Brevet FR2130209A1 — publié le 19721103

lia présente invention a pour objets une pièce de machine recouverte d'un revêtement protecteur contre l'usure produite par les frottements glissants, et un procédé de réalisation d'un tel revêtement. lies surfaces de contact de pièces de machines glissant l'une sur l'autre doivent souvent subir des pressions importantes du fait de leur fonctionnement et doivent, dans ces conditions, travailler sous des températures et des charges variables et conserver des vitesses de glissement élevées.Pour ces raisons, la lubrification des surfaces en contact est, le plus souvent, très difficile, de sorte que ces surfaces travaillent presque toujours dans la zone u frottement immédiat et même du frottement à sec. lies surface des pièces de machines sont donc soumises à une triple usure, provenant de l'adhérence, de l'abrasion et de la corrosion, occasionnant une défaillance fonctionnelle prématurée de la machine et entrainant des dépenses importantes du fait de la mise au rebut des machines et d'installa- tions tout entière s0 Un procédé connu de protection des pièces de machines exposées à l'usure consiste à les recouvrir d'un revêtement neutralisant celle-ci.Les revêtements de carbure de titane, par exemple, se sont révélés propres à élever la durée de service des outils en métal dur. Pour améliorer la résistance à l'usure des pièces en acier telles que les chenilles de véhicules ou les pièces d'engrenages, l'expérience a prouvé l'excellence de revêtements en matières métalliques dures granulées telles que les carbures, les borures, ou les nitrures, noyées dans une matrice métallique en métal ferreux ou non ferreux, ou en alliages de molybiène. On sait également déposer sur les surfaces de contact des pièces de machines en acier ou en fonte des couches anti-usure telles que les couches de chrome galvanique, les alliages durs et les métaux anti-usure déposés par pulvérisation à chaud, les couches de diffusion superficielle et les couches de métal dur déposées par voie électrostatique. Mais aucune de ces couches ne résistait suffisamment aux efforts mécaniques ou ne répondaia pour d'autres raisons, aux exigences imposées Les couches en molybdène, léposées par pulvérisation, donnent bien de bons résultats, meme en cas de défaillance de la lubrification, mais elles ne donnent plus satisfaction aux hautes températures. lia présente invention a pour objet d'augmenter la durée de service des pièces de machines exposées à l'usure et d'améliorer la rentabilité de ces machines et installations. li'invention propose une pièce de machine métallique, en particulier en acier ou en fonte, portant un revêtement fait d'un métal résistant à l'usure et contenant des particules finement divisées d'oxydes et/ou de spinelles anti-usure0 L'invention permet de réaliser un nouveau revêtement résistant à l'usure, supportant des charges et des vitesses de glissement élevées, et possédant, en outre, un coefficient de frottement favorable aux températures élevées et en cas de défaillance de la lubrification.Conformément à l'invention, la couche de revêtement est composée de mélanges de métaux avec des oxydes métalliques et/ou des spinelles. lies métaux seront, de préférence, le molybdène, le tungstène, le chrome, le nickel, le cobalt, et/ou leurs alliages0 Les alliages de molybdène les plus recom andés seront ceux du molybiène avec le cuivre, le nickel, le cobalt, le chrome, le fer, le titane, l'aluminium ou le zirconium. lies oxydes métalliques les plus avantageusement employés seront la zircone, l'oxyde de chrome, l'alumine, ou l'oxyde de titane; et les spinelles préférées seront celle d'aluminium et de magnésium Mg(A102)2 ou celle de chrome et de fer Be(CrO2)2. Conformément à l'ilvention, les oxydes métalliques et/ou les spinelles pourront également être constituées par des mélanges tels que de zircone et d'oxyde de chrome. lia proportion d'oxyde métallique ou de spinelle de ces revêtements est fonction de la résistance à la chaleur et va de 5 à 98 % en poids mais se situe de préférence entre 40 et 70 % en poids, selon l'usage envisagé. C'est ainsi, par exemple, qu'avec un revêtement fait d'un mélange finement divisé de 50 % en volume de zircone et de 50 % en volume de molybdène, déposé au chalumeau pulvérisateur, on a pu augmenter notablement la durée de service de segments de pistons pour moteurs à combustion sans porter préjudice à la durée de service des cylindres. On avait bien atteint presque la même résistance à l'usure avec des revêtements en molybiène pur mais, dans ce cas, les surfaces en regard (les surfaces internes des cylindres) présentaient une usure nettement plus accentuée. L'ad- dition