Brevet FR2019374A1 — publié le 19700703

La présente invention se rapporte à un palier autolubrifiant Fritté, à lubrifiant incorporé, et de préférence à un tel palier à base de fer. Les paliers auto-lubrifiants fonctionnent sans amenée d'huile en permanence et peuvent contenir comme lubrifiant une huile ou des lubrifiants solides comme par exemple au graphite et/ou du bisulfure de molybdène. Dans le cas de paliers à imprégnation huileuse on effectue tout d'abord le moulage à la presse de la poudre et le frittage, après quoi la pièce frittée est imprégnée d'une huile non résinifiante. Au cours de cette opération le palier poreux absorbe une réserve de lubrifiant qui, dans le cas de paliers frittés à base de Fer, correspond à environ 3,0 à 4,0 parties pour cent en poids. Lorsque le palier auto-lubrifiant doit contenir un lubrifiant solide, l'imprégnation de la pièce frittée ne doit pas être effectuée, car une répartition uniforme du lubrifiant n'est possible que lorsque celui-ci est déjà contenu dans le mélange pulvérulent et est moulé et fritté avec lui. Le graphite et le bisulfure de molybdène sont particulièrement appropriés, mais ne présentent pas dans tous les cas une stabilité suffisante. L'inconvénient particulier d'un palier fritté à graphite incorporé est que le graphite a besoin d'une atmosphère humide pour que ses qualités lubrifiantes se manifestent.En outre il se produit, lors du frittage de matières à base de fer dans lesquelles du graphite et/ou du bisulfure de molybdène ont été incorporés, des difficultés dues au fait que le fer exige une température de Frittage de 800 à 12500 C. A une température aussi élevée il y a carburation du fer et une oxydation du carbone peut aisément se produire; le bisulfure de molybdène se décompose en tout cas, car il n'est stable que jusqu'à des températures de l'ordre de 400 C. La stabilité thermique relativement faible du graphite et du bisulfure de molybdène limite aussi l'utilisation des paliers qui en contiennent. C'est ainsi que les paliers à bisulfure de molybdène incorporé ne peuvent être employés qu'à des températures inférieures à 4000C en atmosphère oxydante, ceux à graphite incorporé jusqu'à seulement peu au-dessus de 5000C dans l'air. Le problème que l'invention se propose de résoudre consiste donc à créer un palier en métal fritté auquel est incorporé un lubrifiant solide et qui présente, outre de bonnes caractéristiques de glissement, une stabilité élevée du lubrifiant même à de hautes températures et sous charge en atmosphère oxygénée. La solution à ce problème est basée sur l'emploi de nitrure de bore en tant que lubrifiant, car il est stable jusqu'à environ 8000C dans l'air et sa température de décomposition est supérieure à 10000C, de sorte qu'il peut être ritté avec des poudres métalliques telles que de fer, sans subir de modifications. Lorsque la température de frittage est supérieure à 8000C l'opération doit toutefois être effectuée en atmosphère inerte, par exemple sous hydrogène ou gaz ammoniac craqué.Sous azote le point de sublimation est d'environ 30000C et la pression de dissociation est égale à 7,6 x 10 17mm Hg à 2000C, et à 9,8 mm Hg à 160000. Ces chiffres prouvent clairement la supériorité du nitrure de bore sur le graphite ou le bisulfure de molybdène; mais ils montrent aussi qu'il faut s'attendre à de faibles pertes lors du Frittage, d'autant plus grandes si l'atmosphère de frittage contient de l'anhydride sulfureux ou carbonique qui est réduit aux températures élevées. L'invention consiste donc en particulier en un palier auto-lubrifiant fritté composé de 2 à 20% de nitrure de bore, le reste étant de préférence du fer. Des teneurs en nitrure de bore supérieures à 20% ne se sont pas révélées avantageuses, mis à part le prix relativement élevé de ce corps, car à des teneurs plus élevées il se forme des plans de clivage qui lors du moulage à la presse résultent en une croissance de la pièce transversalement à la direction de la pression de moulage et à un retrait correspondant dans la direction de cette pression. Une partie du fer peut cependant être remplacée par jusqu'à 35% de cuivre. De plus, la matière à palier selon l'invention peut contenir, outre du fer, également du chrome éventuellement avec du nickel et du molybdène. C'est ainsi par exemple qu'un palier composé de 80% de chrome, de 11 de nickel, de 2% de molybdène, de 0,02% de carbone au maximum et de 2 à 20% de nitrure de bore, le reste étant du fer, s'est particulièrement bien comporté. De bons résultats ont pu être obtenus également avec une matière de palier contenant 2 à 20% de nitrure de bore, 45 à 70% de cuivre et 25 à 50% de nickel ou 6 à 18% de chrome, le reste étant du fer. Ont également donné satisfaction des bronzes au cobalt com posés de 2 à 20% de nitrure de bore, 8 à 5% d'étain, 20 à 50% de cobalt et 22 à 73% ae cuivre. Toutes ces matières pour palier sont stables aux hautes températures et sont donc propres à être utilisées par exemple dans des paliers pour chariots de transport dans des fours de recuit et de chauffage, soumis à des efforts extrêmement élevés dans l'air à des températures de plusieurs centaines de degrés, ou dans des paliers d'arbres pour appareils de robinetterie dans des installations de gaz de sortie ou des systèmes à air très