Les roulements des machines sont généralement lubrifiés avec diverses huiles. Mais aujourd'hui, de grandes quantités de ces huiles se retrouvent encore dans l'environnement. L'Institut Fraunhofer de mécanique des matériaux IWM a développé une méthode qui permettra à l'avenir de lubrifier les paliers lisses à l'aide d'eau, une approche beaucoup plus respectueuse de l'environnement.

Les roulements sont généralement lubrifiés avec des lubrifiants à base d'huile minérale, empêchant l'usure du roulement due au contact métal sur métal. En Allemagne, environ un million de tonnes de lubrifiant sont utilisées chaque année. La fabrication, l'épandage et l'élimination du pétrole sont un fardeau pour l'environnement.

L'introduction de lubrifiants à base d'eau serait grandement bénéfique pour la protection de l'environnement. Mais jusqu'à maintenant, le fait que les pièces métalliques se corrodent au contact de l'eau a été un obstacle majeur. Un groupe de travail du Fraunhofer IWM à Fribourg a réussi à utiliser des additifs pour changer l'eau de manière à ce qu'elle puisse être utilisée comme lubrifiant à un moment donné. Cela signifiait un double succès pour le Dr Tobias Amann et ses collègues du Fraunhofer IWM :d'abord, la lubrification obtenue est bien meilleure, car l'eau n'est pas aussi visqueuse que l'huile. Seconde, la corrosion est évitée.

Les chercheurs ont développé les détails de leur processus à l'aide d'un palier lisse, un roulement qui ressemble à une bague qui entoure un arbre en acier rotatif. La bague est constituée de plusieurs couches structurées de l'extérieur vers l'intérieur comme suit :un manchon entourant le roulement, une couche d'aluminium et une couche de métal fritté qui entoure l'arbre lui-même. L'astuce est que la couche interne frittée est traversée par un petit canal qui laisse s'écouler l'eau entre l'arbre rotatif et la couche externe d'aluminium. Cette connexion directe est décisive dans le processus électrochimique, sur la base du fait qu'une tension électrique apparaît entre un métal de base tel que l'aluminium et un métal plus précieux tel que le fer, même sans avoir à appliquer un quelconque champ électrique externe.

Transformer l'eau en lubrifiant

Les chercheurs utilisent cette tension électrique produite entre l'aluminium du palier lisse et le fer de l'arbre pour transformer l'eau en lubrifiant. "On mélange à l'eau ce qu'on appelle des liquides ioniques, " explique le Dr Tobias Amann. " Les liquides ioniques sont des sels fluides qui contiennent des anions et des cations. " Ces ions sont réarrangés dans le champ électrique puis s'accumulent sur la face intérieure de l'anneau de métal fritté de telle sorte que leurs extrémités pointent vers le haut, vers l'arbre tournant. Cela forme une sorte de couche protectrice générée galvaniquement sur laquelle l'arbre peut glisser.

L'équipe de recherche a déjà démontré la viabilité du procédé. Amann et son équipe recherchent actuellement des partenaires industriels avec lesquels ils envisagent d'optimiser davantage les liquides ioniques. "Un défi est que le mouvement de l'arbre génère de la chaleur qui provoque l'évaporation de l'eau, " dit le scientifique. " Maintenant, nous recherchons des mélanges de liquides ioniques qui inhibent l'évaporation. "

Des moteurs électriques plus efficaces

Le mélange ion-eau est meilleur pour l'environnement que le pétrole, et cela contribue également à rendre les paliers lisses encore plus efficaces. Amann continue, "L'arbre glisse mieux lorsqu'il est mouillé avec de l'eau. Cela réduit la consommation d'énergie par rapport aux opérations utilisant beaucoup plus d'huile visqueuse." En outre, la corrosion est évitée. Normalement, l'oxygène de l'eau réagit avec les aciers contenant du fer, aboutissant finalement à la rouille. Le champ électrique empêche que cela se produise.

Dans deux projets avec leurs collègues de l'Université de Fribourg, tous deux financés par le ministère des Affaires économiques du Bade-Wurtemberg, Travail et Logement, les experts de Fraunhofer IWM ont développé encore plus que le palier lisse avec son fonctionnement interne électrochimique. Ils ont également conçu un nouvel appareil de mesure, appelé tribomètre in situ, capable de surveiller l'usure métallique et les valeurs de frottement directement sur le palier lisse pendant le fonctionnement. Jusqu'à présent, il n'était possible de mesurer l'usure d'un roulement qu'en démontant le roulement avant d'évaluer et de mesurer les surfaces. C'est très chronophage :« Notre nouveau tribomètre permet désormais de mesurer l'usure in situ, non seulement en facilitant le développement de lubrifiants à base d'eau réalisables, mais aussi de surveiller en permanence les roulements, " fait remarquer Amann.

Nouvelle application d'un principe connu de protection cathodique contre la corrosion

Le lubrifiant à eau dans les paliers lisses à couplage galvanique développé par Fraunhofer IWM est une nouvelle application d'un principe connu de longue date :protection cathodique active contre la corrosion, qui fonctionne sans électricité supplémentaire. Cette astuce empêche la rouille et la corrosion des métaux qui entrent en contact avec l'eau. Ce qu'on appelle une anode sacrificielle, un métal moins précieux, est inséré dans le milieu aqueux. Cette anode se dissout lentement, émettre des ions dans le liquide au cours du processus et créer un petit flux d'électrons vers le métal à protéger, fonctionnant comme une cathode. Une couche protectrice chargée négativement se développe alors à la surface du métal, prévenir la rouille ainsi que la tribocorrosion. En effet, les cations chargés positivement du liquide ionique ou du lubrifiant à base d'eau s'accumulent sur cette surface chargée négativement.

Une couche protectrice chargée négativement se développe alors à la surface du métal, prévenir la rouille ainsi que la tribocorrosion. En effet, les cations chargés positivement du liquide ionique ou du lubrifiant à base d'eau s'accumulent sur cette surface chargée négativement.