Brevet FR2265869A1 — publié le 19751024

La présente invention a trait à un nouveau procédé pour obtenir des surfaces chromées possédant de bonnes propriétés de friction; elle concerne plus particulièrement un procédé pour améliorer la surface de glissement du revêtement chromé dtune chemise ou d'un cylindre ou corps creux dtun moteur à combustion interne du type alternatif ou rotatif contre lequel glisse 12' piston, un rotor ou un organe équivalent. Ce perfectionnement implique un accouplement plus rapide des éléments mentionnés pendant- la période initiale de rodage du moteur et une plus grande durée en service; I1 existe déjà depais un certain temps des cylindres ou chemises de moteurs pourvus de surf aces chromées destinées à mieux résister à l'usure et à la corrosion. On sait qutun simple chromo dur et lisse ne présente pas la surface de glissement la plus adéquate pour cette application en raison de sade la difficulté à retenir les lubrifiants. Ctest la- raison pour laquelle on a imaginé diverses variantes de chromage pour leur permettre de présenter une surface pourvue de sillons, de canaux ou de poches ou pores dans lesquels puisse s'accumuler le lubrifiant. Les surfaces chromées de ce genre peuvent être obtenues par divers procédés qui sont déjà connus et qui consistent à attaquer le revêtement chromé par des méthodes chimiques ou électrochimi- ques ou bien à préparer la matière à base de fer, de fonte ou dtacier avant le procédé de chromage proprement dit en la rayant ou en la gravant par utilisation de méthodes mécaniques. Oes deux systèmes présentent leurs inco-nvénients en vue de leur xtilisatioL pour des travaux de production en série. Dans le cas des méthodes dtattaque du revêtement chromé par des méthodes chimiques ou électrochimiques, il arrive que l'opération se traduise par un contrôle difficile, étant donné que l'intensité de l'attaque ne dépend pas uniquement des conditions dans lesquelles elle est réalisée mais également des conditions mêmes de ltopéra- tion de chromage.Dans l'hypothèse des méthodes conmrunément utilisées pour préparer la matière de base avant le chromage, par utilisation de méthodes mécaniques qui donnent lieu à des sillons par tournage, à des creux par meulage ou sablages à des rayures par émerisage, etc..., on donne à la matière de base une surface telle qu'après son recouvrement par le chrome, celui-ci réfléchit les irrégularités créées intentionnellement sous la forme de sillons, de poches ou de rayures.Mais la chemise ou le cylindre devra résulter de ltopération de chromage géométriquement selon la mesure finale exacte de la pièce terminée étant donné que toute opération mécanique additionnelle par-dessus le chromage ferait dispara5fre totalement ou partiellement la gravure que le chromage a réflécliie, comme réplique de celle qui avait été réalisée précédemment dans la matière de base. Un autre inconvénient de ces systèmes est que le degré de terminaison superficielle ou de rugosité du revêtement de chrome demeure très sujet aux conditions mêmes du procédé de chromage qui, de façon générale, n'est pas le plus approprié pour son utilisation directe du fait qu'il ne réunit pas les conditions optimales nécessaires pour le rodage initial et l'accouplement rapide entre le piston et la chemise du moteur. I1 peut sembler qu'en mettant en pratique un émerisage adéquat dans la matière de base constituée par du fer ou de l'acier, il pourrait en résulter une surface chromée qui posséderait un degré de rugosité adéquat et éviterait que ne se pose le problème signalé dans le paragraphe précédent. Mais dans la pratique, les choses ne se-passent pas de cette manière. C'est ainsi, par exemple, que l'émerisage djune surface dtune matière à base de fer ou d'acier par application d'un abrasif à base de poudre de carbure de silicium ayant une grosseur particulaire égale à 220 en suspension dans une huile minérale et par utilisation d'un mandrin expansible dont les parties travaillantes qui exercent une pression sur l'abrasif contre les parois du cylindre sont enfer fondu, on obtient une surface émerisée munie de rayures entrecroisées dont la rugosité superficielle déterminée de façon arithmétique OLA est de 45 à 75 micropouces.Cette surface ainsi préparée peut se révéler après chromage comme com- portant 45 à 85 micropouces CLA. I1 est évident que les limites maximum et minimum indiquées sont trop grandes et que le -oentrage de la rugosité entre des limites plus étroites est ui problbme qui se pose