Comportement tribologique de diamants polycristallins et de carbures cémentés WC-Co avec traitements de graduation : application aux inserts et taillants d'outils pour le forage de formations rocheuses fortement abrasives.

La performance des inserts d’outils tricone et des taillants d’outils PDC commerciaux est soumise au compromis durete/tenacite principalement regi par la proportion de cobalt et la taille des grains de carbures cementes WC-Co et du PDC. Les traitements de graduation bases sur l’imbibition de cobalt et les revetements de nitrure de bore des carbures cementes permettent d’augmenter la resistance a l’abrasion au niveau de la surface active des inserts et des taillants tout en generant une tenacite accrue au cœur des carbures cementes. Des essais d’usure a l’aide d’un tribometre rotatif avec une contreface en alumine pour les inserts WC-Co et a l’aide d’un tour d’usure avec une contreface en beton a forte teneur en silice pour les taillants ont permis d’etudier leur comportement tribologique. Pour les inserts, le coefficient de frottement et les cinetiques d’usure (modele d’Archard), mais aussi l’evaluation de la temperature de contact et de l’emission acoustique generee au contact, ont permis de mieux comprendre l’effet des traitements realises sur les carbures cementes. Pour les taillants PDC un modele de qualite, base sur un compromis usure/efficacite de coupe, a ete developpe afin de caracteriser la resistance a l’usure des taillants. Des analyses physicochimiques (EDX, DRX, Raman) ont permis d’associer l’evaluation de la resistance a l’abrasion des echantillons a des mecanismes d’usure en considerant les elements constitutifs des systemes tribologiques et la formation de troisiemes corps. Les resultats ont ainsi montre l’importance de la proportion de cobalt generee dans les debits d’usure sur la stabilite des debris abrasifs (alumine et silice) et ainsi sur la resistance a l’usure des inserts et taillants. Les mecanismes de rupture des microstructures WC-Co et PDC sont aussi mis en avant afin d’expliquer leur influence sur la resistance a l’abrasion des echantillons. Enfin, des mesures de tenacite des inserts ont permis de juger de l’apport des traitements d’imbibition sur la resistance a la propagation de fissures des carbures cementes WC-Co. Aussi, des essais complementaires de chocs ont permis de montrer que les traitements ameliorant la resistance a l’abrasion des taillants ne se traduisent pas par la chute de leur resistance aux chocs.