chaud. Etant donné que la granulométrie moyenne du nitrure de bore du commerce ntest que de 2 à 3 alors que l'on peut trouver du graphite de 40)4, des difficultés se produisent lors du moulage à la presse de mélanges de nitrure de bore et de poudre métallique, dues au fait que le nitrure de bore très fin tend à s'agglomérer. La faible densité du nitrure de bore fait qu'en particulier avec des poudres métalliques de densité élevée la répartition du nitrure de bore dans la pièce moulée n'est pas homogène, ce qui est encore renforcé par l'agglomération du nitrure et peut être la cause d'une forte fissuration lors du frittage. Ces inconvénients sont évités par l'invention qui prévoit pour cela que les ingrédients pulvérulents sont mélangés dans un mélangeur à boulets, ce qui assure une répartition tout à fait régulière du nitrure de bore dans le mélange pulvérulent. Ce mélange est alors moulé sous pression de la manière habituelle et les moulages sont Frittés pendant 30 à 120 minutes à une température entre 1000 et 12000C en atmosphère inerte. Toutefois, le mélange peut aussi être Fritté avant son passage en presse, puis être broyé, ce qui fournit une poudre particulièrement homogène. A titre d'essai on confectionna dans un broyeur à boulets un mélange pulvérulent de 36% de cobalt, 49% de cuivre, 5,5% d'étain, 0,5% de TGM et 9% de nitrure de bore, qui fut moulé en presse sous une pression de 3,0 t/cm2 pour former une pièce cylindrique de 11,4mm de diamètre et de 10,2mm de hauteur. La densité de ce moulage était de 5,29 g/cm3. Le frittage fut effectué durant une heure à 8000C en hydrogène; à la fin, le cylindre avait une densité de 4,51 g/cm3 correspondant à un accroissement de volume, et une dureté HV2 de 17 kp/mm2. Pour un autre essai on prépara également dans un broyeur à boulets un mélange pulvérulent de 38,1% de cobalt, 51,4% de cuivre, 5,7% d'étain, 0,5% de TGM et -4,8 de nitrure de bore. Ce mélange fut moulé sous une pression de 4,0 t/cm2 pour former une pièce cylindrique de 11,3mm de diamètre et de 13,5mm de hauteur, avec une densité de 6,6 g/cm3. Cette pièce fut, comme dans l'exem ple précédent, recuite à 8000C en atmosphère d'hydrogène. La densité de la pièce frittée était de 5,94 g/cm3, correspondant à une augmentation de son volume, et sa dureté HV 10 était de 25 kp/ mm2. Par un second passage en presse, ou calibrage, à une pression de 5,0 t/cm2, la densité put être ramenée à 6,71 g/cm3 et la dureté HV 10 à 52,3 kp/mm2.L'examen métallographique de ce cylindre fritté permit de déceler un grand nombre de poches de nitrure de bore uniformément réparties, enrobées pour la majeure partie dans le bronze. Au cours d'un troisième essai on mélangea en broyeur à boulets une poudre RZ 150 préparée par le procédé à l'oxyde de fonte, à 3% de nitrure de bore. Le mélange ainsi obtenu fut moulé à une pression de 4,0 t/cm2 pour former un cylindre de 32,7mm de diamètre et de 7,98mm de hauteur. La résistance au vert de ce moulage était de 600 kp (effort de cisaillement) pour unedensité de 6,06 g/cm3. Son frittage fut opéré à 11200C en atmosphère d'hydrogène pendant 90 minutes, après quoi la pièce présentait une densité de 5,92 g/cm3 et une dureté HV 10 de 26,4 kp/mm2. Par calibrage sous une pression de 4,0 t/cm2 la densité put être ramenée à 6,39 g/cm3, la dureté à 53 kp/mm2, alors qu'un calibrage sous une pression de 6,0 t/cm2 permit d'atteindre une densité de 6,41 g/cm3 alors que la dureté tomba à 50,4 kp/nxm2. L'examen métallographique des pièces frittées révéla une structure ferritique à pores fins, avec relativement peu de précipitations aux limites de grain, et dans laquelle étaient insérées des inclusions blanches de nitrure de bore. La postanalyse chimique montra d'ailleurs que la perte en nitrure de bore était extrêmement faible, ce qui s'explique par la stabilité extraordinairement élevée du nitrure de bore même aux températures de frittage supérieures à 10000C des matières ferreuses à fritter. REVENDICATIONS 1.- Palier auto-lubrifiant, de préférence à base de fer, dans lequel est incorporé un lubrifiant, ce palier étant composé de 2 à 20% de nitrure de bore et de fer pour le reste. 2.- Palier selon la revendication 1, dans lequel une partie du fer est remplacée par du cuivre dans une proportion pouvant atteindre 35%. 3.- Palier selon la revendication 2, composé de 2 à 20% de nitrure de bore, de 8 à 5% d'étain, de 20 à 30% de cobalt et de 22 à 73% de cuivre. 4.- Palier selon la revendication 1, contenant en plus 6 à 18% de chrome. 5.- Palier selon la revendication 1, composé de 18% de chrome, 11% de nickel, 2% de molybdène, au maximum 0,02% de carbone, 2 à 20% de nitrure de bore, le reste étant du fer. 6.- Procédé selon la revendication 2, composé de 2 à 20% de nitrure de bore, de 45 à 70% de cuivre et de 25 à 50% de nickel. 7.- Procédé de Fabrication de paliers auto-lubrifiants selon les revendications 1 à 6, remarquable en ce qu'il consiste à mélanger les ingrédients pulvérulents dans un broyeur à boulets, à mouler sous presse le mélange et à fritter les pièces moulées en atmosphère inerte à une température de 1000 à 12000C pendant un temps variant de 30 à 120 minutes. 8.- Procédé selon la revendication 7, remarquable en ce que le mélange pulvérulent est fritté avant moulage à la presse, puis est broyé.