Types, utilisations et fonctions des lubrifiants

Types, utilisation et fonctions des lubrifiants

L'huile comme agent lubrifiant

Figure 1 : L'huile comme agent lubrifiant

Les lubrifiants sont des substances généralement utilisées pour réduire la friction entre des pièces en contact. Selon le type, les lubrifiants remplissent également diverses autres fonctions telles que la régulation thermique, la transmission de puissance, l'étanchéité à la poussière ou à la saleté, ainsi que la réduction de l'oxydation et la prévention de la corrosion. Les lubrifiants se présentent généralement sous forme liquide ou semi-solide, mais ils peuvent exister sous différentes formes. Voici quelques exemples :

  • Solide : Graphite, disulfure de molybdène et polytétrafluoroéthylène
  • Semi-solide : Graisse
  • Liquide : Eau, & huiles naturelles ou synthétiques
  • Gazeux : Air

Ces lubrifiants sont largement utilisés dans des industries telles que l'automobile, l'aérospatiale, la construction, la chimie ou le textile pour assurer le bon fonctionnement de leurs machines et équipements.

Table des matières

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Pourquoi les lubrifiants sont-ils importants ?

Le mouvement de deux surfaces peut créer une résistance due à la friction (figure 1, à gauche). Cela peut entraîner l'usure des machines. Dans les applications automobiles ou manufacturières, les lubrifiants facilitent le mouvement ininterrompu entre les pièces des machines. Elle le fait en réduisant la résistance mécanique entre les surfaces des matériaux. Lorsque le lubrifiant est appliqué sur les surfaces des matériaux, il crée un film fin et amortit les rugosités microscopiques de la surface pour faciliter le glissement des matériaux avec moins de résistance (figure 1, à droite). Les lubrifiants liquides sont particulièrement utiles dans ce cas, car ils peuvent prendre n'importe quelle forme pour aplanir la surface irrégulière et réduire la friction.

Mécanisme de friction : L'image de gauche montre deux surfaces rugueuses avec une grande quantité de friction, créant une résistance. L'image de droite montre comment l'ajout d'un lubrifiant crée un film fin qui facilite le glissement des matériaux.

Figure 2 : Mécanisme de friction : L'image de gauche montre deux surfaces rugueuses avec une grande quantité de friction, créant une résistance. L'image de droite montre comment l'ajout de lubrifiant crée un film fin qui facilite le glissement des matériaux.

La quantité de friction peut être calculée à l'aide de la formule suivante du coefficient de friction, où :

  • μ = coefficient de frottement statique (μs) ou cinétique (μk)
  • Fn = Force normale appliquée
  • Fr = Force de frottement
Ceci montre le système tribologique, ici Fn est la force appliquée aux surfaces de glissement, Fr est la force de friction (mouvement), et la ligne rouge indique l'ajout de lubrifiant qui diminue le coefficient de friction cinétique.

Figure 3 : Ceci montre le système tribologique, ici Fn est la force appliquée aux surfaces de glissement, Fr est la force de friction (mouvement), et la ligne rouge indique l'ajout de lubrifiant qui diminue le coefficient de friction cinétique.

La friction peut être divisée en friction de glissement, friction de pivotement, friction de roulement et friction de résistance au roulement. La détermination du frottement est une étape importante de toute opération mécanique. Apprenez-en davantage dans notre série d'articlesen trois parties sur la tribologie.

Les fonctions des lubrifiants

Fonctions du lubrifiant : lubrification (A), séparation (B), étanchéité (C), transfert de chaleur (D), protection (E)

Figure 4 : Fonctions du lubrifiant : lubrification (A), séparation (B), étanchéité (C), transfert de chaleur (D), protection (E)

Malgré ce que leur nom suggère, les lubrifiants ont bien d'autres avantages que la simple lubrification et sont responsables de l'extension de la longévité et de la durée de vie des composants des machines. Les avantages sont les suivants :

  • Lubrication Pour les surfaces fonctionnant en contact les unes avec les autres, des lubrifiants tels que la graisse et l'huile peuvent être utilisés pour réduire la friction et prévenir l'usure.
  • L'efficacité énergétique : L'utilisation de lubrifiants appropriés réduit la friction, minimise l'usure et maximise les performances. Il est donc possible de réduire la consommation d'énergie et de minimiser l'utilisation des ressources.
  • Étanchéité aux contaminants (C) : Les lubrifiants créent un film mince à la surface du matériau, qui constitue une barrière entre le composant interne du matériau et l'environnement externe. En outre, les contaminants éventuels sont transportés vers le réservoir ou le filtre à l'aide de lubrifiants où ils peuvent être éliminés.
  • Réduction/contrôle de la chaleur (D) : Le lubrifiant réduit le frottement entre les pièces, ce qui réduit également la production de chaleur. Cependant, dans le cas où de la chaleur est générée, le lubrifiant peut l'absorber et la transférer avec l'aide de lubrifiants fluides.
  • Prévention de la corrosion (E) : Le revêtement de surface fourni par les lubrifiants empêche toute possibilité d'oxydation ou de corrosion du métal.

