Brevet FR2260725A1 — publié le 19750905

La présente invention se rapporte à un procédé pour fabriquer une garniture de friction comprenant une matière de friction contenant de fines poudres métalliques et qui est solidement liée à une surface de support ou un substrat métallique0 De telles garnitures sont couramment utilisées pour convertir l'énergie cinétique en chaleur, notamment dans les freins et les accouplements à friction. I1 existe des matières de friction organiques agglomérées et des matières de friction inorganiques, par exemple métalliques, agglomérées ou composites qui, quand elles ont été fixées sous la forme de revtements à des supports, par exemple aux mâchoires d'un frein ou aux lamelles d'un accouplement, constituent une garniture de friction0 Les garnitures de friction organiques composites contiennent des matières de friction et des charges inorganiques telles que l'amiante et des oxydes ou des sels métalliques, par exemple des poudres métalliques agglomérées par des liants organiques, par exemple par des résines phénoliques.On produit ces matières de friction à partir d'un mélange de leurs composants par un laminage et un pressage suivis d'un traitement par la chaleur, puis on les fixe sur le support par collage ou rivetage. I1 est également connu d'appliquer sous pression un mélange préparé à l'avance sur un support, après quoi, un traitement par la chaleur est également nécessaire, L'épaisseur de la matière de friction fabriquée de cette manière ne dépasse généralement pas quelques millimètresO Dans le cas des lamelles de friction tournant dans l'huile, comme c'est le cas dans les transmissions automatiques par exemple, l'épaisseur du revêtement ne dépasse généralement pas quelques centièmes de millimètre0 Dans certains cas, on a Hiême besoin de garnitures de friction encore plus minces Dans les garnitures de friction composites métalliques, les substances qui influencent les propriétés de friction et/ou de glissement, ainsi que les autres caractéristiques de la garniture sont incorporées dans une liaison métallique frittée ou agglomérée. Elles sont composées selon les techniques de la métallurgie des poudres à partir d'un mélange de poudres métalliques et non-métallioues que l'on applique sur un support avant de les fritter dans des fours continus ou sous pression. Les métaux les plus couramment utilisés à cette fin sont le cuivre, le fer, le plomb et l'étain.Ils forment la matrice métallique servant de support aux matières minérales influençant les propriétés de friction de la garniture, telles que le graphite,ltoxyde de silicium, la barytine et similaires. Du fait que la garniture de friction frittée n'a pas, par elle-m8me, une résistance mécanique suffisante, on la fixe sur un support métallique plus solide.A cette fin, on applique sur le support, soit des structures planes "dites feuilles" produites par pressage de la poudre, que lton soumet ensuite à un frittage de finition, en 8re temps qu'on les lie au support, dans un four sous pression, ou bien on transforme, dans un four continu, les demi-produits obtenus en saupoudrant le support avec la poudre pour obtenir un produit fini, par exemple, des lamelles de frein ou d'accouplement0 Le progrès technique résultant se traduits dans de nombreuses applications, par une construction plus compacte, c'est à-dire, par une réduction des dimensions de l'appareilO Dans les dispositifs utilisant des accouplements ou des freins à lamelles comportant des garnitures de friction frittées, il a souvent été possible de diminuer les dimensions en réduisant l'épaisseur des garnitures. Bien que la grande résistance à l'usure des garnitures de friction frittées permette une telle réduction d'épaisseur, on se trouve limité dans ce domaine par le fait que les procédés classiques de pressage et de saupoudrage ne permettent de produire qutau prix de complications considérables des garnitures de friction dont l'épaisseur est inférieure à 300 . 10'6 lo En conséquence, la présente invention a pour but de concevoir un moyen permettant de produire des composants comportant des rev & ements constitués par des mélanges de poudres métalliques et minérales et contenant, le cas échéant, un liant organique, et dont l'épaisseur est inférieure à 300 . 