Brevet FR2260696A1 — publié le 19750905

La présente invention a pour objet un piston, spécialement un piston pour moteurs à combustion interne, et plus particulièrement pour des moteurs Diesel rapides, mais aussi pour des applications différentes à d'autres moteurs, dans lesquels le piston présente au moins une gorge ou rainure destinée à recevoir un premier segment d'étanchéité0 Selon l'invention, ces gorges, collets et/ou d'autres parties similaires du piston sont revetues d'une couche de nickelphosphore amorphe, déposée par précipitation catalytique0 Il est bien connu que les gorges d'un piston, surtout la première, sont exposées à d'importants effets de détérioration parmi lesquels on note en particulieL l'usure produite par les segments, l'abrasion due à des poudres provenant du milieu ou des produits de la combustion, l'action de martèlement exercée par les segments et la corrosion chimique due aux produits de la combustion0 Ces actions se révèlent particulièrement nuisibles en présence des hautes températures de fonctionnement spécialement pour la première ou les premières gorges, et ceci particulièrement dans l'application aux moteurs Diesel de tous les types L'effet des actions de détérioration correspondantes appliquées aux segments peut etre convenablement limité par le choix judicieux des matériaux, l'alliage léger utilisé pour la fabrication du corps du piston ne résiste pas à ces actions0 Pour remédier à ces inconvénients, on a déjà proposé de procéder au chromage ou au nickelage électrochimique des parties les plus sollicitées du piston, mais cette solution,qui au point de vue technologique est facile à réaliser, n'a pas permis de résoudre le problème parce que, àcause de la différence de dilatation thermique et de l'insuffisance d'adhésion entre l'alliage léger constituant le piston et les couches de chrome ou de nickel appliquées par voie électrochimique, ces couches ont la tendance à s'effriter et se détacher, Pour protéger au moins la première gorge dans les pistons particulièrement sollicités, on a aussi eu recours à l'incorpora- tion, dans la partie correspondante du piston, d'un corps annulaire en fonte Ni-resist, relié au corps du piston suivant le procédé Alin, et ensuite å un façonnage autour de la gorge en travaillant dans cette matiere rapportée au lieu de l'alliage léger du corps du piston.Cette solution qui, sous certains points de vue est avantageuse, présente l'inconvénient d'augmen est ter sensiblement le poids total du piston, ce qui/d'une impor- tance remarquable dans le cas des moteurs à grande vitesse, et en plus, d'opposer un obstacle à la transmission de la chaleur de la tette du piston vers sa jupe, à-cause de la conductivité thermique relativement réduite de la fonte Ceci se traduit par un suréchauffage des premiers segments qui peut entrainer leur encollage et d'autres inconvénients. I1 est également connu de recouvrir la tête d'un piston pour moteurs à combustion interne avec une couche en nickelphosphore amorphe, précipité par voie catalytique dans un bain, par la réduction chimique d'un sel de nickel, en général solphate, à l'aide de l'ipophosphite de sodium, en présence d'accélérateurs, kélatisants et stabilisateurs, cette réaction de réduction étant activée par des points actifs de catalyse qui se forment au début du traitement sur la surface d'un corps en alliage léger plongé dans ledit bain, suite à la formation d'un voile de nickel, par échange ionique avec l'aluminium de l'alliage Ce procédé de nickelage catalytique, bien connu sous le nom de "procédé Kanigen" a été largement employé dans plusieurs applications afin d'améliorer les caractéristiques mécaniques de la surface d'un corps métallique, ou même non métallique, et, dans le cas spécifique du traitement des tettes de pistons, on a voulu par ce moyen conférer à la tête du piston une plus grande résistance aux fortes sollicitations mécaniques, chimiques et thermiques, qui ont tendance à produire sur ladite tette des avaries de différents types. Le but de la présente invention est d'améliorer d'une façon substantielle la résistance des gorges, et éventuellement d'autres parties sollicitées d'un piston, aux actions détériorantes qui. y sont appliquées, sans introduire une augmentation notable du poids du piston et, surtout, sans introduire aucun obstacle à la transmission de la chaleur de la tête du piston à sa jupe, pour obtenir ainsi une réduction sensible de la température dans la partie du piston qui porte les segments d'étanché lité, Suivant l'invention, au moins la première gorge d'un piston est recouverte par une couche de nickel-phosphore amorphe, déposée par précipitation catalytiqueO En considération des caractéristiques particulières du niekel-phosphore obtenu par cette voie, la résistance à 11 usure, à l'abrasion, au martelage et à la corrosion obtenue est considérablement plus élevée que celle d'un revêtement en chrome ou en nickel appliqué par voie électrochimique, mais, de plus, l'adhésion entre la couche de revêtement et l'alliage léger situé audessous d'elle et qui forme le corps du piston, est très efficache et on évite ainsi surement tout phénomène d'effritage et de séparation de parties de la couche de revêtement, D'autre part, l'épaisseur très limitée du revêtement en nickel-phosphore, qui peut étre d'environ 25 microns, évite la détérioration de la conductivité thermique entre la tête du piston et sa jupe, et par conséquent la naissance du