ISO 18535:2016

Diamond-like carbon films — Determination of friction and wear characteristics of diamond-like carbon films by ball-on-disc method

ISO 18535:2016 specifies a procedure for and provides guidance on the determination of the coefficient of friction and the specific wear rate of diamond-like carbon (DLC) films. The method specifies that the materials are tested under dry conditions in pairs in a ball-on-disc configuration. The results of the tests are not applicable when DLC-coated parts operate in a lubricated environment.

Revêtements de carbone amorphe — Détermination des caractéristiques de frottement et d'usure des revêtements de carbone amorphe par la méthode bille sur disque

ISO 18535:2016 spécifie un mode opératoire et fournit des préconisations concernant la détermination du coefficient de frottement et du taux d'usure spécifique des revêtements de carbone amorphe. La méthode spécifie que les matériaux sont soumis à essai dans des conditions sèches par paires dans une configuration «bille sur disque». Les résultats des essais ne sont pas applicables lorsque les pièces revêtues d'une couche de carbone amorphe sont utilisées dans un environnement lubrifié.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 17-Mar-2016
• ICS: 25.220.01 - Surface treatment and coating in general
• Technical Committee: ISO/TC 107 - Metallic and other inorganic coatings
• Drafting Committee: ISO/TC 107 - Metallic and other inorganic coatings
• Current Stage: 9093 - International Standard confirmed
• Completion Date: 23-Jun-2021

Relations

• Consolidated By: ISO 15607:2019 - Specification and qualification of welding procedures for metallic materials — General rules
• Effective Date: 06-Jun-2022

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18535
First edition
2016-03-15
Diamond-like carbon films —
Determination of friction and wear
characteristics of diamond-like carbon
films by ball-on-disc method
Revêtements de carbone amorphe — Détermination des
caractéristiques de frottement et d’usure des revêtements de carbone
amorphe par la méthode bille sur disque
Reference number
ISO 18535:2016(E)
©
ISO 2016

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ISO 18535:2016(E)

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ISO 18535:2016(E)

Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Test materials and specimen preparation . 2
4.1 Materials . 2
4.2 Ball specimen . 2
4.3 Disc specimen . 2
5 Apparatus . 3
6 Testing procedure . 4
6.1 Treatment of specimen before test . 4
6.2 Preparation of wear test . 4
6.3 Testing conditions for friction test . 4
6.4 Testing conditions for friction and wear test . 4
6.5 Measurement of friction force . 4
6.6 Measurement of wear scar on ball specimen . 5
6.7 Measurement of wear scar on disc specimen. 5
6.8 Number of test repeats . 5
7 Calculation of test results . 6
7.1 Specific wear rate of diamond-like carbon films on ball specimen . 6
7.2 Specific wear rate of diamond-like carbon films on disc specimen . 6
7.3 Coefficient of friction . 7
7.4 Rounding off of numerical values . 7
8 Test report . 7
Annex A (informative) Uncertainty of measurement for calculating of coefficient of friction .9
Bibliography .12
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ISO 18535:2016(E)

Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical
Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 107, Metallic and other inorganic coatings.
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ISO 18535:2016(E)