10'6 m, et ceci avec une grande uniformité et régularité dimensionnelle, en particulier pour la production de lamelles de friction pour transmissions automatiques0 A l'aide de certains procédés de couchage électrosta tiques on peut produire des couches uniformes de substances mauvaises conductrices de l'électricité dont l'épaisseur s'échelonne entre quelques 10-6 et quelques 10-4 mètres0 I1 existe bien des procédés dans lesquels un support, placé notamment dans un champ électrique alternatif, non-homogène, reçoit une couche de particules conductrices influencées par le champ, toutefois, il s'agit en l'occurence de supports métalliques portant des substances non-métalliques ou encore des substances non-métalliques enduites auparavant d'un adhésif, auquel les particules n'adhérent que par des moyens mécaniques, à quoi s'ajoute que dans ce procédé on constate une forte sélectivité dimensionnelle qui fait que les couches ainsi produites ont une épaisseur variable et ne sont souvent pas durables En conséquence, un autre but de l'invention est d'appliquer des poudres métalliques, c'est-à-dire, des mélanges de poudres ayant une forte teneur en métal et qui, par conséquent, ont une bonne conductibilité, par un procédé de couchage électrostatique sur des supports métalliques et ceci avec une adhérence suffisante pour obtenir des couches régulières pouvant titre soumises, le cas échéant, à d'autres phases de traitementb Suivant le procédé selon l'invention, on mélange les particules métalliques à l'état d'une poudre diélectrique polarisable avec les autres composants pulvérisés polarisables et on l'introduit conjointement avec ceux-ci, à l'état chargé, dans un champ électrostatique, le support métallique étant chargé à l'opposé des particules présentes dans ledit champ de sorte que sa surface se couvre, par voie électrostatique, avec ledit mélange après quoi, on fixe ce mélange sur ladite surface, De tels revêtements peuvent titre produits sous la forme de couches dont les épaisseurs se situent entre 10 6 et mètres, ce qui était impossible jusqu'à présent ou bien ne pou vait titre réalisé qu'au prix de complications considérables par les procédés connus0 De préférence, on fixe la couche au moyen d'un traitement par la chaleur, ce traitement consistant, dans le cas de revêtements à liant organique, en un durcissement de la résine de liaison, et dans le cas de revêtement à liant métallique en une opération de frittage faisant suite au dépit de la couche0 Dans le procédé classique de la métallurgie des poudres, la poudre, qui a été soigneusement mélangée, est pressée pour produire des feuilles qui, dans le cas de lamelles qui doivent comporter une garniture de friction sur les deux faces, sont disposées dans le four de frittage sous pression par piles en intercalant régulièrement un support entre deux feuilles, avant de procéder au frittage et de faire subir, finalement, aux lamelles, une opération de finition avec ou sans enlèvement de matière, ce qui nécessite des presses et des machines d'usinage adaptées à chaque type de piece à produire, et implique un travail d'empilage considérable entre les diverses opérations. Le procédé de 1winvention permet avantageusement de réunir en une opération continue l'opération électrostatique de couchage et le traitement par la chaleur et due l'exécuter dans un four continu. On économise ainsi à la fois les travaux d'empilage et les temps de prépa ration Pour la fabrication de garnitures de friction comportant des matières de friction à liant organique, le couchage et le traitement par la chaleur peuvent être également réunis en un seul traitement continu. Pour la production de pièces revêtues sur leurs deux faces, l'opération de couchage peut avantageusement être effectuée en une seule opération, par pulvérisation. Enfin, le procédé de l'invention permet d'économiser de la matière de couchage qui est relativement coûteuse car l'épaisseur des garnitures de friction est ramenée à une valeur de l'ordre de 10'6 à 10 4 et les pertes de matière de couchage sont abaissées à un minimum0 Deux procédés se sont révélés particulièrement avant a geux pour amener les particules métalliques dans un état diélectrique polarisable. Le premier de ces procédés consiste à couvrir les particules métalliques d'une couche isolante, par exemple d'une résine qui, après durcissement, pourra constituer le liant de la matière de friction. I1 est également avantageux d'utiliser des substances de revêtement organiques et inorganiques qui contiennent des composants susceptibles de jouer un rôle actif dans la matière de friction. L'autre procédé consiste à utiliser les métaux de a matière de friction finie sous la forme de cdmposés réductibles comme composants polymérisables, ceci étant avantageux du fait, qu'en général, les traitements par la chaleur steffectuent dans une atmosphère de protection réductrice0 Le traitement par la chaleur effectué, le cas échéant, dans une atmosphère de protection réductrice, rétablit le métal dans son état normal, en éliminant partiellement les substances isolantes et en les convertissant partiellement en composants ayant une