LIQUIDES IONIQUES COMME POTENTIELS LUBRIFIANTS

LIQUIDES IONIQUES COMME POTENTIELS
LUBRIFIANTS

Classification des lubrifiants

 Depuis l’antiquité l’homme utilisait des corps lubrifiants d’origine naturelle pour résoudre divers problèmes de frottement ou de glissement. Mais avec le développement des moyens de transport, ils sont confrontés aux premiers véritables problèmes liés à la lubrification. Traditionnellement les lubrifiants sont classés en lubrifiants naturels organiques et lubrifiants organiques synthétiques. 

Les lubrifiants naturels organiques 

Les lubrifiants naturels sont composés d’huiles grasses d’animaux comme : l’huile de requin, l’huile de baleine, des huiles minérales et enfin des huiles végétales. Les huiles minérales (ou huile pétrolière) sont constituées de paraffines (toutes les branches des paraffines), de naphtalènes et d’huiles aromatiques .Ces dernières sont les plus utilisées dans des mécanismes de lubrification. 1. Les lubrifiants organiques synthétiques Les lubrifiants organiques synthétiques sont initialement développés pour répondre aux besoins de l’aviation industrielle. Ces lubrifiants sont capables de résister à l’augmentation de la température, ils sont constitués d’hydrocarbures synthétiques, de chlorofluorocarbones, d’esters, de siliciums, de silanes, de polyphényléthers (PFE) et de perfluoropolyethers (PFPEs).Ces derniers font partie des lubrifiants synthétiques les plus utilisés dans les applications requérantes des conditions opératoires extrêmes. Ceci est dû au fait qu’ils ont une haute température de stabilité et une pression de vapeur extrêmement faible. Les PFPEs sont comme les huiles minérales, ils sont utilisés dans les applications ayant un grand vide .Exemple les fluides hydrauliques, les huiles de machine, les turbines de gaz, les disques durs et les bandes magnétiques. 