Introduction
This International Standard gives guidance on conducting a sliding friction and wear test in a ball-on-
disc configuration to determine the friction generated and wear observed in uniaxial sliding contacts
between diamond-like carbon (DLC) films and a counter body.
The tribological properties of DLC films are different from those of metallic and ceramic coatings. DLC
films have the tribological characteristics of low friction and low wear against other materials. Since
a DLC film is a coating, rather than a bulk material, it has a limited amount of wear and possibility
of delamination. Hence, a friction and wear testing method specific to DLC films is used to determine
friction and wear resistance independent of delamination. In the ball-on-disk method using a DLC-
coated ball on a non-coated disk, a non-coated ball on a DLC-coated disk, or a DLC-coated ball on a DLC-
coated disk, the wear of DLC is minimal compared with other materials; for this reason, it is preferable
to apply the coating on the ball to measure the wear rate with a reasonable accuracy. Of course, the wear
on the ball side induces a decrease in contact pressure that must be taken into account for the friction
coefficient interpretation. Because of these aspects, the ball-on-disk method is ideal for conventional
testing of DLC coatings.
It should be noted that there are many parameters in the sliding contact that affect the magnitude
of friction and wear. The aim of performing any wear test is to simulate, as closely as possible, the
conditions that occur in the real application. As the deviation between the test conditions and the
application conditions becomes larger, the test results become less relevant. To add credence to the test
results, the appearance of the worn surfaces from the test samples are compared with the appearance
of the worn surface from the actual worn component in order to ensure that similar wear mechanisms
have taken place in each case. It is intended that the recommended test conditions suggested in this
International Standard be used when the application conditions are not well defined but general
comparison among materials is required.
This International Standard is useful for quality control of DLC films.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 18535:2016(E)
Diamond-like carbon films — Determination of friction
and wear characteristics of diamond-like carbon films by
ball-on-disc method
1 Scope
This International Standard specifies a procedure for and provides guidance on the determination of
the coefficient of friction and the specific wear rate of diamond-like carbon (DLC) films. The method
specifies that the materials are tested under dry conditions in pairs in a ball-on-disc configuration.
The results of the tests are not applicable when DLC-coated parts operate in a lubricated environment.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 1101, Geometrical product specifications (GPS) — Geometrical tolerancing — Tolerances of form,
orientation, location and run-out
ISO 3274, Geometrical Product Specifications (GPS) — Surface texture: Profile method — Nominal
characteristics of contact (stylus) instruments
ISO 3290-1, Rolling bearings — Balls — Part 1: Steel balls
ISO 3290-2, Rolling bearings — Balls — Part 2: Ceramic balls
ISO 3611, Geometrical product specifications (GPS) — Dimensional measuring equipment: Micrometers for
external measurements — Design and metrological characteristics
ISO 4287, Geometrical Product Specifications (GPS) — Surface texture: Profile method — Terms, definitions
and surface texture parameters
ISO 13385-1, Geometrical product specifications (GPS) — Dimensional measuring equipment — Part 1:
Callipers; Design and metrological characteristics
ISO 80000-1:2009, Quantities and units — Part 1: General
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
wear
progressive mass removal from the surface of solid material due to relative motion with a contacting
substance or substances
3.2
wear test
method of evaluating the friction and wear performance of materials in sliding contact
© ISO 2016 – All rights reserved 1

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ISO 18535:2016(E)

3.3
ball-on-disc method
wear test method in which the sliding contact is brought about by pushing a ball specimen on to a
rotating disc specimen under a constant load
3.4
friction force
resisting force tangential to the interface between two bodies, when one body moves or tends to move
relative to the other under the action of a normal force pressing these bodies together
3.5
coefficient of friction
μ
dimensionless ratio of the friction force, F , to the applied normal force, F
f p
Note 1 to entry: μ = F / F .
f p
3.6
specific wear rate
W
s
rate of material removal by wear, expressed by means of the wear volume, V, per unit applied normal
force, F , and unit sliding distance, L
p
Note 1 to entry: W = V/(F × L).
s p
4 Test materials and specimen preparation
4.1 Materials
This ball-on-disc testing method can be applied to DLC coatings. The only requirement is that the
ball and disc specimens having the dimensions specified below can be prepared and that they shall
withstand the stresses imposed during the testing without failure or excessive flexure.
Using the ball-on-disk method, either the ball or the disk or both the ball and disk can be used as
substrates of the DLC films for testing depending on the requirements. The thickness of DLC films shall
be 0,01 μm to 10 μm.
Any pertinent details of ball and disk specimen such as their dimensions, surface finish, material type,
composition, microstructure, and processing treatments shall be supplied.
4.2 Ball specimen
The ball specimen shall be a true sphere of more than 5 mm in diameter or a straight rod whose end
part is machined to a spherical cap. The recommended diameter of the sphere is 6 mm. The surface
roughness of the specimen shall not be more than 0,1 μm Ra as specified in ISO 4287. The Rpk value
of the surface roughness should be measured and noted in the test report. Ball sphericity shall follow
ISO 3290-1 and ISO 3290-2.
4.3 Disc specimen
The disc specimen shall be more than 3 mm in thickness and be large enough to enable the testing
surface to contain a sliding circle of 3 mm in diameter with a minimum of 1 mm of clearance between
the circle exterior and the edge of the coated region. The surfaces of the disc shall be flat and parallel
to within 0,02 mm as specified in ISO 1101. The roughness of the test surface shall not be more than
0,02 μm Ra as specified in ISO 4287. It is recommended that “Ra” be used as the symbol for roughness.
The Rpk value of the surface roughness should be measured and noted in the test report. Where it is
necessary to use such symbols for other parameters, these shall also be specified.
2 © ISO 2016 – All rights reserved

