiques peuvent être caractérisés comme des liquides huileux et neutres. Ils ne sont pas obtenus à partir de pétrole brut. Mais ils ont des propriétés presque similaires à celles des lubrifiants pétroliers. Ceux-ci trouvent une application dans des situations où les huiles de pétrole ne peuvent pas être utilisées. Certaines classes chimiques spécifiques de lubrifiants synthétiques sont les diesters, les esters organophosphorés, les polymères de silicone, etc.

Les caractéristiques importantes du lubrifiant sont décrites ci-dessous.

La gravité spécifique est le rapport entre le poids d'un volume donné de substance à 15 deg C et celui de l'eau.

La viscosité est une mesure de la résistance de l'huile à s'écouler. Plus la viscosité de l'huile est élevée, plus sa résistance à l'écoulement est grande. Par exemple, l'eau est moins visqueuse et s'écoule donc librement par rapport à la mélasse qui a une viscosité élevée et s'écoule lentement. Un film d'huile idéal sur un roulement dépend de la sélection d'une huile avec la bonne viscosité pour maintenir la séparation de deux surfaces métalliques.

La vitesse du tourillon et la viscosité sont étroitement liées pour maintenir un bon film d'huile dans le roulement. Plus la vitesse du tourillon est lente, plus une viscosité élevée ou une huile plus épaisse est nécessaire. Au fur et à mesure que la vitesse des tourillons augmente, un diluant d'huile à faible viscosité est nécessaire.

Les charges des roulements sont également à prendre en compte car l'huile doit avoir une viscosité suffisante pour maintenir un bon film d'huile pour supporter la charge. Techniquement parlant, elle est définie comme la force nécessaire pour déplacer une surface plane d'un centimètre carré sur une autre surface plane à raison d'un centimètre par seconde, lorsque les deux surfaces sont séparées par une couche de liquide d'un centimètre d'épaisseur. L'unité de cette force est l'équilibre et s'appelle la viscosité absolue.

La viscosité cinématique est le rapport de la viscosité absolue à la gravité spécifique de l'huile à la température à laquelle la viscosité est mesurée. Son unité est "stokes". Pour des raisons pratiques, la viscosité des huiles de pétrole est exprimée en temps en secondes mis par une quantité donnée d'huile pour s'écouler à travers un tube capillaire standard. Il est exprimé en secondes universelles Saybolt à 40 deg C ou à 100 deg C.

L'indice de viscosité (VI) est une expression de l'effet du changement de température sur la viscosité des huiles. Ce changement peut être évalué numériquement et le résultat est exprimé en VI.

Le point d'écoulement de l'huile est une qualité importante. C'est une température à laquelle l'huile reste encore fluide. Cela reflète la capacité de l'huile à fonctionner à basse température.

Le point d'éclair est la température à laquelle l'huile dégage suffisamment de vapeurs qui peuvent être enflammées. Cela reflète la capacité de l'huile à fonctionner à des températures plus élevées sans aucun risque d'incendie.

Les processus de purification et de fabrication ont un impact sur les bonnes qualités des huiles lubrifiantes. Mais ils ne peuvent toujours pas être utilisés directement. Les huiles lubrifiantes sont sujettes à la contamination et à la décomposition dans les conditions de travail exigeantes. Par conséquent, certains composés chimiques et autres agents appelés additifs sont ajoutés aux huiles. La plupart des additifs pour lubrifiants modernes peuvent être classés comme (i) ceux conçus pour protéger le lubrifiant en service en maintenant sa détérioration, (ii) ceux qui protègent le lubrifiant des produits de combustion de carburant nocifs et (iii) ceux qui améliorent les propriétés physiques existantes ou confèrent de nouvelles caractéristiques.

L'utilisation d'additifs chimiques dans les lubrifiants est très répandue. Ils sont utilisés dans les huiles d'instruments et de broches les plus légères jusqu'aux lubrifiants pour engrenages les plus épais, les lubrifiants automobiles, les huiles de coupe et les fluides hydrauliques. Il existe plus de 50 caractéristiques des huiles de base lubrifiantes qui peuvent être améliorées par les additifs. D'une manière générale, les additifs doivent avoir les propriétés suivantes (i) solubilité dans l'huile de pétrole de base, (ii) insolubilité et absence de réaction avec une solution aqueuse, (iii) ne doivent pas donner de couleur foncée à l'huile, (iv) avoir une faible volatilité, (v) doivent être stables lors du mélange, du stockage et de l'utilisation, et (vi) ne doivent pas transmettre d'odeurs désagréables.

Les différents types d'additifs utilisés ainsi que leurs objectifs sont indiqués ci-dessous.

• Anti-oxydant utilisé pour augmenter la durée de vie de l'huile et de la machine et pour prévenir l'oxydation
• Inhibiteur de corrosion pour protéger contre les attaques chimiques des roulements en alliage et des surfaces métalliques.
• Détergents pour la propreté des surfaces lubrifiées.
• Inhibiteur de rouille pour éliminer la rouille en présence d'eau et d'humidité
• Verser un dépresseur pour améliorer la fluidité à basse température
• Améliorateur d'indice de viscosité pour réduire le taux de changement de viscosité avec le changement de température
• Agent anti-mousse pour empêcher la formation de mousse stable
• Agent extrême pression pour améliorer la résistance du film et la capacité de charge

Il existe plus de 300 huiles lubrifiantes différentes de types industriels et automobiles. Celles-ci sont normalement classées comme (i) huiles pour broches, (ii) huiles pour engrenages, (iii) huiles pour roulements générales, (iv) huiles pour moteurs électriques, (v) huiles pour cylindres à vapeur, (vi) huiles pour turbines, (vii) huiles pour compresseurs d'air , (viii) huiles pour compresseurs frigorifiques, (ix) huiles hydrauliques, (x) huiles de coupe et (xi) huiles automobiles. Chaque type de ces huiles possède certaines caractéristiques qui la rendent bien adaptée à l'application donnée.

