Brevet FR2484459A1 — publié le 19811218

La présente invention se rapporte au domaine de la métallurgie des poudres et a notamment pour objet une matière frictionnelle agglomérée, plus précisément une matière frictionnelle agglomérée à base de fer. L'invention trouve des applications notamment dans les ensembles à friction tels que les accouplements, les transmissions hydrauliques et les freins, sur les avions, les tracteurs, les véhicules automobiles, les excavateurs, les treuils, les engins de travaux publics, les machinesoutils, les appareils d'usage domestique, ainsi que dans divers autres mécanismes fonctionnant dans des conditions de forte corrosion, par exemple immergés dans le combustible d'aviation, l'huile mélangée avec des additifs tensio-actifs, le pétrole lampant, les liquides de coupe, etc. On connaît déjà des matières frictionnelles agglomérées à base de fer prévues pour fonctionner dans l'huile. L'une de ces matières (voir, par exemple, l'étude d'Ignatov L.N. et al. intitulée "Production de matières frictionnelles à base de fer", éd. "Métallurgie", Moscou, 1968) présente la composition chimique suivante (% en masse) cuivre 15 graphite 9 oxyde de silicium 3 baryum 6 amiante 3 fer le solde. Une autre matière (voir, par exemple,le certificat d'auteur URSS nO 379665) a la composition chimique suivante (% en masse) cuivre 1à3 étain 0,5 à 2 sulfate de baryum 3 à 5 graphite 4 à 10 bisulfure de molyb dène 2 à 6 ',sitaîl" (nciau vitrocéra mique) I à 3 plomb 0,1 à 4 fer le solde. Ces matières connues présentent une faible résistance à l'usure et à la corrosion, ce qui nuit à la longévité des parties frottantes des machines dans lesquelles sont utilisées de telles matières frictionnelles agglomérées. Ladite basse résistance à l'usure est dûe au fait que les particules d'abrasif faisant partie de la matière en question, telles les particules de"sitall", de nitrure d'aluminium, dioxydes et de carbures de fer, formées au cours de l'agglomération et dont la liaison avec le support, notamment le fer, est insuffisamment forte, subissent un émiettement, pénètrent avec l'huile dans la zone de frottement et provoquent usure de la matière. Quant à la diminution de la résistance à la corrosion, elle s'explique par la structure composée de la matière à constituants multiples et par le fonctionnement d'une pluralité de micro-couples galvaniques dans les conditions de l'action électro-chimique du millieu. La matière frictionnelle agglomérée à base de fer la plus proche, par sa nature chimique et par l'effet obtenu, de celle de l'invention est la matière décrite dans le certificat d'auteur URSS nO 514032 dont la composition chimique est la suivante (% en masse) cuivre 6 à 10 sulfate de baryum 4 à 8 graphite 6 à 10 bisulfure de molybdène 3 à 8 bioxyde de silicium 0,2 à 0,5 "sitaîl" 1 à 6 fer le solde. Cette matière présente, dans les conditions de l'action de milieux agressifs, une resistance insuffisamment élevée à l'usure et à la corrosion en raison de l'usure corrosive et mécanique. Cela est dû au fait que la destruction corrosive se propage de façon sélective suivant la ligne limite des particules constituant la matière frictionnelle agglomérée, laquelle matière subit en conséquence un affaiblissement. La destruction interparticulaire de la matière sur la surface de frottement a pour effet le déroulement d'un processus de destruction mécanique. L'invention a donc pour-objet d'accroitre la résistance à l'usure et à la corrosion des matières frictionnelles agglomérées 4base de fer par un choix judicieux de ses constituants. A cet effet, l'invention propose une matière frictionnelle agglomérée à base de fer, du type renfermant du cuivre, du graphite, du sulfate de baryum, du "sitall", caractérisée, suivant l'invention, en ce qu'elle contient en outre du nitrure d'aluminium, les proportions des constituants dans ladite matière étant les suivantes (5' en masse) cuivre 1 à 7 graphite 5 à 9 sulfate de baryum 3 à 8 matériau vitrocérami que tel que le "sitall" 3 à 5 nitrure d'aluminium 2 à 8 fer le solde. La matière frictionnelle agglomérée à base de fer ayant la composition