Brevet FR2411962A1 — publié le 19790713

l'invention a pour objet un mode de production des tuyauteries d'échappement des moteurs à combustion interne, en particulier des silencieux et des tuyaux d'échappement à résistance augmentée à la corrosion, prévus, en particulier pour véhicules propulsés par moteurs à combustion interne, qui circulent en ambiance corrosive agressive, résultant des intempéries et des conditions de route sévères. Actuellement, les composants des tuyauteries d'échappement sont produits en tôle et tubes en acier au carbone de construction ferritique ou ferrito-perlitique, en acier faiblement allié et, parfois, en tôle acier fortement allié. Après les opérations de solidarisation des différents composants des tuyauteries d'échappement, leur face extérieure, après préparation préalable, est revetue d'un revêtement de vernis aux fins de protection contre la corrosion. Dans certains cas précis sont produits également des tuyauteries d'échappement en tôle aluminiée par trempé en continu (1.Poliakow J.Je ; Lieberman E.N. ; Tichonow Jv.A ttE woprosu o wyborje matieriala dîja gluszitjelicj wypusknych sistiem automobiljej. Awtomobilnaja promyszliennost. i977, n 2, p.44-46 2. Tums V. : Co vydrztvyfuk. Svet Motoru. 1978, No. 10, p. 10). le mode de production des composants des tuyauteries d'échappement suivant les techniques actuellement connues est grevé d'un certain nombre d'inconvénients. les revetements de vernis ou de plastique silicone sur les surfaces des composants de la tuyauterie d'échappement sont rapidement endommagés et détruits par suite des chocs mécaniques du gravier, du cailloutis, du verglas et de neige gelée, projetés de la chaussée durant la circulation du véhicule. Cet effet est amplifié par les contraintes dans le revetement, dues aux variations brusques de la température des surfaces extérieures des composants de la tuyauterie d'échappement, en particulier durant la circulation en automne et en hiver. L'échauffement excessif des composants de la tuyauterie d'échsppe- ment accélère également I' usure du revetement. Ceci concerne en particulier les collecteurs d'échappement,évacuant les gaz brûlés chauds directement des ouvertures d'échappement de la culasse du moteur, dont la température est de 600 à 7500C. la résistance des revêtements de vernis ou de plastique silicone est très faible dans l'intervalle de températures de 400 à 4500c, donc ne constituent pas une protection suffisante des conposan > - de Ia tuyauterie d'échappement fortement chauffés. L'un des défauts majeurs des techniques appliquées actuol- lement est'que le revêtement de vernis ou de plastique silicone ne couvre que la face extérieure des composants de la tuyauterie d'échappement, ce qui ne protège pas les faces intérieures de ces composants contre la corrosion. La corrosion attaque particulièrement la face intérieure des tuyauteries d'échappement des moteurs dans lesquels la combustion du mélange est défectueuse. Les tuyauteries d'échappement en tôle et tubes aluminiés par trempé en continu présentent également un certain nombre de défauts. la tôle, aluminiée par trempé en continu, porte sur les deux faces une couche d'aluminium, mais les opérations de découpé des différents composants de la tuyauterie d'échappement provoquent des coupures dans la couche sur les arêtes, tandis que les opérations d'emboutissage provoquent un amincissement sensible de la couche et, parfois, des défauts de continuité. L'amincissement, les microfissures et les défauts de continuité provoquent la formation, entre le support en alliages Fe et la couche Al, de micro-piles dont le potentiel peut s'élever à 1,22 V. L'application des tôles aluminiées par trempé en continu est également défavorable, car leur résistance à la corrosion est très faible à cause de la forte teneur en silicium, qui peut atteindre 10% de Si dans le bain de l'alliage Al. Une teneur aussi élevée en Si, qui dans la couche extérieure du revetement aluminium forme une phase de type Al-Fe-Si, provoque une activation de la corrosion galvanique du revêtement par suite de différence de potentiel entre les grains