Types de lubrifiants

Huile utilisée comme lubrifiant sur un roulement

Figure 5 : Huile utilisée comme lubrifiant sur un roulement

Selon l'application, un type de lubrifiant fonctionnera mieux qu'un autre. Pour les applications à friction intense et à grande vitesse, les lubrifiants à base d'huile sont généralement le meilleur choix. Cependant, pour les composants qui subissent des charges lourdes, ou qui sont positionnés ou se déplacent verticalement, il faut généralement une graisse. La graisse reste en place et constitue une barrière plus durable entre les composants, tels que les roulements de roue, les écrous, les boulons, etc. Lisez notre article sur les roulements pour en savoir plus sur tous les aspects de la lubrification des roulements.

Huiles

L'huile est le lubrifiant le plus couramment utilisé dans les usines de fabrication. Il est utilisé pour des applications avec des engrenages, des charnières, des roulements, etc. Ils conviennent à une utilisation à des températures élevées et à des applications à grande vitesse. Pour prévenir l'oxydation et la corrosion, il est possible d'utiliser des additifs tels que des antioxydants ou des inhibiteurs de rouille avec l'huile de base pour améliorer ses propriétés. L'huile de base désigne l'ingrédient principal présent dans la plupart des lubrifiants. Pour faciliter la sélection, les huiles de base sont divisées selon les types suivants :

Huile de base Densité [à 20°C (g/ml)] Point de réglage [°C] Point de clignotement [°C]
Huiles minérales 0.9 40 à 10 ans < 250
Hydrocarbures synthétiques 0.85 50 à 30 ans < 200
Huiles d'esters 0.9 70 à 35 ans 200 à 270 ans
Huiles de polyglycol 0.9 à 1.1 ans 55 à 20 ans 150 à 300 ans
Huile de silicone 0.9 à 1.05 ans 80 à 30 ans 150 à 350 ans

Viscosité de l'huile

La viscosité est un paramètre important dans le choix d'une huile. Il s'agit de la nature de l'écoulement que l'huile présente à une température donnée. Voici quelques conseils généraux qui s'appliquent à l'attribut visqueux de l'huile :

  • L'augmentation de la température diminue la viscosité de l'huile et vice versa.
  • Faible viscosité pour une faible contrainte de pression et des vitesses de glissement élevées.
  • Viscosité élevée pour les contraintes de pression élevées, les faibles vitesses de glissement et les températures élevées.

Pour déterminer la viscosité de votre huile, il est nécessaire de comprendre les deux catégories de viscosité : la viscosité dynamique et la viscosité cinématique. La viscosité dynamique est la mesure de la résistance du fluide à l'écoulement, tandis que la viscosité cinématique est la mesure de la vitesse d'écoulement du fluide. Mathématiquement, cela peut être représenté comme suit :

Calcul de la viscosité dynamique

Figure 6 : Calcul de la viscosité dynamique

Par ailleurs, les huiles industrielles sont divisées en plusieurs grades de viscosité selon la norme ISO. Ces grades et leur valeur respective sont présentés dans le tableau ci-dessous.

Grade de viscosité cinématique ISO Viscosité [à 40°C] [mm²/s]
15 13.5 (16.5)
22 19.8 (24.2)
32 28.8 (35.2)
46 41.4 (50.6)
68 61.2 (74.8)
100 90 (110)
150 135 (165)
220 198 (242)
320 288 (352)
460 414 (506)
680 612 (748)
1000 900 (1000)
1500 1350 (1650)

Malgré le type d'huile de base et le grade de viscosité de l'huile, la façon dont vous l'appliquez joue un rôle important. L'huile appliquée après une bonne préparation de la surface empêche la poussière de s'incruster. Il est également déconseillé d'utiliser de l'huile sur les surfaces mouillées, car l'eau peut diminuer l'adhérence de l'huile et la faire disparaître de la pièce avec le temps.

Graisses

application de graisses

Figure 7 : Application de la graisse avec un pistolet à graisse.

La graisse est un mélange d'huile, d'épaississant (savon) et de lubrifiants supplémentaires (comme le Téflon). Le mélange de ces composants donne à la graisse une texture, une épaisseur et une viscosité différentes. Cependant, il présente une propriété lubrifiante similaire à celle de l'huile. Il est utilisé dans les applications où les huiles ne peuvent pas être utilisées ou lorsque l'attribut de refroidissement de l'huile n'est pas nécessaire. La graisse offre une excellente protection contre l'usure et assure une excellente étanchéité aux particules étrangères. Il peut souvent être utilisé avec des engrenages, des roulements, des broches, des chaînes, des tringleries, etc.