quand il a'agit de travaux ou ouvrages effectués en série,-étant donné ledéfaut de stabilité de certaines conditions opératoires comme par exemple la grosseur de grains de la matière abrasive qui se fragmente pendant le travail.Par voie de conséquence, une chemise de moteur chromée et terminée entre des limites de rugosité aussi grandes ne réunit pas les conditions nécessaires à son utilisation optimale. Par ailleurs, dans les surfaces de friction et de glissement, il est non seulement nécessaire de tenir compte de la rugosité moyenne, xais également de la surface portante, ctest-à-dire de la partie de la surface qui fait saillie sous la forme de crêtes, par rapport à la superficie totale représentée par les crêtes et les creusures. En ce qui concerne le système dont il est question ici, il s1 avère pratiquement impossible de contrôler ce nouveau paramètre entre les limites qutexige ltindustrie de la construction des moteurs en question. À titre de solution des inconvénients sus-rappelés, ltinven tion prévoit un nouveau procédé consistant fondamentalement en ul émerisage de la surface chromée quand le chrome s'est déposé sur une surface lisse de matière à base de fer, de fonte ou d'acier. Ce procédé est également applicable au cas d'utilisation de chemises ou cylindres de moteurs constitués par une autre matière en dehors da fer, de la fonte et de l'acier comme l'aluminium, le cuivre, etc... Xténerisation dtune surface chromée ou dépourvue de chromage ne peut être considérée en soi comme une invention, car il s'agit là d'un procédé appartenant au domaine public, mais ce qui est considéré ici comme invention dans le cas présent est le procédé consistant à émeriser une surface chromée qui a été préalablement conditionnée en vue de cette émerisation en tenant compte de certaines conditions prévues, de façon à obtenir un degré de termi- naison déterminé et nettement défini.Ce procédé complété par une opération mécanique postérieure consiste à lisser ou polir les crêtes de la paroi émerisée de façon que la surface chromée finale présente une surface portante adéquate éclaboussée en quelque sorte de pores et de poches de graisse de forme irrégulière et fermées dans leur périphérie. Quand on émerise une surface de fer ou d'acier destinée à constituer la paroi dtune chemise ou d'un cylindre de moteur à combustion interne ou analogue par utilisation d'un abrasif pulvérulent en suspension dans une huile minérale, lteSSet qu'on obtient est la formation d'un réseau formé de milliers de minus- cules sillons qui s'entrecroisent et qui ont une largeur et une la profondeur correspondant à la grosseur des grains desmatière abrasive.Ces sillons minuscules qui s'entrecroisent donnent lieu à des milliers de petits ilotes. Au contraire, si l'on émerise dans des conditions similaires une paroi de cylindre ou de chemise de moteur déjà chromée, 11 effet qu'on obtient n1 est pas la formation d'un réseau formé de milliers de sillons, mais une surface présentant des égratignures irrégulières sans qu'il y ait véritablement de sillons. En pareil cas, la grosseur de grains de la matière abrasive n'a pas d'effet aussi direct sur l'intensité de ces égratignures et il n'y a pas lieu de contrôlet. leur intensité ou, ce qui revient au même, la rugosité finale de la surface émerisée par le simple choix de la grosseur de gra-ins de la matière. L'explication qu'on peut donner de ce phénomène, c'est que l'action de la matière abrasive sur le chromage n'est pas de sectionner mais d'arracher et de rompre les particules minuscules du chromage fragile et que la facilité plus ou moins grande de cet arrachement dépend de l'état de ce revêtement de chrome. On sait que la surface dsun revêtement de chrome est sillonnée de microfissures. L'action de 'émeri age se manifeste sur les bords vifs de ces microfissures en les fragmentant et en les arrachant. L'action progressive de la fragmentation continue donne lieu à une surface finale âpre et irrégulière. Si le réseau de microfissures est ouvert, l'acte de la matière abrasive sera plus violente que si ce réseau est -fermé0 De cette façon, la rugosité finale de la surface chromée ainsi traitée dépend de la grosseur des éléments du réseau. Par voie de conséquence, en vue d'obtenir une rugosité déterminée, il sera nécessaire de disposer dtun réseau déterminé de microfissures. La nature du réseau dépend fondamentalement des conditions du mode de chromage mais peut également être modifiés, quel que soit ce dernier, moyennant un traitement