Crédit: Matériaux appliqués aujourd’hui (2024). DOI: 10.1016/j.apmt.2024.102140
Le président de l’Institut polytechnique SUNY (SUNY Poly), le Dr Winston « Wole » Soboyejo, et le chercheur postdoctoral Dr Tabiri Kwayie Asumadu ont publié un article intitulé « Robust Macroscale Superlubricity on Carbon-Coated Metallic Surfaces ». Cet article explore une approche innovante pour réduire la friction sur les surfaces métalliques, une avancée significative qui pourrait avoir des impacts majeurs dans le monde réel.
La recherche est publiée dans la revue Matériaux appliqués aujourd’hui.
L’étude montre que la superlubricité – un état pratiquement sans frottement que l’on croyait autrefois n’être réalisable qu’à l’échelle nanométrique – peut désormais être maintenue à l’échelle macroscopique pendant des périodes prolongées, dans des conditions atmosphériques normales, grâce à l’utilisation de revêtements en carbone produits de manière durable à partir de biodéchets.
Ces résultats sont importants pour plusieurs raisons pratiques. Dans l’industrie automobile, plus de 30 % du carburant des véhicules de tourisme est utilisé pour surmonter les frottements. Ces nouveaux revêtements peuvent donc contribuer à améliorer considérablement le rendement énergétique. Dans le secteur de la fabrication et des machines industrielles, ils pourraient contribuer à réduire l’usure, ce qui entraînerait des économies massives et réduirait les 1 à 4 % du PIB des pays consacrés aux problèmes d’équipement liés aux frottements. Dans les appareils électroniques, les frottements à une échelle infime peuvent présenter des défis à grande échelle que les revêtements pourraient contribuer à atténuer.
« Cette recherche pourrait véritablement toucher la plupart des secteurs », a déclaré le Dr Asumadu. « Du secteur biomédical au secteur de l’énergie en passant par presque tous les types de fabrication, cette approche pourrait contribuer à prolonger la durée de vie des pièces des machines, à réduire les coûts de maintenance et de remplacement et à créer un avenir industriel plus durable. »
Cet article présente les résultats expérimentaux et informatiques du frottement ultra-faible (presque nul) des dépôts métalliques revêtus de carbone sur des substrats d’aciers de construction, d’alliages de Ti et de Ni. La superlubricité à l’échelle macroscopique a été démontrée et maintenue sur plusieurs cycles grâce à des revêtements de carbone structurellement mal orientés sur les surfaces métalliques.
Des nanocristaux de carbone avec des variantes d’empreintes de graphène ont été déposés sur ces surfaces métalliques à l’aide d’un nouveau procédé de traitement des déchets biologiques à haute température. Les nanocristaux de carbone se déforment, s’aplatissent et fusionnent dans les traces d’usure pour former des films graphitiques, ce qui conduit à un coefficient de frottement superlubrifiant d’environ 0,003.
Une durée de vie du revêtement d’environ 150 000 cycles avec des taux d’usure réduits a été obtenue sur des substrats en Ni et en acier. Les expériences ont été validées par des simulations atomistiques fournissant des informations mécanistes sur les effets des variantes de graphène sur les conditions sans frottement observées.
Les mécanismes sous-jacents des interactions revêtement/substrat contribuant à la superlubrification à l’échelle macroscopique sont élucidés. Les implications des résultats actuels sont explorées pour la conception de revêtements en carbone superlubrifiants à macroéchelle robustes et peu coûteux sur des substrats métalliques. Les biodéchets sont une source de carbone au sein d’une économie circulaire qui utilise le recyclage des matériaux pour réduire l’empreinte carbone mondiale.
L’article a été publié par un groupe de huit scientifiques des matériaux collaborant à travers l’Afrique et le nord-est des États-Unis, dont Mobin Vandadi, Desmond Edem Primus Klenam, Kwadwo Mensah-Darkwa, Emmanuel Gikunoo, Samuel Kwofie et Nima Rahbar.
« Mes collègues et moi-même sommes extrêmement fiers de ce travail, notamment en raison des répercussions environnementales et économiques qu’il pourrait avoir », a déclaré le Dr Soboyejo. « Nous sommes impatients de voir les avancées technologiques en matière de gestion des frottements qui se produiront à mesure que les chercheurs mettront en œuvre ces approches. »
Plus d’information:
Tabiri Kwayie Asumadu et al., Superlubricité robuste à l’échelle macroscopique sur des surfaces métalliques revêtues de carbone, Matériaux appliqués aujourd’hui (2024). DOI: 10.1016/j.apmt.2024.102140
Fourni par l’Institut Polytechnique SUNY
Citation:Une étude de superlubricité montre qu’un état sans frottement peut être atteint à l’échelle macroscopique (2024, 15 juillet) récupéré le 15 juillet 2024 à partir de
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