influence favorable sur les propriétés de friction du revetementO En outre, la couche de revêtement est homogénéisée et son adhérence sur le support est avantageusement améliorées L'élimination des substances isolantes a souvent pour effet de conférer à la couche de revatement une certaine porosité, avantageuse pour le comportement fonctionnel des lamelles et dont le degré peut autre influencé par une conduite judicieuse du traitement thermique0 Pour produire un revêtement isolant temporaire sur la fraction métallique des garnitures de friction, deux procédés connus se sont révélés avantageux0 Pour couvrir des particules métalliques avec des substances organiques, telles qu'un vernis ou une cire, on peut avantageusement avoir recours à des procédés de coercition permettant d'obtenir un produit se présentant sous la forme de petites perles se mélangeant bien aux autres substances0 Un autre procédé pour coucher les particules métalliques mais avec des substances inorganiques, est le procédé à lit fluide qui donne également un produit pulvérisé se mélangeant bien à d'autres poudres0 Dans beaucoup de cas, il suffits pour produire une couche uniforme, que la proportion des particules métalliques entourées d'une couche isolante ne dépasse pas 50 % en volume, cette possibilité permettant de réaliser de nouvelles économies, en ce qu'il suffit que la proportion de matière conductrice enrobée soit suffisante pour maintenir à un niveau raisonnablement bas la probabilité de contact entre deux particules conductrices dans le champ électrique. Etant donné que cette probabilité est fonction de la grosseur des particules et de leur poids spécifique, il convient donc de tenir compte du rapport en volume des composants du mélange, D'autres réalisations et avantages de l'invention ressortiront à l'étude des exemples non limitatifs ci-dessous t Exemple I On se propose de produire une garniture de friction comprenant, en poids 80 % de Cu, 4 % de Sn, 4 % de Pb, 6 % de SiO2 et 6 % de C.On prépare le Cu sous la forme d'un composé réductible, tel que Cu2O, CuCO3, Cu (HCO3)2 ou analogues et on le mélange avec les autres composants0 On pulvérise ce mélange dans un champ électrique sur un support métallique0 En procédant à un frittage dans une atmosphère réduc trice, on forme une matrice de bronze au plomb dans laquelle on incorpore le bioxyde de silicium et le graphite, Exemple Il On se propose de produire une garniture de friction comprenant, en poids : 94 % de plomb et 6 % de graphite, 1. On disperse une poudre de Cu/Sn bronze 89/11 dans une résine phénolique avec un rapport en poids de 93 % de bronze et de 7 % de résine.Après durcissement, on pulvérise la résine ainsi chargée 2o On applique cette poudre de résine dans un champ électrostatique sur un support métallique. 3. On chauffe le support ainsi couché dans un four continu à 650 C de façon que le graphite nécessaire pour la garniture de friction se sépare de la résine pendant ce frittage. Exemple III On se propose de produire une garniture de friction comprenant, comme dans l'exemple I, en poids t 80 X de Cu, 4 % de Sb, 4 % de Pb, 6 % de SiO2 et 6 % de C, et présentant une certaine porosité, 1. On enrobe uniquement les particules de Cu, par un procède de coercition, avec une cire soluble dans l'eau (par exemple, avec la cire 1150 de la Société Chem. Jerke HU18) o 2. Après l'addition des autres composants, on procède au couchage du support métallique dans un champ électrostatique0 3o Au cours du frittage de la couche ainsi produite, la cire se volatilise, de sorte que le revêtement presente une certaine porosité. Exemple IV On se propose de produire une garniture de friction com- prenant, en poids 80 Z de Fe, S % de Bi et 15 % de C. 14 On enrobe simplement les particules de Fe, comme dans l'exem- ple IIIQ 20 et 3o Les phases sont réalisées comme dans l'exemple III Exemple V On se propose de produire une garniture de friction comprenant, en poids : 85 % de Cu/Sn 89/11, 9 % de MoS2 et 6 % de MgOO lo On enrobe la poudre de bronze avec MgO + MoS2 dans un lit fluide, 2. On applique la poudre de bronze ainsi enrobée dans un champ électrostatique sur un support métallique. 