thermique comme indiqué dans le brevet britannique NO 601ex65 du 27 Avril 1948 ou également par une opération mécanique postérieure suivant les constatations techniques qui ont abouti à la présente invention et qui consti tu;t une des caractéristiques de celle-ci. Une surface chromée résultant du processus de chromage réalisé dans les conditions classiques donne lieu à un réseau de microfissures qui peut être semblable à ce qui est indiqué dans la fig.1 du dessin annexé avec un grossessement de 270 à la suite dtune légère attaque pour l'observation microscopique. Dans la fig.5 du dessin annexé est représentée une coupe de la même pièce par Â-Â et dans la fig. 7 se trouve la même représentation que celle que donne la fig. 5 mais dessinée en pointillé alors quten traits pleins apparat lteffet de ltémerisage obtenu après coup. Dans la fig. 3 du dessin annexé est representée la même surface chromée que dans la fig. 1, mais après la transformation du réseau de microfissures qui se présentent plus dégagées et en plus grand nombre. Dans la fig. 6 du dessin est représentée la coupe par B-B en fig. 3 et dans la fig. 8 la même représentation que dans la Sig. 6, mais apres émerisage de la pièce. La différence obtenue visible par comparaison des diverses représentations mentionnées est évidente, et on peut, en conclusion, apprécier clairement ce fait que la surface chromée que montre la fig. 7 est beaucoup plus rugueuse que celle représentée dans la fig. 8, la paroi chromée que montre la fig. j est exactement la même que celle qui est représentée par la fig. 3 avec cette différence unique que cette dernière a subi - postérieurement au chromage un traitement qui a permis de modifier son réseau de microfissures. Dans les fig. 2 et 4 du dessin sont représentées des varian tdu chromage que montre la fig. 1 mais avec un réseau de microfissures intentionnellement modifié moyennant un traitement thermique postérieur au chromage. Pour obtenir le réseau que montre la fig. 2, l'échantillon chromé suivant la fig. 1 a été soumis pendant plusieurs heures à un réchafement opéré entre t000 et 20000. Pour la fig. 3, le même échantillon initial a été soumis à une température comprise entre 2000 et 3000CI Pour la fig. 4 on a procédé de manière sem fable en soumettant 11 échantillon à une température supérieure à 300 C. Ua effet semblable à celui que révèle itillustration constitubant la fig. 3 par rapport à la fig. 1 peut être obtenu par une autre méthode distincte de celle comportant le traitement thermique mentionné et -consistant à soumettre la surface chromée à une opération mécanlque de rectification pàr utilisation de meulea rectifieuses de type classique pour le travail des parois chromées ou une opération mécanique équivalente celle qui aboutit à la rectification. Etant donné que le revêtement de chrome résultant de l'application du procédé de chromage est le siège d'une grande quantité de tensions internes qui donnent lieu à-des microfissures comme le montre la fig. 1, dans ltopération mécanique de rectification et par suite de 11 échauffement qui se produit lors du contact et de l'action des meules, ces tensions internes augmentent notablement, ce çi donne lieu à une fragmen- tation plus grande et à une formation d'un plus grand nombre de microfissures-mais qui ont une moindre largeur et une profondeur moindre. Une surface chromée ainsi traitée aussi bien thermiquement que mécaniquement ou même par ces deux moyens conjointement selon ce qui a été décrit permet le contrôle des microfissures et donne avec celui-ci la possibilité de régler 11 action de l'émerisage qui sera effectué ultérieurement et qui aura pour résultat un degré de rugosité finale contrôlable. La seconde partie de la présente invention concerne des modifications du revêtement rugueux de chrome après ltopération de ltémerisage. Une surface chromée obtenue et; traitée comme décrit ci-avant peut offrir une rugosité superficielle -adéquate, mais ne constitue pas la surface portante la plus commode étant donné que le profil du revêtement peut se trouver excessivement agressif et donner lieu à des effets dtusure prématurée indésirables. Pour résoudre cette difficulté, on procède à une opération mécanique finale de lissage ou polissage des crêtes par utilisation d'un mandrin expansible dont les parties travaillantes pressées contre la surface chromée sont constituées par des réglettes de matière abrasive très fine agglomérée pour former un corps élastique animé d1un mouvement de