proposée présente une meilleure résistance à l'usure et à la corrosion en comparaison de la matière connue décrite ci-dessus et retenue par les auteurs de la présente invention comme prototype de l'invention. La résistance élevée à l'usure de la matière proposée est obtenue grâce à la présence, dans le support, de particules solides finement dispersées de nitrure d'aluminium qui assurent le durcissement du support ferrique par dispersion au cours du refroidissement après agglomération. D'autre part, le durcissement est dû à la liaison diffusive prenant naissance, au cours de l'agglomération, à l'interface entre les particules de nitrure d'aluminium et celles de fer et de cuivre. Il s'ensuit une amélioration de la duretéde la matière et de ses caractéristiques de résistance. En outre, en se liant à la matière du support, les particules de nitrure d'aluminium, présentant une haute résistance à la corrosion, accroissent, par effet d'écran, la résistance totale de la matière à la corrosion. Il est recommandé d'introduire les constituants de la matière frictionnelle agglomérée à base de fer dans les proportions préférées suivantes (% en masse) cuivre 7 graphite 7 sulfate de baryum 3 "sitall" 5 nitrure d'aluminium 6 fer 72 Une telle composition de la matière permet d'obtenir la résistance à l'usure et à la corrosion la plus élevée possible, et ce, grace au rapport optimal entre le nitrure d aluminium et le "sitall", ce dernier étant lui aussi un additif influant avantageusement sur la résistance à l'usure et à la corrosion. La teneur de la matière en baryum est réduite à un minimum, ce qui est avantageux, puisque le baryum exerce une influence négative sur les propriétés précitées.La teneur minimale en sulfures dûe à la faible quantité de sulfate de baryum introduite dans la matière, et agissant défavorablement sur la résistance à l'usure, est z es compensée par la teneur suffisamment élevée en graphite. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative, qui va suivre, de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemple. Les poudres de graphite, de nitrure d'aluminium et de sulfate de baryum sont séchées à une température de 120 à 1500C. Ensuite on effectue le tamisage de toutes les poudres de départ et on les dose de façon à ce que leurs proportions dans la charge soient les suivantes (% en masse) : cuivre 1 à 7, sulfate de baryum 3 à 8, graphite 5 à 9, nitrure d'aluminium 2 à 8, "sitaîl" (connu également sous le nom de l'glasscrystal") 3 à 5, le reste étant du fer. Tous les constituants sont mélangés dans un mélangeur en présence d'un liquide neutre,par exemple d'acétone. A partir de la charge de composition précitée, on obtient dans des moules à pression, sous une pression de 294 MPa, des garnitures de friction.Puis on procède à l'agglomération des garnitures dans des fours à cuve en les faisant adhérer simultanément à un support d'acier sous une pression de 1,47 MPa et à une température de 1020 à ;i0500C pendant 3 heures. Les matières obtenues sont essayées pour déterminer leurs propriétés de frottement, notammentleurcoefficient de frotte- ment et leur usure, ainsi que leur résistance à la corrosion. Les essais de frottement sont exécutés sur un banc d'essai fonctionnant selon le principe du freinage de masses d'inertie tournantes. La résistance à la corrosion-est- déterminée par mesure de la résistance électrique. La matière frictionnelle agglomérée obtenue par la technique décrite subit dans de l'huile minérale chaude une usure de 3 à 5 ji m après 30 freinages, la -vitesse de corrosion étant de 0,15 à 0,20 mm/an. La résistance à l'usure est de 3 fois supérieure et la résistance à la corrosion, de 2,5 fois supérieure à la matière frictionnelle agglomérée à base de fer connue. L'invention sera miéux comprise à la lecture des exemples concrets mais non limitatifs suivants d'obtention de la matière conforme à l'invention. Exemple 1. Les poudres de graphite, de nitrure d'aluminium et de sulfate de baryum sont séchées à une température de 120 à 1500C. Ensuite toutes les poudres de départ sont tamisées à travers des tamis nO OIOO et nO OI60 et