Brevet FR2270336A1 — publié le 19751205

La présente invention concerne la métallurgie des pouires et, plus précisément, un matériau à friction métallocéramique qui peut être mis -en oeuvre avec le maximum de succès dans les ensembles de frottement des dispositifs de freinage des industries aéronautique et automobile, de l'industrie du tracteur, dans les construetions navales, dans l'industrie de la machine-outil. On connaît déjà un matériau à friction métallocéramique qui répond à la formule suivante, % en poids cuivre 15 dioxyde de silicium 3 amiante 3 graphite 9 barytine 6 fer 64 (cf. ltouvrage de L.N. Ignatov. "Fabrication de matériaux à friction à base de fer" . Editions "Metallurguia", oscou, 1968, p. 35). Un tel matériau essayé sur une machine à frottement de laboratoire, caractérisée par une puissance spécifique moyenne de 25 kgm/om2.s, par un travail de freinage spécifique de 540 kgm/cm2 et par une vitesse de glissement initiale de 20 m/s manifeste les caractéristiques suivantes : coefficient de frottement 0,23 à 0,29 stabilité du coefficient de frottement 0,7 à 0,9 usure linéaire maximale du matériau métallocéramique en microns par freinage 22 Un inconvénient dudit matériau tient à son assez bas coefficient de frottement et à sa tenue à usure insuffisante, caractérisée par son usure linéaire maximale. On connaît d'autre part un matériau à friction plus perfectionné qui répond à la formule suivante, ffi en poids : fer 64 cuivre 10 graphite 8 sulfate de fer 5 carbure de silicium 5 carbure de bore 5 amiante 3 (cf. l'article de V.P. Migounov, V.S. Rakovsky "les matériaux à friction métallocéramiques actuels" dans l'ouvrage "La métallurgie des poudres", Riga, 1968, p. 571). Un tel matériau essayé sur la machine à frottement de laboratoire précitée manifeste les caractéristiques suivantes: coefficient de frottement 0,37 stabilité du coefficient de frottement 0,90 usure linéaire, en microns par freinage 6,0 Toutefois, au cours de longs essais, son coefficient de frottement baisse, ce qui abaisse le couple de freinage des dispositifs dans lesquels ce matériau est utilisé. On sait d'autre part qu'un matériau à friction fonctionne dans les dispositifs de freinage en association avec un autre matériau, notamment avec la fonte. le matériau à friction doit satisfaire également à une autre condition, qui est de ne pas user le matériau associé. Or le matériau à friction qui vient autre décrit exerce une action abrasive notable sur le matériau auquel il est associé. C'est ainsi que l'usure linéaire de la fonte est de 5,5 microns par freinage. L'invention vise à éliminer les inconvénients mentionnés. On s'est donc proposé de créer un matériau à friction métallo-céramique dont la formule permettrait d'obtenir un coefficient de frottement élevé stable, allant de pair avec une forte résistance à l'usure, ce matériau devant exercer en outre un effet abrasif minimal sur le matériau qui lui est associé. Ce problème est résolu du fait que dans le matériau à friction métallocéramique à base de fer contenant du cuivre, du graphite, de la barytine et du carbure de silicium, on introduit, suivant l'invention, du nitrure de bore à raison de 2 à 10g de la masse totale-, les autres constituants étant introduits dans les proportions suivantes (% en poids) : cuivre 6 à 15 graphite 3 à 11 barytine 4 à 10 carbure de silicium 4 à 10 Le complément étant constitué par le fer. L'invention consiste essentiellement en ce qui suit Dans le matériau à friction suivant l'invention, le carbure de silicium augmente le coefficient de frottement, alors que le nitrure de bore contribue à la formation, sur la surface de frottement, d'une-couche brillante et unie améliorant aussi bien le coefficient de frottement que la tenue à l'usure de la matière métallôcéramique en fonctionnement. Gracie à cela, le matériau manifeste un coefficient-de frottement élevé et une haute tenue à l'usare. Cela permet d'augmenter la puissance spécifique des dispositifs de freinage et de porter la température de service 3usqutà 600oc. Le matériau suivant 11 invention pour dispositifs de freinage présente, d'aprbs les résultats d'essais, les caractéristiques de friction suivantes coefficient de frottement - 0,37 à 0,40 stabilité du coefficient de frottement 0,80 à 0,90 usure linéaire du matériau métallocéramique par freinage 6 à 8 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture- de la description qui va suivre de plusieurs exemples de la composition du matériau à friction métallocéramique suivant l'invention, ainsi que de son procédé de préparation. On prépare ce matériau par le procédé de la métallurgie de poudres -en comprimant une -charge préparée de briquettes d'une masse volumique de 5,2 à 5,4 g/cm3 et en la frittant en atmosphère d'hydrogène (ou d'ammoniac dissocié) à une température de 1020 à 10400C pendant 2,0 à 2,5 heures, sous une pression de 20 à 30 kgf/cm2.La masse volumique du matériau fritté est de 5,5 à 5,7 g/cm3, sa dureté de 80 à 105 La composition chimique concrète du matériau à friction et ses caractéristiques obtenues sur une machine à frottement caractérisée par une puissance spécifique de 25 kgm/cm2.s, par un travail de freinage spécifique de 540 kgm/cm2 et par une vitesse initiale de glissement de 20 m/s sont réunies dans le tableau suivant Tableau Composition chimique , % Caractéristiques Re Fer cui- Ni- Car- Bary- gra- Coef- Sta pères vre tru- bure tine phi- fi- bi- P re de te cient lité freinage de sili- de du bore cium frot- coef- maté- maté tement ficient riau: riau de fro mé- asso tement tal- cié locé- (fon rami- te) que 1 70 6 4 8 7 5 0,373 0,82 6,4 3,1 2 64 15 8 4 5 4 0,405 0,90 8,1 2,3 3 69 10 3 5 4 9 0,386 0,80 7,6 2,7 Comme on peut le voir d'après ce tableau, le matériau métallocéramique, gr ce à ses caractéristiques de friction élevées (son haut coefficient de frottement, sa haute tenue à l'usure, la faible usure du matériau associé),est un matériau efficient pour la fabrication des éléments à friction entrant dans la constitution des ensembles de frottement de machines et de mécanismes variés. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'Fxemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la revendication qui suit. REVENDICATION Matériau à friction métallocéramique du type à base de fer, contenant du cuivre, du graphite, de la barytine et du carbure de silicium, caractérisé en ce qu'il continent en outre du nitrure de bore à raison de 2 à 10% de la masse totale, ses autres constituants étant introduits dans les proportions suivantes (% en poids) cuivre 6 à 15 graphite 3 à-11 barytine 4 à 10 carbure de silicium 4 à 10 fer le reste.