suréchauffage et les inconvénients qui en résultent0 L'application d'une couche de nickel-phosphore amorphe déposée par précipitation catalytique au moins dans la première gorge d'un piston, permet ainsi d'obtenir des avantages techniques et un comportement substantiellement différents des avantages techniques obtenus et recherchés soit dans les applications générales de ce procédé de revetement, connu en soi, soit dans l'application particulière, également connue, d'un tel revêtement a' la tête d'un piston0 Le revêtement selon l'invention peut être appliqué uniquement sur la première gorge d'un piston et être constitué par une couche de nickel-phosphore amorphe déposée par précipitation catalytique0 Les avantages obtenus gracie à l'invention peuvent etre encore étendus par un revêtement déposé également dans les autres gorges du piston, et spécialement dans la seconde gorge, soumise à des sol icitations particulièrement importantes. Dans certains cas il est encore avantageux que les collets du piston, c'est-à-dire les espaces annulaires de la surface cylindrique du corps supérieur du piston, placés entre deux gorges successives, soient revêtus de la même façon, Ceci apporte l'avantage d'améliorer la résistance de ces parties et permet surtout de conférer au revêtement en nickel-phosphore amorphe une continuité, à partir de la zône de plus grande sollicitation jusqu'à des zones de sollicitation plus réduite, ce qui favorise la résistance et la stabilité de ce revêtement0 Un avantage particulier est obtenu par l'applicatiqn de l'invention en combinaison avec une couche de nickel-phosphore amorphe déposée par précipitation catalytique sur la tête du piston.Dans ce cas l'opération de revêtement de la tête et de la première gorge, ainsi qu'éventuellement d'autres gorges suivantes et des collets, peut être effectuée dans un bain unique, en pro tgeant seulement la partie inférieure du piston, ou-bien en plongeant le piston partiellement dans le bain avec la tête de piston tournée vers le bas, Dans ce dernier cas, il est également possible, par une immersion alternativement variable dans le temps, d'obtenir un revêtement en nickel-phosphore amorphe dont l'épaisseur diminue progressivement jusqu'à être nulle, dans sa zone limite au niveau de la jupe du piston, au lieu de se terminer brusquement dans cet endroit0 Dans certains cas, le revêtement en nickel-phosphore amorphe peut être étendu aussi à la jupe du piston, tandis que dans d'autres cas la jupe peut être dépourvue d'un tel revêtement. Le procédé de déposition par précipitation catalytique selon l'invention est, de préférence, conduit de sorte que la teneur en phosphore dans la couche de revêtement déposée dans la prémière gorge du piston est comprise entre 6 % et 11 %, du poids total de la masse de nickel-phosphore, tandis que l'épaisseur de la couche de recouvrement, constituée principalement par du nickelphosphore amorphe, peut être avantageusement de l'ordre de 15 à 50 microns, et de préférence d'environ 25 microns, pour la partie du piston qui porte les segments d'étanchéité, tandis -que, dans les cas où le revêtement s'étend aussi à la jupe, l'épaisseur peut être réduite et être par exemple de l'ordre de quelques microns seulement au niveau de la jupe du piston. Le passage des plus grandes aux plus petites épaisseurs du revêtement peut être progressif ou bien par zones. 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 1 'invention0 REVENDICATIONS lo Piston du type en alliage léger, présentant des gorges destinées à recevoir des segments d'étanchéité, caractérisé en ce que au moins la gorge la plus proche de la tête du piston présente un revêtement constitué par une couche de nickelphosphore amorphe déposée suivant un procédé de déposition par précipitation catalytique0 2.- Piston suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins la seconde forge du piston est également revêtue par une couche de nickel-phosphore amorphe, déposée par précipitation catalytique, 3.- Piston suivant l'une quelconque des revendirations 1 et 2, caractérisé en ce que les surfaces des collets du piston adjacentes aux gorges revêtues par une couche de nickel-phosphore amorphe, présentent également un revêtement dudit type réalisé en même temps et en continuité avec le revêtement desdites gorges. 4.- Piston suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface de la tête du piston est revêtue, d'une façon connue en soi, par une couche de nickel-phosphore amorphe. 5.- Piston suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la couche de revêtement de la tête du piston et la couche de revêtement, au moins, de la première gorge du piston sont continues0 6.- Piston suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins la partie de la surface de la jupe du piston, la plus éloignée de la tête , est dépourvue de revêtement en nickel-phosphore amorphe0 70- Piston suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le revêtement en nickel- phosphore amorphe présente une épaisseur se réduisant progressivement dans la zane de passage entre les parties revêtues et les parties non revêtues du piston0 8.- Piston suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement en nickelphosphore amorphe s'étend sensiblement sur toute la jupe du piston0 9.- Piston suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'épaisseur du revêtement en nickel-phosphore amorphe va se reluisant, d'une façon progressive ou bien par zones, à