de zircone abaisse visiblement dans des proportions importantes les réactions métallurgiques superficielle s0 La fabrication des revetements selon l'invention peut se faire par des procédés connus.C'est ainsi qu'on peut pulvériser sur l'objet à revêtir, au moyen d'un chalumeau pulvérisateur, des mélanges pulvérulents contenant les composants du revêtement. Pour éviter que les composants ne se séparent au cours de la manipulation des poudres, on peut employer des poudres obtenues par broyage des produits d'origine pulvérulents, légèrement agglomérés par frittage. La séparation peut également être évitée par l'addition d'un produit collant légèrement ensemble les particules de poudre. Enfin on peut réaliser des revêtements de la composition conforme à l'invention en travaillant simultanément avec deux chalumeaux pulvérisateurs projetant, l'un l3s composants métalliques, et l'autre les composants d'oxydes céramiques. On peut encore réaliser les revêtements selon l'invention au moyen de baguettes ou de fils métalliques contenant les divers composants individuels. Avec ces baguettes ou ces fils, on peut déposer les revêtements selon l'invention, de façon connue, par projection avec un chalumeau pulvérisateur ou par fusion avec un chalumeau de soudure ou un arc électrique. Ces baguettes ou fils peuvent être produits par frittage suivi de formage à chaud tel que forgeage, laminage, étirage. Les baguettes frittées à teneur élevée en oxyde (plus de 15 % en volume), difficiles à mettre en forme, peuvent être enrobées, au cours de leur traitement, d'une gaine protectrice métallique facilement déformable qui sera éliminée plus tard, le cas échéant.Un autre procédé de réalisation de ces baguettes ou fils de la composition désirée consiste à partir d'un fil métallique qu'on enrobe de l'oxyde, par exemple par immersion dans une solution contenant les composants oxydes finement divisés. Après séchage du revêtement, le fil enrobé peut, soit être directement fondu, soit subir un complément d'étirage. Après fusion du fil, les composants du revêtement sont assez régulièrement répartis. On peut aussi partir de petits tubes métalliques, en molybdène par exemple, remplis des composants oxydes et métalliques, qu'on fait fondre directement ou qu'on soumet préalablement à un complément d'étirage. Un procédé analogue consiste à remplir un bloc de métal, percé d'un alésage, d'oxydes pulvérulents ou de mélanges d'oxydes et de poudres métalliques et à le transformer ensuite en baguette ou fil. On obtient ainsi des baguettes ou des fils dont la surface est faite de métal et dont l'âme intérieure a une teneur plus ou moins forte en oxydes. Un autre procédé de mise des composants des revêtements sous forme de baguettes ou de fils consiste à mélanger la matière première pulvérulente avec un plastifiant et à Irextruder en boudin, le plastifiant étant ensuite éliminé par évaporation et le boudin raffermi par un frittage additionnel. On peut encore réaliser les revêtements selon l'invention en utilisant deux pistolets pulvérisateurs, les composants métalliques étant amenés à l'un sous forme de fils, et les composants oxydes étant amenés à autre sous forme pulvérulente. lies revêtements peuvent également être déposés au moyen de procédés connus tels que jet de plasma ou dépôt à la flamme. Un perfectionnement consiste dans l'addition aux composants du revêtement, au cours de leur dépôt, de lubrifiants solides tels que l'oxyde de plomb, le soufre, le bisulfure de molybdène, le carbone, ou organiques tels que le polytétrafluoréthylèneO Mais il faut veiller dans ce cas à une répartition régulière des lubrifiants solides dans la couche de revêtement et à ce qu'il ne se produise pas de réaction chimique modifiant le lubrifiant. La teneur en lubrifiant solide devra rester telle qu'elle nta- baissera pas la résistance mécanique de la couche pour l'utilisation envisagée. REVENI)ICÂoeI0N 1.- Pièce de machine, en particulier en acier ou en fonte, recouverte d'un revêtement protecteur contre l'usure produite par les frottements glissants, caractérisée en ce que ledit revêtement est constitué par un métal résistant à l'usure contenant des particules finement divisées d'oxydes et/ou de spinelles résistant à l'usure 2.- Pièce de machine selon la revendication 1, caractérisé sée en ce que lesdits métaux anti-usure sont le molybdène, le tungstène, le chrome, le nickel, le cobalt et/ou leurs alliages. 3.- Pièce de machine selon les revendications I et 2, caractérisée en ce que lesdits alliages de molybdène sont des alliages de molybdène avec du cuivre, du nickel, du cobalt, du chrome, du fer, du titane, de l'aluminium ou du zirconium. 4.