rotation autour de son axe et effectuant un déplacement longitudinal par rapport à celui-ci avec mouvement alternatif couvrant une distance qui peut être de la même longueur que celle du cylindre ou de la chemise de moteur ou de sa partie quton se propose de conditionner, en utilisant comme lubrifiant un produit de distillation du pétrole. Cette opération de lissage descrete suppose qu'on les abaisse pour qu'elles ne représentent plus qu'une fraction de micron, ce qui ne représente pas de variation appréciable de-mesure quant au calibre du cylindre, mais permet d'améliorer la surface portante ou frottante sans modifier de façon appréciable la structure du chromage poreux précédemment obtenu. En procédant de cette façon, la surface du cylindre ou de la chemise ou corps creux d'un moteur à combustion interne rotatif obtenu qui doit supporter le frottement du piston ou organe équivalent peut demeurer dans es conditions les plus adéquates pour assurer une résistance élevée à l'usure en même temps que dans les conditions les plus favorables pour retenir la quantité de lubrifiant qui est nécessaire sur sa surface poreuse, la rugosité superficielle étant variable et contrôlable ainsi que la proportion de pores (creusures) et de parties lisses (crêtes) selon les exigences imposées par l'utilisation de ltobjet, que ce soit un moteur à combustion interne à mouvement alternatif ou rotatif indépendamment de la nature du matériau de base de cette chemise ou de ce cylindre de moteur à condition que la surface se prête au chromage. Dans des cas déterminés d'application de revêtements de chrome sur les chemises ou cylindres de moteurs, on peut obtenir une plus grande rugosité -- ou porosité dans des zones déterminées de cette chemise ou cylindre de moteur que dans les parties restantes de cette chemise ou de ce cylindre en vue d'assurer une lubrification plus intense dans les zones en question. Ainsi, par exemple, dans 11 hypothèse de moteurs suralimentés à quatre temps dans lesquels, par suite de leurs conditions de fonctionnement plus dures et des pressions ainsi que des températures plus élevées, etc... il s'avère difficile d'assurer une lubrification correcte de la partie haute du cylindre. Un phénomène semblable se produit dans les moteurs à deux temps en ce qui concerne les zones placées au-dessus et au-dessous des lumières. En pareil cas, il est nécessaire de prévoir des moyens pour obtenir ou réaliser une lubrification correcte des parties ou zones en question. L'accroissement de la porosité dans toute la surface de la chemise ou du cylindre postulerait une augmentation des conditions assurant une meilleure lubrification, mais ceci impliquerait qu'au moment voulu on augmenterait la consommation du lubrifiant et poserait ainsi d'autres problèmes ou donnerait lieu à des inconvé- nients graves. Ce qui est réellement nécessaire est d'ailleurs l'augmentation de la lubrification mais uniquement dans la zone où cela est nécessaire, c'est-à-dire l'obtention d'une augmentation de la porosité intéressant exclusivement les zones en question en maintenant le reste dans des conditions correspondant à une moindre porosité. Dans une même surface de glissement avec zones ayant un degré de porosité moindre, il est nécessaire qu'il soit assuré de façon graduelle et non pas sous une forme brusque cfest-à-dire que l'augmentation de la porosité doit être progressive. Compte tenu du fait que la rugosité ou porosité sont les conséquences de 11 opération d'émerisage qui intéresse de préférence les bords des microfissures de la partie chromée, toute variation qui intéresse la rugosité ou la porosité dépend par conséquent de l'état du réseau précité. I1 sera donc nécessaire d'opérer sur le réseau en question en l'alternant de la manière la plus adéguate pour obtenir que dans une même pièce on réalise des zones ayant des degrés de porosité nettement distincts. En vue de ce résultat, on doit tenir compte des variations des conditions du chromage. Le- traitement thermique ntest pas facile à contrer dans les diverses zones et en ce qui concerne la possibilité de limiter l'opération mécanique de rectification par zones, ceci poserait d'autres problèmes concernant la configuration géométrique de la pièce. Aucune de ces trois variables ne semble positive. Dans ces conditions, on est arrivé à une conclusion pratique en procédant à une attaque chimique ou électrochimique de la zone dans laquelle on désire obtenir la plus grande porosité. En réalisant cette opération