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ISO 18535:2016(E)

5 Apparatus
5.1 Ball-on-disc testing method apparatus shall consist of the following:
— the disc holder, for securing a disc specimen;
— the drive system, for rotating the disc;
— the ball holder, for gripping a ball specimen;
— the loading mechanism, for pushing the ball specimen on to the disc specimen;
— the equipment, for measuring the friction force and the linear wear;
— the equipment, for controlling the testing atmosphere;
— the ancillary devices for the above.
5.2 The disc holder shall rotate in a horizontal or vertical plane. The eccentricity of the rotating axis
shall be less than 0,02 mm and the fluctuation at the contact point in the direc
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 18535
Première édition
2016-03-15
Revêtements de carbone amorphe —
Détermination des caractéristiques de
frottement et d’usure des revêtements
de carbone amorphe par la méthode
bille sur disque
Diamond-like carbon films — Determination of friction and wear
characteristics of diamond-like carbon films by ball-on-disc method
Numéro de référence
ISO 18535:2016(F)
©
ISO 2016

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ISO 18535:2016(F)

DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2016, Publié en Suisse
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sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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ISO 18535:2016(F)

Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Matériaux d’essai et préparation des éprouvettes . 2
4.1 Matériaux . 2
4.2 Bille d’essai . 2
4.3 Disque d’essai. 2
5 Appareillage . 3
6 Mode opératoire d’essai. 4
6.1 Traitement de l’éprouvette avant essai . 4
6.2 Préparation de l’essai d’usure . 4
6.3 Conditions d’essai pour l’essai de frottement . 4
6.4 Conditions d’essai pour l’essai de frottement et d’usure . 4
6.5 Mesure de la force de frottement . 5
6.6 Mesure de la trace d’usure sur la bille d’essai. 5
6.7 Mesure de la trace d’usure sur le disque d’essai . 5
6.8 Nombre de répétitions de l’essai . 6
7 Calcul des résultats d’essai . 6
7.1 Taux d’usure spécifique d’un revêtement de carbone amorphe sur une bille d’essai . 6
7.2 Taux d’usure spécifique d’un revêtement de carbone amorphe sur un disque d’essai . 7
7.3 Coefficient de frottement . 8
7.4 Arrondi des valeurs numériques . 8
8 Rapport d’essai . 8
Annexe A (informative) Incertitude de mesure pour le calcul du coefficient de frottement .10
Bibliographie .13
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ISO 18535:2016(F)

Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à
l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes
de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos -
Informations supplémentaires.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 107, Revêtements métalliques et
autres revêtements inorganiques.
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ISO 18535:2016(F)