L'épaississant est ce qui donne de la consistance et favorise les performances de la graisse. Les types d'épaississeurs et leurs spécifications sont indiqués ci-dessous :

Épaississant (savon) Température de fonctionnement [°C], Huile minérale Température de fonctionnement [°C], Syntheseol Point de chute [°C] Résistance à l'eau Capacité de charge :
Calcium 30 à 50 ans N/A < 100 ++ +
Lithium 35 à 120 ans 60 à 160 ans 170 à 200 ans + -
Al- complexe 30 à 140 ans 60 à 160 ans >230 + -
Complexe Ba 25 à 140 ans 60 à 160 ans >220 ++ ++
Complexe Ca 30 à 140 ans 60 à 160 ans >190 ++ ++
Complexe Li- 40 à 140 ans 60 à 160 ans >220 + -
Bentonitee 40 à 140 ans 60 à 180 ans N/A + -
Polycarbamide 30 à 160 ans 40 à 160 ans 250 + -

Consistance de la graisse

La constance est un attribut déterminant dans l'évaluation de la force de la graisse. Elle est fortement influencée par la viscosité de l'huile de base et la quantité d'épaississant utilisée. La sélection de la bonne consistance est importante dans l'application de lubrification car les graisses molles peuvent s'éloigner de la zone d'application tandis que les graisses dures peuvent ne pas être en mesure de se déplacer correctement, ce qui réduit l'efficacité de la lubrification.

Pâtes

La pâte a une fonction similaire à celle de la graisse. Cependant, il est constitué d'un plus grand mélange de lubrifiants solides qui lui donne sa texture épaisse. L'effet combiné de l'huile de base, des épaississants (inclus ou non) et d'un lubrifiant solide tel que le PTFE protège contre l'usure par friction. L'ajout de différents lubrifiants solides permet d'utiliser la pâte dans différents types d'applications.

Type Température de fonctionnement
PTFE < 300
MoS₂ (disulfure de molybdène) < 450
Aluminium 1100
Cuivre 1100
Céramique "Oxyde" 1400
Graphite < 600

Le PTFE et le MoS₂ sont deux lubrifiants solides largement utilisés. Le PTFE offre une bonne capacité de charge et peut supporter une résistance élevée à la compression. Il présente un faible coefficient de friction. Le MoS₂ présente un coefficient de friction nominal. Cependant, il offre une excellente capacité d'absorption de la pression et une résistance à l'usure.

La plupart des pâtes sont fiables en matière de protection contre la corrosion et de lubrification dans les applications à haute pression et à haute température. Le plus souvent, les pâtes sont utilisées comme lubrifiants pour les écrous, les boulons ou les roues dentées.

lubrifiants

MoS2

Figure 8 : Poudre de MoS2 avec un haut degré de pureté

Le lubrifiant sec convient lorsque l'huile ou la graisse ne peuvent être utilisées à des fins de lubrification dans des conditions de fonctionnement extrêmes telles que le vide, un environnement corrosif ou des températures extrêmes. Ils peuvent être classés en lubrifiants solides sous forme de poudre, en films de glissement ou en revêtements collés et sont généralement disponibles sous forme de spray. Ils peuvent également être mélangés avec de l'eau, de l'alcool ou d'autres solvants. Ces lubrifiants secs peuvent être appliqués de trois manières principales :

  • Immersion : Convient pour les lots d'éléments de fixation ou d'autres composants de petit diamètre.
  • Pulvérisation : Le plus couramment utilisé ; le processus d'application peut être entravé par des coudes internes ou des diamètres plus petits.
  • Le brunissage : Non utilisé couramment ; une application manuelle est nécessaire.

Une fois le lubrifiant appliqué par l'une ou l'autre de ces méthodes, on le laisse s'évaporer, ce qui finit par laisser une fine pellicule de lubrifiant sur la surface métallique. Les particules de lubrifiants secs comme le graphite peuvent être extrêmement glissantes, ce qui signifie que la poussière ou la saleté n'est pas facilement attirée pour se fixer à la surface. Outre le graphite, le PTFE et le MoS₂ sont également couramment utilisés comme particules solides dans le lubrifiant sec.

Additifs

graisse graphitique

Figure 9. Graphite

Les additifs sont un ajout important à l'huile de base pour améliorer les propriétés des lubrifiants. Il s'agit de composés chimiques organiques ou inorganiques qui sont généralement mélangés à raison de <1 à 35 % du volume de l'huile. La plupart des applications industrielles incluent les types d'additifs suivants dans l'huile afin d'améliorer les performances et de résoudre leurs problèmes :

  • Antioxydant : Pour empêcher l'oxygène de décomposer le lubrifiant et de provoquer l'oxydation.
  • Pression extrême : Pour augmenter la capacité du lubrifiant à supporter la charge, par exemple dans les engrenages et les roulements.
  • Démulsifiant : Pour améliorer la capacité des lubrifiants à répéter l'eau.
  • Démoussage : Pour aider à la rupture des bulles de mousse.
  • Renforçateurs de film : Pour améliorer la capacité du film lubrifiant à se fixer à la surface.
  • Agent améliorant la viscosité : Pour améliorer la viscosité du lubrifiant à haute température.
  • Point d'écoulement : Pour diminuer la température du point d'écoulement du lubrifiant par temps froid. Le point d'écoulement d'une huile est mesuré selon la norme DIN ISO 3016. Elle se situe à quelques degrés en dessous de la température de fonctionnement la plus basse recommandée.

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