Elaboration et caractérisation du comportement tribologique de matériaux architecturés pour le freinage

Centrale Lille est un établissement public d’enseignement supérieur et de recherche qui forme depuis 170 ans des ingénieurs et des chercheurs de haut niveau.

Il est composé de quatre écoles d’ingénieur (Ecole Centrale de Lille, ENSCL, IG2I & ITEEM), propose une offre de 14 parcours de masters dont 7 dispensés entièrement en anglais et délivre le doctorat (3 écoles doctorales).

L’institut est également co-tutelle de 7 laboratoires de recherche de la métropole Lilloise.

Le freinage par friction des TGV conduit à des niveaux de température élevés à l'interface entre le disque et la garniture. Cette chaleur doit être évacuée du contact pour éviter l’amorçage des fissures des disques par fatigue thermique. Bien que le principal élément de dissipation de la chaleur soit le disque, il est important de concevoir une garniture de frein suffisamment conductrice de chaleur. Les matériaux développés sont des matériaux frittés à matrice métallique fer-cuivre. Le cuivre, utilisé pour ses propriétés thermiques élevées, est introduit sous forme de poudre, mélangé aux autres composés et fritté. Ce processus de production conduit à une microstructure aléatoire, c'est-à-dire une répartition non pilotée et non optimisée du cuivre et de son pouvoir conducteur. Il s’agit d'optimiser l'utilisation du cuivre dans le matériau en structurant sa présence dans le matériau sous la forme d'une mousse périodique qui est remplie d'autres composants du matériau pour obtenir un niveau stable de frottement. L'étude de faisabilité a fait l'objet d'une thèse de doctorat Tao AN CSC qui s'est terminée cette année avec le développement d’un procédé de fabrication combinant fabrication additive, fonderie et métallurgie des poudres.

L’objectif de ce travail de Master est double. Il s’agit d’une part d’optimiser l’architecture du matériau ainsi que ces paramètres de fabrication, en s’appuyant sur les travaux de Tao AN. L'optimisation pourra se faire sur la structure de la mousse en modifiant des paramètres tels que la taille et la forme de l'alvéole, l'épaisseur des branches, l'orientation de l'alvéole par rapport à la surface qui sera en frottement… Les matériaux seront caractérisés en termes de propriétés thermiques et mécaniques. D'autre part, les matériaux seront soumis à des tests de freinage à échelle réduite en laboratoire pour tester leur comportement au frottement et à l'usure. Une instrumentation axée sur les mesures thermiques (thermocouples dans la masse et mesure par caméra infrarouge en surface) doit permettre d'évaluer la capacité des matériaux à conduire la chaleur.

Le stage de Master a pour objectifs :  

• Prise en main des équipements d’élaboration
• Elaboration de matériaux architecturés
• Caractérisation par essais mécanique, thermique, physique
• Caractérisation en usage par essais de frottement

Etudiant en Master 2 Mécanique ou Matériaux