3. Auteurs du frittage, l'enrobage des particules de bronze éclate car son coefficient de dilatation thermique est plus grand que celui de la matière d'enrobage et il se forme ainsi une matrice de bronze dans laquelle le MgO et le MoS2 sont incorporés e Exemple VI On se propose de produire une garniture de friction comprenant, en poids 10 % de résine phénolique, 10 % de Cu, 6 % de C, 4 % de Fe304, le reste étant de l'amiantes On trouve dans le commerce une amiante à très courtes fibres sous le nom de "Asbestine"O La granulométrie des substances minérales est inférieure à 60 x 10-6 6 m, 1.On enrobe la poudre de Cu avec la résine non-durcie, en utili sant à cette fin, environ le 1/10 de la quantité totale de ré sine, 20 Après l'addition des autres composants et du reste de résine, on procède au couchage du support dans un champ électrostati que0 3. Au cours du traitement thermique qui suit, la résine durcit ce qui consolide le revêtement et le fixe sur le support, L'idée de base de l'invention consiste ainsi en un procédé de couchage électrostatique pour produire des revêtements plus minces que ceux produits suivant la technique actuelle en utilisant des mélanges de poudres contenant une proportion importante de métaux, procédé qui consiste à utiliser une partie au moins des composants conducteurs des mélanges sous la forme de composés réductibles ou sous forme de particules enrobées de substances non-conductrices conjointement avec le reste du mélange de poudres et à utiliser le traitement par la chaleur qui fait suite à l'étape de couchage pour rétablir ces composés réductibles à l'état de métaux et pour consolider les revêtements et les fixer sur les supports0 Dans de nombreux cas, la couche isolante entourant les particules de métal peut devenir l'un des composants du revêtement par le traitement thermique. Le couchage électro- statique et le traitement thermique peuvent avantageusement titre exécutés en continu, sous la forme d'étapes subséquentes. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ici mais on pourra y apporter de nombreuses modifications de détail sans sortir pour cela, du cadre de l'invention. REVENDICATIONS lo Procédé pour produire une garniture de friction du type consistant à former une matière de friction contenant des métaux sous une forme de poudres finement divisée et à la fixer à une surface de support métallique, caractérisé en ce qu'il consiste à mélanger les particules métalliques à l'état d'une poudre diélectrique polarisable avec les autres composants pulvérisés polarisables et à l'introduire conjointement avec ceux-ci, à l'état chargé, dans un champ électrostatique, le support métallique étant chargé à l'opposé des particules présentes dans ledit champ, de sorte que sa surface se couvre, par voie électrostatique, avec ledit mélange, après quoi, on fixe ce mélange sur ladite surface. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil consiste à réaliser la fixation de la couche appliquéesur le support par un traitement thermique0 30- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à amener les métaux contenus dans la matière de friction à produire sous la forme de composés réductibles à un état polarisable et à conduire le traitement thermique de fixation de façon à réaliser simultanément la consolidation de la couche de revttement et la réduction desdits composés à l'état métallique0 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 2 caractérisé en ce qu'il consiste à rendre les particules métalliques polarisables en les enrobant d'une couche isolante0 5,- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste à enrober les particules métalliques avec une couche de revêtement organique isolante0 6.- Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il consiste à enrober les particules métalliques avec une re- sine durcissable qui, après durcissement par le traitement thermique, constitue le liant de la matière de friction0 7.- Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il consiste à conduire le traitement thermique de fixation de façon à vaporiser les matières d'enrobage organiques en mtme temps que la couche de revêtement formée sur le support est consolidée par le frittage-des particules métalliques. 8.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste à conduire le traitement thermique de fixation de façon à transformer simultanément, au moins en partie, les substances organiques d'enrobage en graphite et à consolider la couche de revAtement formée par un frittage des particules métalliques sous l'influence du graphite, 9.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste à couvrir les particules métalliques d'une couche d'enrobage isolante inorganique0 10.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 92 caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une fraction des composants métalliques de la poudre comportant un enrobage isolant et qui ne dépasse pas 50 % en volume de l'ensemble des composants métalliques. 11.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 102 caractérisé en ce qu'il consiste dans le cas de supports devant titre couchés sur plusieursrfaces, à couvrir toutes les surfaces concernées de celui-ci simultanément, par voie électrostatique.