La corrosion par frottement (fretting) est une détérioration de surface qui apparaît lorsque deux surfaces métalliques serrées, emmanchées ou nominalement immobiles subissent de petits micro-mouvements oscillatoires sous charge, de sorte que l'usure mécanique et l'oxydation se combinent pour produire des piqûres peu profondes et des débris d'oxyde fins, brun-rouge sur l'acier ou noirs sur l'aluminium.
C'est un mécanisme lent et insidieux car l'assemblage semble serré et rien ne bouge visiblement, pourtant des amplitudes de glissement de seulement quelques micromètres suffisent à rompre la surface et à provoquer des dégâts.
Deux conditions doivent être présentes en même temps: une charge normale d'assemblage ou de contact, et un glissement relatif répété entre les surfaces. Le glissement est minime, typiquement de l'ordre de 3 à 50 micromètres, induit par des vibrations, des flexions cycliques, des cycles thermiques ou une charge fluctuante.
Chaque micro-glissement cisaille le film d'oxyde protecteur et expose du métal frais. Ce métal se réoxyde immédiatement, et les particules d'oxyde dures ne peuvent pas s'échapper du contact fermé. Elles jouent le rôle d'abrasif, accélérant l'usure dans une boucle auto-alimentée d'usure et d'oxydation.
Les débris piégés sont le signe révélateur. Sur les surfaces ferreuses, ils forment un oxyde de fer brun-rouge, souvent appelé « cocoa » ou « boue rouge »; sur l'aluminium et le titane, il s'agit d'une poudre noire.
En dessous, le métal présente des piqûres peu profondes, une zone usée mate, et fréquemment de petites fissures de surface qui peuvent servir de points d'initiation de fatigue.
Ce lien avec la fatigue explique pourquoi le fretting importe au-delà de l'aspect cosmétique: la fatigue due au fretting peut réduire sensiblement la limite d'endurance d'un composant par rapport à un métal propre et non fretté.
Le fretting se concentre aux assemblages qui sont censés être fixes mais qui subissent tout de même des vibrations ou des déformations cycliques :
Un cas particulier est le faux brinellage, qui affecte les roulements stationnaires mais exposés à des vibrations externes, par exemple des machines en transport ou des unités en veille à côté d'équipements en fonctionnement.
Les éléments roulants micro-oscillent contre la piste sans tourner, si bien que le lubrifiant n'est jamais renouvelé dans le contact et que des dommages par fretting se forment à chaque position de bille ou de rouleau.
Le résultat est un motif de marques espacées selon le pas des éléments roulants qui imitent de véritables empreintes de brinell dues à une surcharge, d'où le nom. Contrairement au vrai brinellage, il n'y a pas d'empreinte plastique; le métal est usé et oxydé.
Le faux brinellage raccourcit la durée de vie en service et, une fois le fonctionnement repris, engendre bruit et vibrations.
Le comprendre parallèlement à la durée de vie nominale en fatigue aide à fixer les intervalles d'inspection; voir notre note sur la durée de vie L10 des roulements pour savoir comment la durée de vie nominale et les conditions réelles divergent.
| Site | Mécanisme dominant | Prévention principale |
|---|---|---|
| Bague de roulement sur arbre/logement | Micro-glissement dû à une charge cyclique et à un ajustement lâche | Ajustement d'interférence correct ; nettoyer et lubrifier les surfaces en contact |
| Roulement inactif (faux brinellage) | Vibration sans rotation ; lubrifiant non renouvelé | Rotation périodique ; graisse anti-frottement ; isolation des vibrations |
| Assemblage boulonné / riveté | Glissement dû à une précharge insuffisante | Augmenter et vérifier la précharge ; augmenter le frottement ; joints ou cales |
| Gorge/clé/moyeu | Inversion de torsion et jeu axial | Ajustement plus serré ; couche lubrifiante solide ; MoS2 ou PTFE |
| Contact électrique | Cycles thermiques ; l'oxyde augmente la résistance | Placage or ou étain ; graisse de contact ; force de contact supérieure |
Le remède le plus fiable est d'éliminer le glissement relatif. Augmenter la charge de serrage ou l'interférence afin que les surfaces ne puissent pas bouger est le premier levier : un assemblage boulonné correctement préchargé ou un ajustement d'arbre correct supprime entièrement le facteur moteur. Lorsqu'il est impossible de supprimer complètement le mouvement, la stratégie consiste à gérer le contact.
Parce que les piqûres et fissures résultantes ressemblent à d'autres attaques localisées, confirmez le diagnostic avant d'agir. Les débris d'oxyde piégés et le micro-glissement indiquent le fretting ; des cavités isolées sous un électrolyte stagnant indiquent plutôt la corrosion par piqûres, qui nécessite un remède différent.
Le fretting est caché à l'intérieur des assemblages, donc la détection s'appuie sur des signes indirects: débris rouges ou noirs suintant d'un joint boulonné, augmentation des vibrations ou du bruit de roulement, montée de la résistance de contact électrique, ou marques de fretting détectées lors d'un démontage.
La surveillance des tendances de vibration permet de repérer tôt les problèmes de roulement en développement, et les contrôles du couple sur les fixations critiques détectent la perte de précharge avant que le glissement ne commence. Enregistrer ces inspections pour chaque actif transforme des observations dispersées en tendance.
Une GMAO telle que Fabrico peut planifier les opérations de retarage des fixations et les routines de lubrification et conserver l'historique des inspections, de sorte que le fretting récurrent sur un assemblage spécifique devienne visible plutôt qu'une surprise lors d'une panne. Réservez une démo Fabrico pour voir comment ces routines sont suivies.
Sur l'acier elle apparaît sous forme de débris poudreux brun-rouge, souvent appelés cocoa, autour d'une zone usée mate ; sur l'aluminium et le titane les débris sont noirs. Sous les débris, la surface montre des piqûres peu profondes et parfois de fines fissures.
Le faux brinellage est du fretting aux contacts roulants d'un roulement stationnaire exposé à des vibrations. Il produit des marques espacées selon le pas des éléments roulants qui ressemblent à des empreintes de surcharge mais qui sont en réalité des zones usées et oxydées sans empreinte plastique.
La lubrification la réduit en abaissant le frottement et en empêchant l'agglomération des débris d'oxyde, mais elle arrête rarement le fretting à elle seule. La solution durable est d'éliminer le micro-mouvement par une précharge ou un ajustement correct, puis de soutenir cela avec un lubrifiant ou des revêtements.
Les petites fissures que le fretting initie peuvent provoquer une rupture par fatigue, réduisant la limite d'endurance de la pièce. Un assemblage peut sembler serré mais casser bien en dessous de sa charge prévue parce que le fretting a fragilisé la surface.
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