dosées dans les proportions suivantes (% en masse) : cuivre 1, sulfate de baryum 5, graphite 9, "sitalli' 4, nitrure d'aluminium 2, fer 79, après quoi on les mélange dans un mélangeur en présence d'acétone pendant 12 heures. La charge ainsi obtenue est moulée sous une pression spécifique de 294 MPa, et les produits moulés, sous forme de garnitures de friction, sont agglomérés, dans un four à cuve avec adhésion simultanée à un support d'acier sous une pression de 1,47 MPa et à une température de 1020 à 10500C pendant 3 heures. Les essais de frottement et de corrosion ont permis d'établir les caractéristiques suivantes de la matière coefficient de frottement 0,11 usure après 30 freinages 5 P vitesse de corrosion 0,18 mm/an dans les conditions de fonctionnement dans l'huile minérale chaude. Exemple 2. La matière obtenue suivant la technique décrite dans l'exemple 1, à partir de poudres prises dans les proportions suivantes (5' en masse) : cuivre 1, sulfate de baryum 3, graphite 5, "sitall" 3, nitrure d'aluminium 2, fer 86, présente les caractéristiques suivantes coefficient de frottement 0,11 usure après 30 freinages 5 P vitesse de corrosion dans l'huile minérale chaude 0,19 mm/an Exemple 3. La matière obtenue suivant la technique décrite dans l'exemple 1, à partir de poudres prises dans les proportions suivantes (% en masse) : cuivre 7, sulfate de baryum 3, graphite 7, "sitall" 5, nitrure d'aluminium 6, fer 72, présente les caractéristiques suivantes coefficient de frottement 0,11 usure après 30 freinages 2 vitesse de corrosion dans l'huile minérale chaude 0,15 mm/an Exemple 4. La matière obtenue suivant la technique décrite dans l'exemple 1, à partir de poudres prises dans les proportions suivantes (% en masse) : cuivre 7, sulfate de baryum 8, graphite 9, nitrure d'aluminium 8, "sitall" 5, fer 63, présente les caractéristiques suivantes coefficient de frottement 0,12 usure après 30 freinages 5 P vitesse de corrosion dans l'huile minérale chaude 0,17 mm/an. Exemple 5. La matière obtenue suivant la technique décrite dans l'exemple 1, à partir de poudres prises dans les proportions suivantes ( /0 en masse) : cuivre 5, sulfate de baryum 8, graphite 5, "sitaîl" 3, nitrure d'aluminium 8, fer 71, présente les caractéristiques suivantes coefficient de frottement 0,11 usure après 30 freinages 4 Il vitesse de corrosion dans l'huile minérale chaude 0,20 mm/an. Les compositions des matières essayées, comparées à celle de la matière choisie connue prototype de l'invention, ainsi que les résultats des essais, sont reportés dans le tableau 1 ci-dessous. Bien entendu, l'invention n'est nullement limités aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. 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 protection comme revendiquée. Tableau 1. Compositions des matières frictionnelles agglomérées et résultats des essais. n fonctionnement vitesse d'ordre matière composition chimique, % en masse dans l'huile de corro Fe Cu BaSO4 C NoS2 SiO2 "Sitall" AlN coeffi- Usure sion dans cient de après de frottement 30 frei- l'huile nages, m chaude, mm/an 1 matière 71,7 9 6 6 4 0,3 3 - 0,11 15 0,5 friction nelle agglomérée à base de fer (proto type de l'invention 2 matière 79 1 5 9 - - 4 2 0,12 5 0,18 friction nelle agglomérée à base de fer, objet de l'invention 3 " 86 1 3 5 - - 3 2 0,12 5 0,19 4 " 72 7 3 7 - - 5 6 0,11 2 0,15 5 " 63 7 8 9 - - 8 5 0,12 5 0,17 6 " 71 5 8 5 - - 3 8 0,11 4 0,20 REVENDICATIONS 1. Matière frictionnelle agglomérée à base de fer, du type renfermant du cuivre, du graphite, du sulfate de baryum, du "sitall", caractériséeen ce qu'éle contient en outre du nitrure d'aluminium. 2. Matière frictionnelle suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle contient (% en masse) cuivre 1à7 graphite 5à9 sulfate de baryum 3 à 8 matériau vitrocéramique tel que le "Sitaîl" 3à5 niture d'aluminium 2 à 8 fer le solde. 3. Matière frictionnelle agglomérée à base de fer, selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par la composition suivante (% en masse) cuivre 7 graphite 7 sulfate de baryum 3 matériau vitrocéramique "sitaîl" 5 nitrure d'aluminium 6 fer 720