La nature des liquides ioniques lubrifiants 

Les liquides ioniques lubrifiants peuvent être de nature diverse avec des caractéristiques qui Liquides ioniques ayant un potentiel lubrifiant Page 3 diffèrent selon la matière à lubrifier. Parmi les lubrifiants ioniques utilisés nous pouvons citer :  Les liquides ioniques dérivés du phosphonium : ils sont constitués de cations de phosphonium associés à des anions qui peuvent avoir des caractères (hydrophobie et hydrophilie) variés.  Les liquides ioniques lubrifiant les contacts Acier-Aluminium sont composés de : 1-héthyl-3-méthylhéxafluorophosphate (LP106) et de 3-méthyl-1- octyltétrafluoroborate (LP108) qui sont des liquides ioniques utilisés à cause de leurs bonnes performances lubrifiantes et leurs hautes stabilités thermiques.  Les liquides ioniques dérivés d’imidazolium : ils sont composés de cations imidazolium ayant des longueurs de chaine variées et associés à l’anion Tf2N – . Ces lubrifiants sont couramment utilisés à haute température sur les matériaux résistants à la corrosion comme dans les alliages de Nikel [7] et de Titane [8,9].  Les liquides ioniques ayant un groupement vinylique : Ils ont une haute performance de lubrification et une bonne résistivité à la corrosion. Leur mécanisme principal est basé sur la formation d’une couche tribolimite. II)Généralités sur les liquides ioniques Ayant un immense impact sur l’environnement, Les liquides ioniques font l’objet de nombreuses recherches au cours des dernières décennies pour des applications de lubrification du fait de leurs particularités très intéressantes .Le plus souvent ils sont constitués d’un cation organique et d’un anion organique ou inorganique [10,11].Les liquides ioniques sont initialement développés pour l’usage des électrolytes dans les batteries et pour les électrodépositions. Cependant de récentes applications montrent que ces composés peuvent être utilisés comme des solvants inoffensifs à l’environnement, ils sont aussi utilisables dans les réactions de synthèse chimique. Dans la chimie « verte », les liquides ioniques sont utilisés comme substituants pour les solvants organiques conventionnels et dans d’autres applications incluant les fluides superficiels et les produits pharmaceutiques. Les liquides ioniques n’émettent pas de composés organiques, ce qui fait d’eux des « lubrifiants verts Semblables au PFPEs (qui sont des lubrifiants conventionnels), les liquides ioniques ont une haute température de stabilité, une faible pression de vapeur et des propriétés de lubrification Liquides ioniques ayant un potentiel lubrifiant Page 4 exceptionnels. La principale différence entre PFPEs et les liquides ioniques est leur forme électriquement isolée. Ces derniers peuvent être considérés comme étant de bons conducteurs électriques, cette haute conductivité électrique du liquide ionique permet de dissiper la chaleur durant le glissement. Du point de vue commercial les liquides ioniques sont moins chers que les PFPEs. I-1) Composition Un liquide ionique est un sel synthétique ayant un point de fusion inférieur à 100°C.Un liquide ionique, à la température ambiante (RTIL) est un sel fondu avec un point de fusion inférieur ou égal à la température ambiante. Cette définition ne donne aucune information sur la composition moléculaire. La résonnance de l’un de ces ions (cation ou anion) empêche la formation d’un réseau cristallin stable et ces ions sont maintenus ensemble par des forces électrostatiques très fortes .Par conséquent du fait du manque de coordination des ions, ces composés sont liquides au-dessous de 100°C ou même à la température ambiante. 1. Les cations Le nombre de combinaisons de cations et d’anions qui peut être utilisé pour produire des liquides ioniques est de l’ordre d’un million. Les cations utilisés sont volumineux et dissymétriques et sont souvent basés sur des systèmes cycliques aromatiques contenant d’hétéroatomes avec des représentants typiques tels que l’imidazolium comme Zhou et al l’ont indiqué dans un examen récent [12]. Des structures générales typiques sont représentées dans la figure1. Elles incluent les cations d’imidazolium, pyridinium, ammonium, phosphonium et sulfures. Pour illustrer davantage la diversité de cations possibles des exemples, de dications et de trications sont aussi représentés ci-dessus. La présence d’unités de répétition dans les cations multivalents aura une incidence sur ces interactions avec le substrat, les performances tribologiques des liquides ioniques dans son ensemble et la résistance de contact entre les surfaces de glissement. Les cations sont de bons conducteurs électriques ce qui les rend encore plus appropriés comme lubrifiants.

Les anions 

Les anions mis en œuvre sont les anions typiques représentés ci-dessous. Ils comprennent les anions inorganiques comme les anions d’halogénure, nitrate, perchlorate, tétrafluoroborate, hexafluorophosphate, et des anions organiques comme le bis (trifluorométhylsulfonyl) amidure (« triflamide »), du 4-phénylsulfonate (« tosylate ») [11,13]. Les anions peuvent également être polyvalents, ils sont habituellement classés en fonction de l’hydrophobie et de l’hydrophilie. Ces propriétés des anions affectent grandement la tendance du liquide ionique à former des liaisons avec le substrat ainsi que sa propension dans les réactions chimiques telle que l’hydrolyse. Exemple : les anions hydrophiles tels que BF4 – et PF6 – ont une plus grande tendance à réagir avec le substrat (par exemple les réactions des métaux et des céramiques avec des surfaces oxydes actifs et des groupes hydroxyles). L’étude des anions PF6 – et BF4 – Liquides ioniques ayant un potentiel lubrifiant Page 7 contenant du bore ou de phosphore montre que ces composés contenant ces éléments ont d’excellentes propriétés tribologiques sous une haute pression et à des températures très élevées. Ces anions ont également tendance à être sensibles à des réactions de dégradations chimiques; par conséquent les propriétés de l’anion peuvent influencer considérablement les performances tribologiques.