Lubrifiants quasi-solides (graisse)

La graisse lubrifiante est un lubrifiant semi-solide. Il s'agit généralement d'une huile minérale à laquelle un savon spécial est ajouté pour produire un mélange plastique. Le savon est appelé épaississant. Certains additifs sont également ajoutés comme dans le cas des huiles pour conférer des caractéristiques particulières. Les avantages de l'utilisation des graisses sont indiqués ci-dessous.

• Application moins fréquente nécessaire. Cela se traduit par des économies sur le coût du lubrifiant et de la maintenance.
• Il agit comme un joint contre l'entrée de saleté et de poussière.
• Les gouttes et les éclaboussures sont presque éliminées.
• Des joints moins chers sont nécessaires pour les roulements lubrifiés à la graisse.
• La graisse assure une certaine lubrification même lorsqu'un roulement est négligé pendant une longue période.
• En raison de la propriété d'adhérence de la graisse, les risques de rouille sont considérablement réduits dans les roulements, même lorsque la machine est inactive.

Les principaux composants de la graisse sont les savons et les huiles minérales. Les savons peuvent être dérivés de graisses animales ou végétales ou d'acides gras. De plus, certains additifs sont également présents. Parfois, des charges sont également ajoutées pour conférer des caractéristiques spéciales.

Les graisses sont classées selon le composé de savon utilisé dans leur fabrication. Les propriétés des graisses sont considérablement influencées par le type de composé de savon utilisé dans la fabrication de la graisse. Voici les types de graisse courants disponibles :(i) graisse à base de calcium, (ii) graisse à base de sodium, (iii) graisse à base de lithium et (iv) graisse à base de baryum.

Une base de calcium dans la graisse donne à la graisse un aspect de batterie lisse. Cette graisse est très résistante à l'eau. Les graisses comestibles telles que l'huile de palme ou l'huile de graines de coton et la chaux hydratée sont utilisées pour fabriquer du savon. Cette graisse nécessite l'ajout d'eau comme stabilisant. Cela ne peut pas supporter une température supérieure à 80 degrés C. Il décompose l'huile et le savon et se sépare. Les particules de savon séparées deviennent dures et abrasives et provoquent des rayures sur les roulements. Les graisses à base de sodium, d'autre part, peuvent être utilisées là où des températures plus élevées jusqu'à 120 °C sont rencontrées. La graisse à base de sodium a une structure fibreuse. Cela permet à la graisse de résister à des charges élevées sur les roulements à billes et à rouleaux. Cependant, la graisse à base de sodium est moins résistante à l'eau. La graisse à base de baryum convient jusqu'à 175 degrés Celsius et plus. Cette graisse a une bonne résistance à l'eau. La graisse à base de lithium convient également aux applications à haute température et possède d'excellentes propriétés de résistance à l'eau. Pour les basses températures, cette graisse convient également.

Pour résister à des températures et à des conditions de charge très élevées, certaines graisses spéciales sont utilisées car les graisses à base de savon ne sont pas capables de résister à de telles conditions. Celles-ci sont appelées graisses à base de non-savon. L'argile bentonite modifiée et les gels de silice sont utilisés avec des fluides synthétiques. Certaines graisses à base de savon sont utilisées avec des fluides synthétiques au lieu d'huiles minérales. Comme dans le cas des huiles, des additifs sont également ajoutés à la graisse pour lui conférer des caractéristiques particulières. Les additifs couramment utilisés sont les antioxydants, les inhibiteurs de corrosion, les agents EP, les inhibiteurs de rouille et les additifs d'adhésivité.

Les deux caractéristiques les plus vitales de la graisse sont la consistance et le point de goutte. La cohérence est exprimée en chiffres en dixièmes de millimètre. La méthode de test standard ASTM D217-52T est utilisée pour déterminer cette propriété. C'est ce qu'on appelle un test d'intrusion. Le National Lubricating Grease Institute (NLGI) USA a classé la graisse en différentes classes en fonction de leurs lectures de pénétration déterminées à partir du test ci-dessus. Le point de goutte est défini comme la température à laquelle la graisse passe d'un état quasi solide à un état liquide dans les conditions prescrites d'un essai. Le test ASTM D566-42 est utilisé pour déterminer le point de goutte. Ceci est utilisé comme indicateur qualitatif de la résistance à la chaleur.

Lubrifiants solides

Les lubrifiants solides sont de minces films d'un solide interposés entre deux surfaces de frottement pour réduire le frottement et l'usure. Le besoin de lubrifiants solides a augmenté rapidement avec les progrès de la technologie. Les lubrifiants solides ont les caractéristiques d'une faible résistance au cisaillement, d'une faible dureté, d'une forte adhérence au matériau du substrat, de la continuité, de la capacité d'auto-guérison (le film doit se reformer immédiatement s'il est cassé), de l'absence d'impuretés abrasives, de la stabilité thermique et de l'inertie chimique. Divers composés inorganiques comme le graphite, le disulfure de molybdène, le disulfure de tungstène, le nitrure de bore et des composés organiques comme l'aluminium, le zinc, le sodium, le stéarate de lithium et les cires sont utilisés comme lubrifiants solides. Les lubrifiants solides ont trouvé une large application là où les huiles de pétrole conventionnelles n'ont pas fonctionné dans des conditions de travail extrêmes.