antérieurement à l'opération d'émerisage, on parvient à approfondir davantage les canaux du réseau de microfissures. Cette opération peut être contr3lée de façon parfaite en la limitant à la zone choisie et son effet va en diminuant lorsqu'on arrive aux limites de la zone en question sans que le passage d2une zone à une autre se traduise par une variation brusque. En procédant de cette manière, ltopération d'émerisage aura comme résultat l'obtention de deux zones définies ayant des rugosités et des porosités nettement distinctes. Les méthodes d'attaque employées peuvent varier depuis celles qui sont purement chimiques et effectuées au moyen dJun acide comme l'acide chlorhydrique en solution et celles qui sont électrochimi- ques et qui peuvent comporter une attaque cathodique ou anodique, ou les deux conjointement par utilisation de solutions acides ou alcalines telles que celles de l'acide oxalique, de l'acide sulfurique, de acide chromique, etc.. ou des hydrates alcalins. Comme exemple de ce qui vient d'être dit, on peut indiquer la possibilité d'utiliser le même bain de chromage et les mêmes montages d'installation de chromage utilisés dans les opérations de chromage des chemises ou cylindres classiques. il convient de disposer dans ce cas d'un tube en matière plastique ayant-un diamètre interne légèrement supérieur aufdiamètre externe de l'anode et une longueur adéquate, On introduit l'anode dans ce tube et on lXimmobilise en position à l'intérieur de la chemise ou du cylindre-du moteur à traiter. De cette anode, seule agira activement sa portion non couverte par la matière plastique quand l'ensemble sera soumis à l'attaque anodique qui, dans ce cas, postule une intensité de courant représentant de 10 à -50 ampères par cm2 avec une durée de passage de quelques minutes. Les détails de réalisation de ce procédé peuvent être modifiés, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour améliorer une surface de friction chromée, notamment dans les cylindres ou chemises des moteurs à combustion interne, caractérisé en ce que la surface de chromage dure et lisse est mise en condition par modification ou développement dtun réseau de microfissures intéressant la paroi chromée, ce pourquoi elle est soumise à un traitement thermique en maintenant le chauffage pendant plusieurs heures à une température variant entre 1000 et 30arc et en procédant ensuite à un émerisage. 2.-- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue un traitement thermique se substituant à une opération mécanique de rectification à laquelle est soumise la surface chromée par utilisation de meules de type classique de rectification d'une pièce chromée. 3.- Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que les opérations de traitement thermique et de rectification mécanique peuvent être indépendantes ou effectuées conjointement selon les exigences pratiques pour obtenir par l'action dXémerisage le degré désiré de rugosité en soumettant ultérieurement la surface ainsi traitée à une opération d'émerisage pour lui donner le degré de rugosité désiré. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'on procède éventuellement à une opération de lissage des crêtes de la surface rugueuse par utilisation d'un mandrin expansible avec réglettes ou limes en matière abrasive très fine agglomérée pour former un corps élastique et par utilisation comme lubrifiant d'un produit de distillation du pétrole en le soumettant à un mouvement de rotation autour de son axe avec mouvement alternatif en vue de l'obtention d'une surface chromée fine formée de pores(creusures) ou de parties saillantes (crêtes) lissées selon la forme et les proportions adéquates pour constituer la surface portante convenable qu'on désire obtenir. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface de friction chromée d'un cylindre ou d'une chemise de moteur à combustion interne présente des zones de degré de rugosité et de porosité distinctes de forme progressive et en ce qu'on soumet cette zone où l'on désire obtenir la plus grande porosité à une attaque chimique ou électrochimique effectuée préalablement à l'opération de l'émerisage par utilisation de methodes d'attaque de ce genre depuis les méthodes purement chimiques par acide comme Itacide chlorhydrique en solution ou les méthodes électrochimiques par une attaque Ca- thodique ou anodique ou par les deux moyens conjoints avec utili- sation de solutions acides ou alcalines d'acide oxalique, sulfurique ou chromique ou d'hydrates alcalins.