Depuis longtemps, on utilisait pour la constitution de paliers de machines des bois spéciaux riches en résines, des bronzes ou de la fonte. Mais, en 1839, l’Anglais Isaac Babbitt (1799-1862) breveta des alliages à base d’étain ayant des propriétés particulièrement adaptées à cette application et encore utilisés. Dans les pays anglo-saxons, ces alliages sont toujours dénommés babbitts.

Propriétés

À la fin du xix^e s., le comportement de ces alliages s’expliquait par les conceptions de Georges Charpy (1865-1945) : répartition dans la structure de grains durs porteurs enchâssés dans une matrice molle, plastique. À cette théorie, mise en défaut par l’utilisation de nouveaux matériaux composites, a été substituée une théorie plus complexe, fondée sur une conception thermique des phénomènes. Les principales propriétés exigées des antifrictions sont :
— une bonne résistance à la compression, définissant la capacité de charge d’un coussinet en relation avec la vitesse de l’arbre ou du vilebrequin et sa nature ;
— une résistance au grippage de l’antifriction, qui ne doit pas s’allier au métal de l’arbre, propriété d’autant mieux obtenue que l’antifriction possède un bas coefficient de frottement, un bas point de fusion, une bonne mouillabilité à l’état liquide et, surtout, une grande conductibilité thermique (cuivre, aluminium), permettant l’évacuation calorifique en cas d’échauffement anormal et évitant ainsi le grippage ;
— une bonne malléabilité, pour mieux épouser et compenser des défauts géométriques de l’ensemble, et permettre ainsi une meilleure portée de la surface de frottement, malléabilité que l’on obtient par de faibles valeurs d’élasticité et de dureté ;
— une capacité d’incrustabilité de particules étrangères, pouvant provenir d’un défaut de filtration de l’huile et occasionnant une destruction de l’alliage par rayures et usure ;
— un comportement de surface permettant la formation d’un film lubrifiant adhérent (film monomoléculaire) et une tenue à la corrosion du milieu constitué par le lubrifiant, l’atmosphère et les conditions d’échauffement ;
— une bonne tenue à la fatigue, par suite des sollicitations alternées en flexion-compression, d’autant meilleure que l’épaisseur d’antifriction est faible (moins de 0,10 mm de régule pour des coussinets de moteurs à essence de voitures de tourisme) ;
— un maintien des caractéristiques mécaniques en cas d’échauffement ;
— un bon accrochage de l’antifriction sur son support en acier ou en bronze, obtenu suivant les dimensions des coussinets par liaison physico-chimique ou par liaison mécanique.

Principaux types

Une rationalisation a permis de limiter les alliages de matériaux composites suivant les domaines d’application :
1^o alliages à base d’étain (régules à l’étain), dont la structure est formée d’une matrice plastique contenant des composés durs d’antimoine-étain et de cuivre-étain ;
2^o alliages à base de plomb (régules au plomb), contenant de l’antimoine et de l’arsenic ;
3^o pseudo-alliages cuproplomb, appelés métal rose, par opposition aux régules, dits métal blanc, dont la structure est formée des deux métaux pratiquement non alliés, le cuivre formant matrice avec une répartition homogène et fine de plages de plomb ;
4^o bronzes, dont les plus courants sont les bronzes au plomb et les bronzes phosphoreux, constituant une gamme étendue d’alliages aux applications très diverses en raison des variétés de composition ;
5^o alliages à base d’aluminium, dont la matrice plastique contient des plages de constituant étain, ou cadmium, ou plomb et qui, d’emploi relativement récent, se développent surtout dans l’industrie automobile ;
6^o alliages autolubrifiants, dont la structure poreuse (30 p. 100 de porosités en volume), obtenue par les techniques de la métallurgie des poudres, est imprégnée d’une huile particulière, ce qui permet d’éviter ou de limiter la lubrification externe des pièces constituées avec ces alliages (bronzes, alliages ferreux) ;
7^o revêtements électrolytiques d’alliages antifrictions, argent-plomb, plomb-indium, plomb-étain-cuivre, que l’on applique sur une couche d’alliage à base de cuivre ou d’aluminium, eux-mêmes accrochés sur un support en acier, l’ensemble constituant un coussinet dénommé trimétal ;
8^o matériaux constitués par une couche de matières plastiques à base de polytétra-fluoro-éthylène, résines polyamides ou résines acétal, déposées sur un support généralement en acier avec, éventuellement, interposition d’une couche en bronze poreux, formant une base d’accrochage et améliorant les caractéristiques des matières plastiques au point de vue de la tenue au fluage et de la conductibilité thermique.

Mise en œuvre

L’élaboration et le formage des antifrictions ont évolué particulièrement par l’utilisation des coussinets dits « minces » (rapport de l’épaisseur au diamètre de l’ordre de 3/100 et épaisseur totale maximale de 4 mm). Les procédés les plus utilisés sont :
— la coulée continue de régules, d’alliages de cuivre, d’alliages d’aluminium sous forme de barres, tubes ou sur feuillard, pour constituer une bande bimétallique ;
— le frittage en continu de poudre de cuproplomb ou de bronze au plomb sur feuillard acier, pour former une bande bimétallique ;
— le frittage classique après compression de poudre, pour alliages autolubrifiants ;
— le placage en continu par laminage d’alliage d’aluminium sur feuillard acier ;
— le revêtement électrolytique sur pièces usinées.

R. L. R.

 R. Cazaud, le Frottement et l’usure des métaux. Les antifrictions (Dunod, 1955).