Introduction
La présente Norme internationale fournit des préconisations sur la réalisation d’un essai de frottement
et d’usure dans une configuration «bille sur disque» pour déterminer le frottement provoqué et l’usure
observée lors de contacts glissants uniaxiaux entre des revêtements de carbone amorphe et un corps
antagoniste.
Les propriétés tribologiques des revêtements de carbone amorphe sont différentes de celles des
revêtements métalliques et céramiques. Les caractéristiques tribologiques des revêtements de carbone
amorphe se distinguent par un faible frottement et une faible usure contre les autres matériaux. Dans la
mesure où une couche mince de carbone amorphe se présente comme un revêtement et non comme un
matériau massif, elle présente une capacité d’usure limitée et peut se détériorer par délamination. Par
conséquent, une méthode d’essai de frottement et d’usure propre aux revêtements de carbone amorphe
est utilisée pour déterminer le frottement et la résistance à l’usure, sans induire de délamination.
Dans la méthode «bille sur disque» utilisant une bille revêtue d’une couche de carbone amorphe sur un
disque non revêtu, une bille non revêtue sur un disque revêtu d’une couche de carbone amorphe ou une
bille revêtue d’une couche de carbone amorphe sur un disque revêtu d’une couche de carbone amorphe,
l’usure de la couche de carbone amorphe est minimale par rapport aux autres matériaux. De ce fait, il
est conseillé d’appliquer la couche mince sur la bille pour évaluer par mesurage le taux d’usure avec une
précision raisonnable. L’usure du côté bille induit bien évidemment une diminution de la pression de
contact qui doit être prise en compte dans l’interprétation du coefficient de frottement. En raison de ces
aspects, la méthode «bille sur disque» est idéale pour les essais classiques des revêtements de carbone
amorphe.
Il convient de noter que, dans le cadre du contact glissant, il existe de nombreux paramètres qui
influencent l’intensité du frottement et de l’usure. Tout essai d’usure vise à simuler, dans toute la
mesure du possible, les conditions qui prévalent dans l’application réelle. Au fur et à mesure que l’écart
entre les conditions d’essai et les conditions d’application s’agrandit, les résultats d’essai deviennent
moins pertinents. Pour donner plus de crédit aux résultats d’essai, l’aspect des surfaces usées des
échantillons d’essai est comparé à celui de la surface usée du composant usé réel afin de s’assurer que
des mécanismes d’usure similaires ont eu lieu dans chaque cas. Il est préconisé d’utiliser les conditions
d’essai recommandées, suggérées dans la présente Norme internationale, lorsque les conditions
d’application ne sont pas bien définies, mais qu’une comparaison générale entre les matériaux est
requise.
La présente Norme internationale est utile pour le contrôle de la qualité des revêtements de carbone
amorphe.
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NORME INTERNATIONALE ISO 18535:2016(F)
Revêtements de carbone amorphe — Détermination des
caractéristiques de frottement et d’usure des revêtements
de carbone amorphe par la méthode bille sur disque
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie un mode opératoire et fournit des préconisations concernant
la détermination du coefficient de frottement et du taux d’usure spécifique des revêtements de carbone
amorphe. La méthode spécifie que les matériaux sont soumis à essai dans des conditions sèches par
paires dans une configuration «bille sur disque».
Les résultats des essais ne sont pas applicables lorsque les pièces revêtues d’une couche de carbone
amorphe sont utilisées dans un environnement lubrifié.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
l’application du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 1101, Spécification géométrique des produits (GPS) — Tolérancement géométrique — Tolérancement
de forme, orientation, positionnement et battement
ISO 3274, Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Méthode du profil —
Caractéristiques nominales des appareils à contact (palpeur)
ISO 3290-1, Roulements — Billes — Partie 1: Billes de roulement en acier
ISO 3290-2, Roulements — Billes — Partie 2: Billes de roulement en céramique
ISO 3611, Spécification géométrique des produits (GPS) — Équipement de mesurage dimensionnel:
Micromètres d’extérieur — Caractéristiques de conception et caractéristiques métrologiques
ISO 4287, Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Méthode du profil — Termes,
définitions et paramètres d’état de surface
ISO 13385-1, Spécification géométrique des produits (GPS) — Équipement de mesurage dimensionnel —
Partie 1: Pieds à coulisse; caractéristiques de conception et caractéristiques métrologiques
ISO 80000-1:2009, Grandeurs et unités — Partie 1: Généralités
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
3.1
usure
enlèvement progressif de matière de la surface d’un matériau solide, dû au mouvement relatif avec une
ou plusieurs substances en contact
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ISO 18535:2016(F)

