Analyse multi-échelle de l'abrasion

Multiscale analysis of abrasion damage

¹ Actuellement à l'Institut de Chimie des surfaces et Interfaces (ICSI), UPR CNRS 9069, 15 rue Jean Starky, BP 2488, 68057 Mulhouse Cedex, France
² Auteur correspondant : e-mail: denis.najjar@lille.ensam.fr
³ Actuellement au Laboratoire Roberval, FRE 2833, UTC/CNRS, Centre de Recherche de Royallieu, BP 20529, 60205 Compiègne, France
⁴ Laboratoire de Métallurgie Physique et Génie des Matériaux, UMR CNRS 8517, Équipe Surfaces et Interfaces, École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers, 8 boulevard Louis XIV, 59046 Lille Cedex, France

Reçu : 27 Octobre 2004
Accepté : 12 Octobre 2005

Résumé

La topographie de surface est une caractéristique à prendre en considération au même titre que la composition chimique pour décrire la fonctionnalité d'une surface. Cette topographie peut être décrite par des paramètres de rugosité d'amplitude, de fréquence ou hybrides. L'évolution de deux paramètres d'amplitude Ra et Rt en fonction de la longueur d'évaluation est ici étudiée sur un acier inoxydable de type 316L dont la surface est obtenue par polissage pour différents grades de papier. Cette étude montre l'existence de trois régimes en fonction de l'échelle d'observation des valeurs de Ra et Rt. Un premier régime où l'endommagement des surfaces ne comporte pas de loi d'échelle entre les différents grades de papier. Un régime transitoire est aussi identifié et caractérisé par un paramètre d'évaluation appelé Cut-Off qui suit une loi logarithmique en fonction de la taille de grain du papier. Enfin un troisième régime où les paramètres de rugosité suivent une parfaite loi d'échelle prouve que pour ce régime les mécanismes d'endommagement sont identiques à des échelles différentes.

Abstract

Topographical aspect is a characteristics of a surface that is as much important as its chemical composition with regards to its functional properties. Topography can be mainly described by three kinds of roughness parameters: amplitude, frequency and hybrid parameters. This study aims at performing a multiscale analysis of the abraded surfaces of a 316L stainless steel ground at different levels. It is shown that the values of the two commonly used roughness parameters Ra and Rt are dependent of the observation scale and that three regimes can be distinguished to describe their evolution. A first regime for which the abraded surfaces are not characterized by any scale law can be observed at small observation scales (less than approximately 5 micrometers). Then, a transient regime can be noticed and modelled by a parameter called Cut-Off which follows a logarithmic evolution with the grain size. Finally, a third regime in which the roughness parameters follow a scaling low proving that the damage mechanisms in this range of observation scales (more than approximately 60 micrometers).