- Pièce de machine selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que lesdits oxydes métalliques sont la zircone, l'oxyde de chrome, l'alumine ou oxyde de titane. 5.- Pièce de machine selon les revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisée en ce que lesdites spinelles sont la spinelle d'aluminium et de magnésium Mg(AlO2)2 ou la spinelle de chrome et de fer Fe(CrO2)2. 6.- Pièce de machine selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisée en ce que lesdits oxydes métalliques et/ou lesdites spinelles sont des mélanges, tels que de zircone et d'oxyde de chrome. 7.- Pièce de machine selon les revendications 1, 2, 3, 4, 5 et 6 > caractérisée en ce que l'oxyde métallique et /ou la spinelle représentent 5 à 98 %, et de préférence 40 à 70 Xv en poids de la couche de revêtement. 8o- Procédé de réalisation de revêtements sur des pièces de machines selon les revendications 1, 2, 3, 4 5, 6 et 7, caractérisé en ce qu'on dépose des mélanges pulvérulents de composants métalliques et oxydes sur la surface de la pièce de machine au moyen d'un pistolet pulvérisateur. 9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'en vue d'éviter la séparation des composants, les mélanges pulvérulents sont légèrement frittés ensemble ou collés par un liant, puis pulvérisés à nouveau. 10.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les poudres de métaux et d'oxydes sont projetées simultané ment au moyen de pistolets pulvérisateurs différents. 11.- Procédé de réalisation de revêtements sur des pièces de maçhines selon les revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 et 7, caractérisé en ce que la couche de revêtement est réalisée par projection ou fusion à partir de baguettes ou de fils métalli ques. 12.- Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les baguettes ou fils devant alimenter la projection sont réalisées par laminage ou étirage des poudres contenues dans une enveloppe métallique dont le matériau constitutif est éventuellement éliminé par attaque corrosive après la fabrication desdites baguettes ou fils. 13.- Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les baguettes ou fils devant alimenter la projection sont oonstituées par des blocs métalliques percés d'un alésage qu'on remplit d'oxydes ou de mélanges d'oxydes pulvérulents et de poudres métalliques et qu'on transforme ensuite, de façon connue, een baguettes ou en fils. 14.- Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'on projette ou fond un fil constitué des composants métalliques et revêtu du matériau oxyde, 15.- Procédé selon les revendications 11, 12; 13 et 14, caractérisé en ce que le revêtement d'oxydes céramiques est réalisé par immersion dans une suspension contenant les composants oxydes, suivie de séchage. 160- Procédé selon les revendications 11; 14 et 15, caractérisé en ce que le fil recouvert est soumis à un complément d'étirage avant son emploi, 170- Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'un petit tube métallique, constitué par un des composants métalliques et rempli des composants oxydes, est projeté ou fondu, ledit tube étant soumis, avant usage, à un complément d'étirage. 18.- Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les composants pulvérulents d'origine, servait à la fabrication des baguettes ou fils à projeter ou à fondre, sont mélangés avec un plastifiant et extrudés en un boudin, éventuellement raffermi ensuite par traitement thermique. 19.- Procédé de réalisation de revêtements des pièces métalliques selon les revendications 1, 2, 3, 4, 5, G et 7, caractérisé en ce que le revêtement est déposé au moyen de deux pistolets pulvérisateurs, le composant métallique étant amené au premier sous forme de fils, et le composant oxyde étant amené au second sous forme pulvérulente 20.- Procédé de réalisation de revêtements sur des pièces métalliques selon les revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 et 7, caractérisé en ce que le revêtement est déposé par les procédés de jet de plasma ou de dépôt à la flamme. 21.- Procédé selon les revendications 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 et 20, caractérisé en ce que des lubrifiants solides sont ajoutés aux couches de revêtement pendant la projection ou la fusion. 22.- Procédé selon les revendications 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 et 21, caractérisé en ce que les lubrifiants solides sont l'oxyde de plomb, le soufre, le bisulfure de molybdène et/ou le carbone. 2;.- Procédé selon les revendications 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 et 21, caractérisé en ce que les lubrifiants solides sont des substances organiques telles que le polytétrafluoréthylène.