3.2
essai d’usure
méthode d’évaluation de la performance en termes de frottement et d’usure de matériaux en contact
glissant
3.3
méthode « bille sur disque »
méthode d’essai d’usure dans laquelle le contact glissant est provoqué en pressant une bille d’essai
contre un disque d’essai tournant sous une charge constante
3.4
force de frottement
force résistante, tangentielle à l’interface entre deux corps, lorsqu’un corps se déplace ou a tendance
à se déplacer par rapport à l’autre corps sous l’effet d’une force normale pressant ces deux corps l’un
contre l’autre
3.5
coefficient de frottement
μ
rapport sans dimension de la force de frottement, F , sur la force normale appliquée, F
f p
Note 1 à l’article: μ = F / F .
f p
3.6
taux d’usure spécifique
W
s
taux de matière enlevée par usure, exprimé au moyen du volume d’usure, V, par unité de force normale
appliquée, F , et unité de distance de glissement, L
p
Note 1 à l’article: W = V/(F × L) .
s p
4 Matériaux d’essai et préparation des éprouvettes
4.1 Matériaux
La présente méthode «bille sur disque» peut être appliquée aux revêtements de carbone amorphe. La
seule exigence est que les éprouvettes en forme de bille et de disque, ayant les dimensions spécifiées
ci-dessous, puissent être préparées et qu’elles soient en mesure de résister aux contraintes imposées au
cours des essais sans défaillance ni flexion excessive.
L’application de la méthode «bille sur disque» permet d’utiliser, selon les exigences des essais, soit la
bille ou le disque, soit la bille et le disque à la fois, en tant que substrats pour les revêtements de carbone
amorphe. L’épaisseur des revêtements de carbone amorphe doit être comprise entre 0,01 µm et 10 µm.
Tous les détails pertinents concernant la bille d’essai ou le disque d’essai, tels que leurs dimensions, état
de surface, type de matériau, composition, microstructure et traitements doivent être fournis.
4.2 Bille d’essai
La bille d’essai doit être une vraie sphère de plus de 5 mm de diamètre, ou une tige droite dont l’extrémité
est usinée en forme sphérique. Le diamètre recommandé de la sphère est de 6 mm. La rugosité de surface
de l’éprouvette ne doit pas être supérieure à 0,1 μm Ra comme spécifié dans l’ISO 4287. Il convient que
la valeur Rpk de la rugosité de surface soit mesurée et consignée dans le rapport d’essai. La sphéricité
de la bille doit être conforme à l’ISO 3290-1 et à l’ISO 3290-2.
4.3 Disque d’essai
Le disque d’essai doit avoir une épaisseur supérieure à 3 mm et être assez grand pour permettre à la
surface d’essai de contenir un cercle de glissement de 3 mm de diamètre avec un espace de 1 mm au
2 © ISO 2016 – Tous droits réservés

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ISO 18535:2016(F)

minimum entre l’extérieur du cercle et le bord de la zone revêtue. Les surfaces du disque doivent être
planes et parallèles à 0,02 mm près, comme spécifié dans l’ISO 1101. La rugosité de la surface d’essai ne
doit pas être supérieure à 0,02 μm Ra, comme spécifié dans l’ISO 4287. Il est recommandé d’utiliser le
symbole «Ra» pour représenter la rugosité. Il convient que la valeur Rpk de la rugosité de surface soit
mesurée et consignée dans le rapport d’essai. Lorsqu’il est nécessaire d’utiliser de tels symboles pour
d’autres paramètres, ceux-ci doivent être également spécifiés.
5 Appareillage
5.1 L’appareillage de la méthode d’essai «bille sur disque» doit comprendre les éléments suivants:
— le porte-disque, pour la fixation d’un disque d’essai;
— le système d’entraînement, pour la rotation du disque;
— le porte-bille, pour la préhension d’une bille d’essai;
— le mécanisme de chargement, pour presser la bille d’essai contre le disque d’essai;
— l’équipement, pour mesurer la force de frottement et l’usure linéaire;
— l’équipement, pour contrôler l’atmosphère d’essai;
— les dispositifs auxiliaires pour les équipements ci-dessus.
5.2 Le porte-disque doit tourner dans un plan horizontal ou vertical. L’excentricité de l’axe de
rotation doit être inférieure à 0,02 mm et la fluctuation au niveau du point de contact dans la direction
perpendiculaire au disque doit être inférieure à 0,02 mm.
5.3 Le système d’entraînement doit permettre d’assurer une vitesse de glissement contrôlable qui
est stable sous l’effet des forces de frottement générées. Le système d’entraînement doit être muni d’un
compte-tours ou d’un dispositif équivalent.
5.4
...