Al-Fe-Si et l'eutectique qui ltenrobe, riche en aluminium, ces éléments structurels composant la couche extérieure. le mode de protection des surfaces des composants de la tuyauterie d'échappement contre la corrosion suivant l'invention consiste dans le revetement des faces, extérieure et intérieure, et des bords des composants préformes des tuyauteries d'échappementX d'une couche de diffusion aluminium par voie d'aluminiage par des différentes pièces séparément. le mode d'aluminiage suivant l'invention peut être également appliqué uniquement aux faces extérieures des tayawteries après leur montage. Cependant, les tuyauteries d'échappement, aluminiées suivant ce mode, ne présentent pas une résistance à la corrosion aussi élevée que celle montées de composants aluminiés sur les deux faces. La corrosion attaque les faces intérieures qui ne sont pas protégées par la couche d'aluminium. l'aluminiage des tuyauteries montées se heurte à des difficultés vu leur flottabilité, ce qui demande une charge supplémentaire. Ces tuyauteries sont également à aveugler pour éviter que le métal en fusion ne pénètre à l'intérieur. les composants des tuyauteries, après préparation de leurs surfaces, sont recouvertes, sur les deux faces, d'une couche de diffusion d'aluminium pur ou de ses alliages par trempé, les composants exposés à une température supérieure à 400go étant immergés dans un bain d'aluminium à teneur maxi de tg de Cr et maxi iode Fe à température de 700 à 7600C durant 60 à 240 secondes et les composants exposés à une température inférieure à 4000G dans un bain d'alliage d'aluminium à teneur de 0,2% de Ti et maxi 1% de Fe à température de 700 à 7600C durant 60 à 240 secondes. les composants, aluminiés sur les deux faces, sont rendus solidaires en tuyauterie d'échappementpar soudage ou sertissage sans élimination du revetement aluminium aux points d'assemblage. les tuyauteries complètes, montées de composants dont les surfaces ne sont pas protégées, après aveuglement des orifices d'admission et d'échappement et mise en charge, sont immergées dans un bain d'aluminium pur à teneur maxi de 0,o de Ti, maxi 1% de Or et maxi 1 de Fe à température de 700 à 7600C durant 60 à 240 secondes et, après émersion, l'excès d'alliage d'aluminium en fusion est soit centrifugé, soit égoutté de la surface aluminiée. le mode d'aluminiage par trempé des composants de la tuyauterie d'échappement aboutit à une augmentation sensible de sa résistance à la corrosion, en particulier en températures élevées, en ambiance corrosive surtout, dans les solutions et les condensés de Na0l. l'opération d'aluminiage doit simultanément assurer la réfractairité des composants de la tuyauterie d'échappement qui se trouvent en contact avec les gaz brûlés dans la zone d'échappement, donc à température la plus élevée. Ceci concerne en particulier les collecteurs d'échappement des culasses des moteurs. Pour ces raisons, les paramètres de l'opération d'aluminage par trempé des composants de la tuyauterie d'échappeme;lt doivent être choisis de façon à assurer la formation d'un revêtement de diffusion d'aluminium en deux couches sur les surfaces des composants, l'épaisseur de la couche extérieure devant être de 40 à 100 Zm, ce qui garantit une résistance à la corrosion suffisante tant en'température ambiante qu'en températures élevées grâce à la régénération permanente du film protecteur de AI203 à la surface du revôtement. Pour garder une concentration fixe ou, éventuellement, limiter la chute en teneur d'aluminium dans la couche extérieure sur les surfaces aluminiées des composants des tuyauteries d'échappement en contact avec les températures élevées, il y a lieu d'appliquer des revôtements avec des éléments d'addition qui limitent la diffusion de l'aluminium vers le support en alliages Fe-C durant l'exploitation des tuyauteries. la concentration élevée de l'aluminium dans la couche extérieure garantit la régénération permanente du film AI203 à la surface du revetement durant l'exploitation. Le meilleur élément diaddition est le chrome qui, dans l'opération d'aluminiage dans le bain d'alliage Al-Cr, à teneur