PROJET
NORME ISO/FDIS
FINAL
INTERNATIONALE 18535
ISO/TC 107
Revêtements de carbone amorphe —
Secrétariat: KATS
Détermination des caractéristiques de
Début de vote:
2015-11-23 frottement et d’usure des revêtements
de carbone amorphe par la méthode
Vote clos le:
2016-01-23
bille sur disque
Diamond-like carbon films — Determination of friction and wear
characteristics of diamond-like carbon films by ball-on-disc method
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET SONT
INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS OBSER-
VATIONS, NOTIFICATION DES DROITS DE PRO-
PRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT ÉVENTUELLEMENT
CONNAISSANCE ET À FOURNIR UNE DOCUMEN-
TATION EXPLICATIVE.
OUTRE LE FAIT D’ÊTRE EXAMINÉS POUR
ÉTABLIR S’ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS
INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET COM-
Numéro de référence
MERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE
ISO/FDIS 18535:2015(F)
DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES
INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR POSSI-
BILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT
SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA RÉGLEMENTA-
©
TION NATIONALE. ISO 2015

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ISO/FDIS 18535:2015(F)

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ISO/FDIS 18535:2015(F)

Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et definitions . 1
4 Matériaux d’essai et préparation des éprouvettes . 2
4.1 Matériaux . 2
4.2 Bille d’essai . 2
4.3 Disque d’essai. 2
5 Appareillage . 3
6 Mode opératoire d’essai. 4
6.1 Traitement de l’éprouvette avant essai . 4
6.2 Préparation de l’essai d’usure . 4
6.3 Conditions d’essai pour l’essai de frottement . 4
6.4 Conditions d’essai pour l’essai de frottement et d’usure . 4
6.5 Mesure de la force de frottement . 5
6.6 Mesure de la trace d’usure sur la bille d’essai. 5
6.7 Mesure de la trace d’usure sur le disque d’essai . 5
6.8 Nombre de répétitions de l’essai . 6
7 Calcul des résultats d’essai . 6
7.1 Taux d’usure spécifique d’un revêtement de carbone amorphe sur une bille d’essai . 6
7.2 Taux d’usure spécifique d’un revêtement de carbone amorphe sur un disque d’essai . 7
7.3 Coefficient de frottement . 8
7.4 Arrondi des valeurs numériques . 8
8 Rapport d’essai . 8
Annexe A (informative) Incertitude de mesure pour le calcul du coefficient de frottement .10
Bibliographie .13
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Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer
un engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à
l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes
de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos -
Informations supplémentaires.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 107, Revêtements métalliques et
autres revêtements inorganiques.
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ISO/FDIS 18535:2015(F)

Introduction
La présente Norme internationale fournit des préconisations sur la réalisation d’un essai de frottement
et d’usure dans une configuration «bille sur disque» pour déterminer le frottement provoqué et
l’usure observée lors de contacts glissants uniaxiaux entre des revêtements de carbone amorphe et
un corps antagoniste.
Les propriétés tribologiques des revêtements de carbone amorphe sont différentes de celles des
revêtements métalliques et céramiques. Les caractéristiques tribologiques des revêtements de carbone
amorphe se distinguent par un faible frottement et une faible usure contre les autres matériaux. Dans la
mesure où une couche mince de carbone amorphe se présente comme un revêtement et non comme un
matériau massif, elle présente une capacité d’usure limitée et peut se détériorer par délamination. Par
conséquent, une méthode d’essai de frottement et d’usure propre aux revêtements de carbone amorphe
est utilisée pour déterminer le frottement et la résistance à l’usure, sans induire de délamination. Dans la
méthode «bille sur disque» utilisant une bille revêtue d’une couche de carbone amorphe sur un disque non
revêtu, une bille non revêtue sur un disque revêtu d’une couche de carbone amorphe ou une bille revêtue
d’une couche de carbone amorphe sur un disque revêtu d’une couche de carbone amorphe, l’usure de la
couche de carbone amorphe est minimale par rapport aux autres matériaux. De ce fait, il est conseillé
d’appliquer la couche mince sur la bille pour évaluer par mesurage le taux d’usure avec une précision
raisonnable. L’usure du côté bille induit bien évidemment une diminution de la pression de contact qui
doit être prise en compte dans l’interprétation du coefficient de frottement. En raison de ces aspects, la
méthode «bille sur disque» est idéale pour les essais classiques des revêtements de carbone amorphe.
Il convient de noter que, dans le cadre du contact glissant, il existe de nombreux paramètres qui
influencent l’intensité du frottement et de l’usure. Tout essai d’usure vise à simuler, dans toute la mesure
du possible, les conditions qui prévalent dans l’application réelle. Au fur et à mesure que l’écart entre
les conditions d’essai et les conditions d’application s’agrandit, les résultats d’essai deviennent moins
pertinents. Pour donner plus de crédit aux résultats d’essai, l’aspect des surfaces usées des échantillons
d’essai est comparé à celui de la surface usée du composant usé réel afin de s’assurer que des mécanismes
d’usure similaires ont eu lieu dans chaque cas. Il est préconisé d’utiliser les conditions d’essai
recommandées, suggérées dans la présente Norme internationale, lorsque les conditions d’application
ne sont pas bien définies, mais qu’une comparaison générale entre les matériaux est requise.
La présente Norme internationale est utile pour le contrôle de la qualité des revêtements de carbone
amorphe.
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PROJET FINAL DE NORME INTERNATIONALE ISO/FDIS 18535:2015(F)
Revêtements de carbone amorphe — Détermination des
caractéristiques de frottement et d’usure des revêtements
de carbone amorphe par la méthode bille sur disque
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie un mode opératoire et fournit des préconisations concernant
la détermination du coefficient de frottement et du taux d’usure spécifique des revêtements de carbone
amorphe. La méthode spécifie que les matériaux sont soumis à essai dans des conditions sèches par
paires dans une configuration «bille sur disque».
Les résultats des essais ne sont pas applicables lorsque les pièces revêtues d’une couche de carbone
amorphe sont utilisées dans un environnement lubrifié.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
l’application du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 1101, Spécification géométrique des produits (GPS) — Tolérancement géométrique — Tolérancement
de forme, orientation, positionnement et battement
ISO 3274, Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Méthode du profil —
Caractéristiques nominales des appareils à contact (palpeur)
ISO 3290-1, Roulements — Billes — Partie 1: Billes de roulement en acier
ISO 3290-2, Roulements — Billes — Partie 2: Billes de roulement en céramique
ISO 3611, Spécification géométrique des produits (GPS) — Équipement de mesurage dimensionnel:
Micromètres d’extérieur — Caractéristiques de conception et caractéristiques métrologiques
ISO 4287, Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Méthode du profil — Termes,
définitions et paramètres d’état de surface