maxi de 2% de Cr, forme une solution secondaire avec la phase Fe-Al3. Pour obtenir une résistance élevée à la corrosion des composants de la tuyauterie d'échappement qui sont moins exposés aux températures élevées, mais, comme toute la tuyauterie, se trouve en contact avec l'ambiance corrosive, comme par exemple le brouillard de solution de RaCl sur les routes en hiver, l'opération d'aluminiage est à effectuer, dans un bain d'aluminium pur, éventuellement dans un bain d'alliage Al-Ti à teneur maxi de 0,2% de Ti. Le silicium est particulièrement défavorable comme addition au bain d'aluminium, ce qui a lieu dans les opérations d'aluminiage en continu. le silicium y est appliqué en quantité maxi de 10%. ::5 opérations de production des tuyauteries d'échappement suivant le mode présenté sont reprises dans les exemples suivants Exemple I. Les composants de la tuyauterie d'échappement, après prdnaratìon e leurs surfaces, sont suspendus aux palans et immergés dans le bain d'alliages d'aluminium à une vitesse de 12 m/mn. Les composants en contact avec les gaz brûlés à température de 400 à 650 C, c'est-à-dire les collecteurs d'échappement et, éventuellement, les pipes d'échappement du silencieux avant sont aluminiées dans un bain d'alliage Al à teneur maxi de 1,5 de Cr et 1% de Fe à température de 7200C durant 140 secondes. Les composants en contact avec les gaz brûlés à température inférieure à 4000C, ctest-à-dire les composants du corps du silencieux et la pipe d'échappement sont aluminiés dans un bain d'alliage Al à teneur maxi de 0,1 de Ti et de 1 de Fe à température de 7000C durant 120 secondes. La vitesse d'émersion est de 0,5 m/mn. Les composants sont assemblés en tuyauterie d'échappement complète par soudage ou sertissage. Exerne Il. - La tuyauterie d'échappement complète, après les opérations de montage, est préparée à l'aluminiage par trempé. les ouvertures d'admission et d'échappement sont aveuglées, la tuyauterie est mise en charge pour surmonter le déplacement, la surface extérieure est préparée et l'ensemble est suspendu aus palans. les tuyauteries d'échappement ainsi préparées sont immergées à une vitesse de 15 à 20 m/mn dans un bain d'alliage d'aluminium à teneur maxi de 0,2 de Ti, maxi de 1% de Or et maxi de 1 de Fe à température de 700 -à 76000. Après le maintien dans le bain d'alliage d'aluminium durant 60 à 240 secondes, les tuyauteries sont émergées à ume vitesse de 1 m/mn. L'excès d'alliage d'aluminium en fusion est centrifugé de la surface des tuyauteries au-dessus du bain d'aluminium. REVENDICATIONS 1. Mode de production des tuyauteries d'éc.mppement des moteurs à combustion interne, à résistance augmentée à la corrosion, caractérisé par le fait que les composants des tuyauteries d'échappement, après préparation de leurs surfaces, sont couverts, sur les deux faces, d'un revêtement de diffus on en aluminium pur ou ses alliages par trempé, les composants exposés aux températures supérieures à 400 C étant immergés dans un bain d'alliage d'aluminium à teneur maxi de 2% de Cr et maxi de 1% de Fe, à température de 700 à 7600C durant 60 à 240 secondes et les composants exposés aux températures inférieures à 40000 dans un bain d'alliage d'aluminium à teneur maxi de 0,2% de Ti et maxi de 1% de Fe, à température de 700 à 76000 durant 60 à 240 secondes. les composants, aluminiés sur les deux faces, sont ensuite rendus solidaires en tuyauteries d'échappement par soudage ou sertissage, sans élimination de la couche de diffusion d'aluminium aux points d'assemblage. 2. Mode de production des tuyauteries d'échappement à résistance augmentée à la corrosion, caractérisé par le fait que les tuyauteries complètes, formées de composants dont les surfaces ne sont pas protégées et après aveuglement des ouvertures d'admission et d'échappement, et mise en charge de la tuyauterie, sont immergées dans un bain d'alliage d'aluminium à teneur maxi de 0,2 de Ti, maxi de 1% de Cr et maxi de 1% de Fe, à température de 700 à 7600C durant 60 à 240 secondes et, après l'émersion, ltexcès de l'alliage d'aluminium en fusion est soit centrifugé, soit égoutté de la surface aluminiée.