ISO 13385-1, Spécification géométrique des produits (GPS) — Équipement de mesurage dimensionnel —
Partie 1: Pieds à coulisse; caractéristiques de conception et caractéristiques métrologiques
ISO 80000-1:2009, Grandeurs et unités — Partie 1: Généralités
3 Termes et definitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
3.1
usure
enlèvement progressif de matière de la surface d’un matériau solide, dû au mouvement relatif avec une
ou plusieurs substances en contact
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3.2
essai d’usure
méthode d’évaluation de la performance en termes de frottement et d’usure de matériaux en contact
glissant
3.3
méthode « bille sur disque »
méthode d’essai d’usure dans laquelle le contact glissant est provoqué en pressant une bille d’essai
contre un disque d’essai tournant sous une charge constante
3.4
force de frottement
force résistante, tangentielle à l’interface entre deux corps, lorsqu’un corps se déplace ou a tendance
à se déplacer par rapport à l’autre corps sous l’effet d’une force normale pressant ces deux corps l’un
contre l’autre
3.5
coefficient de frottement
μ
rapport sans dimension de la force de frottement, F , sur la force normale appliquée, F
f p
Note 1 à l’article: μ = F / F
f p
3.6
taux d’usure spécifique
W
s
taux de matière enlevée par usure, exprimé au moyen du volume d’usure, V, par unité de force normale
appliquée, F , et unité de distance de glissement, L
p
Note 1 à l’article: W = V/(F × L)
s p
4 Matériaux d’essai et préparation des éprouvettes
4.1 Matériaux
La présente méthode «bille sur disque» peut être appliquée aux revêtements de carbone amorphe. La
seule exigence est que les éprouvettes en forme de bille et de disque, ayant les dimensions spécifiées
ci-dessous, puissent être préparées et qu’elles soient en mesure de résister aux contraintes imposées au
cours des essais sans défaillance ni flexion excessive.
L’application de la méthode «bille sur disque» permet d’utiliser, selon les exigences des essais, soit la
bille ou le disque, soit la bille et le disque à la fois, en tant que substrats pour les revêtements de carbone
amorphe. L’épaisseur des revêtements de carbone amorphe doit être comprise entre 0,01 µm et 10 µm.
Tous les détails pertinents concernant la bille d’essai ou le disque d’essai, tels que leurs dimensions, état
de surface, type de matériau, composition, microstructure et traitements doivent être fournis.
4.2 Bille d’essai
La bille d’essai doit être une vraie sphère de plus de 5 mm de diamètre, ou une tige droite dont l’extrémité
est usinée en forme sphérique. Le diamètre recommandé de la sphère est de 6 mm. La rugosité de surface
de l’éprouvette ne doit pas être supérieure à 0,1 μm Ra comme spécifié dans l’ISO 4287. Il convient que
la valeur Rpk de la rugosité de surface soit mesurée et consignée dans le rapport d’essai. La sphéricité
de la bille doit être conforme à l’ISO 3290-1 et à l’ISO 3290-2.
4.3 Disque d’essai
Le disque d’essai doit avoir une épaisseur supérieure à 3 mm et être assez grand pour permettre à la
surface d’essai de contenir un cercle de glissement de 3 mm de diamètre avec un espace de 1 mm au
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minimum entre l’extérieur du cercle et le bord de la zone revêtue. Les surfaces du disque doivent être
planes et parallèles à 0,02 mm près, comme spécifié dans l’ISO 1101. La rugosité de la surface d’essai ne
doit pas être supérieure à 0,02 μm Ra, comme spécifié dans l’ISO 4287. Il est recommandé d’utiliser le
symbole «Ra» pour représenter la rugosité. Il convient que la valeur Rpk de la rugosité de surface soit
mesurée et consignée dans le rapport d’essai. Lorsqu’il est nécessaire d’utiliser de tels symboles pour
d’autres paramètres, ceux-ci doivent être également spécifiés.
5 Appareillage
5.1 L’appareillage de la méthode d’essai «bille sur disque» doit comprendre les éléments suivants:
— le porte-disque, pour la fixation d’un disque d’essai;
— le système d’entraînement, pour la rotation du disque;
— le porte-bille, pour la préhension d’une bille d’essai;
— le mécanisme de chargement, pour presser la bille d’essai contre le disque d’essai;
— l’équipement, pour mesurer la force de frottement et l’usure linéaire;
— l’équipement, pour contrôler l’atmosphère d’essai;
— les dispositifs auxiliaires pour les équipements ci-dessus.
5.1.2 Le porte-disque doit tourner dans un plan horizontal ou vertical. L’excentricité de l’axe de
rotation doit être inférieure à 0,02 mm et la fluctuation au niveau du point de contact
...