Brevet FR2489456A1 — publié le 19820305

L'invention concerne un dispositif comportant une paire d'éléments de friction notamment un frein ou un embrayage à friction, comportant un premier élément de friction qui est fait d'un matériau de frottement contenant des liants organiques et qui subit l'usure la plus importante, et un deuxième élément de friction possédant une plus grande longévité et fait d'une matière ferreuse. Les dispositifs à frottement tels que freins ou embrayages à friction sont utilisés, par exemple lors d'un freinage, pour convertir en chaleur l'énergie cinétique d'une pièce en mouvement. Pour le freinage d'un véhicule, on utilise comme dispositif de friction, par exemple, un frein constitué d'un disque et de garni- tures de frottement. Selon la matière choisie pour les corps en frottement mutuel qui sont soumis à diverses conditions annexes concernant par exemple le coefficient de frottement et l'évolution de température, on obtient une usure d'importance inégale. La matière choisie pour le disque est par exemple la fonte grise. Les garnitures sont la plupart du temps faites de matières pour frottement associées à des liants organiques. Les éléments de friction comportant des liants organiques se composent par exemple de fibres d'amiante, de liants tels que, par exemple, des résines synthétiques réticulables telles que des résines phénoliques et des caoutchoucs naturels ou synthétiques, ainsi que des matières de charge (copeaux métalliques, oxydes et/ou diverses matières minérales). Si l'on maintient l'usure à une valeur aussi faible que possible, on obtient alors une plus grande longévité, ou bien on peut réduire les dimensions des composants, et par conséquent leur poids. Pour réduire l'usure, on connaît des agencements dans lesquels un corps métallique, par exemple un disque de frein, est muni d'un revêtement qui s'use peu. Un procédé de réalisation d'un tel revêtement est décrit, par exemple, dans la demande de brevet allemand DE-OS 21 66 949: une couche de frottement à faible usure est appliquée à l'aide d'un jet de plasma. On amène au jet de plasma des particules en métal, en un alliage ou en une combinaison de ces métaux et leurs composés tels qu'oxydes métalliques ou carbures métalliques. La couche à faible usure doit alors posséder les caractéristiques cristallines initiales des particules, à savoir un système cristallin hexagonal. Les matériaux constitutifs de deux revêtements de ce genre devant frotter l'un sur l'autre doivent être différents. Par exemple, l'un des revê- tements doit âtre à base de carbures et l'autre à base d'oxydes. Dans cet agencement connu, on peut considérer comme un incon- vénient le fait que les deux éléments en frottement soient munis d'un revêtement. Il est en outre connu d'accroître la résistance à l'usure des garnitures de frein. Cela s'obtient par exemple en utilisant, à la place de garnitures à liants organiques, des garnitures à liants métalliques leurs composants sont au sein d'un liant métallique fritté. Une autre méthode pour accroître la résistance à l'usure des garnitures de frein est indiquée dans la demande de brevet allemand DE-OS 24 06 242. Celle-ci décrit un procédé de revêtement électro- statique avec lequel on réalise, avec de la poudre minérale métallique, de minces garnitures solidarisées à une plaque-support métallique. Les deux derniers procédés ou agencements mentionnés présentent toutefois cet inconvénient que, malgré une moindre usure de l'un des organes de friction, à savoir la garniture de frein, le corps de friction conjugué, c'est-à-dire le disque de frein, est plus fortement usé, de sorte que le volume d'usure admissible pour le disque est rapidement dépassé. L'invention a pour objet de réduire ou supprimer les incon- vénients mentionnés et notamment de parvenir à une paire d'éléments de friction à faible usure dans laquelle il y aura notamment une forte réduction de l'usure de celui des éléments qui jusqu'à présent s'usait le plus, l'usure de l'autre élément, celui qui dure le plus longtemps, devant en même temps rester comprise dans certaines limites. Cette paire d'éléments de friction devra en outre satisfaire à diverses conditions annexes telles que, par exemple, coefficient de frottement et tenue en température. Selon l'invention, ceci est obtenu par le fait qu'au moins une surface de frottement du deuxième élément de friction est pourvue d'une couche de frottement faite de métaux, matériaux non métalliques et combinaisons chimiques de métaux et de matériaux non métalliques. C'est avantageusement sous forme de particules à forte énergie cinétique que la matière de revêtement constituant la couche de frottement est appliquée sur la surface de frottement. Le deuxième élément de friction peut avantageusement être réalisé sous la forme d'une pièce en fonte (fonte grise ou fonte à graphite sphéroldal) relativement économique et facilement moulable. Il s'est avéré avantageux d'utiliser des métaux tels que cobalt, chrome, nickel, du carbone et des carbures des métaux tungstène et chrome. Selon leur contribution à la composition de la couche, on obtient différentes caractéristiques de celle-ci. Les essais effectués ont montré que des couches ayant la composition suivante convenaient particulièrement bien Matériau A: 25 % de carbure de tungstène; Z de nickel; le reste constitué de mélanges de carbures de tungstène et de chrome; Matériau B: 84,6 Z de carbure de tungstène; 7,5 % de cobalt; 4,2 % de chrome; 3,5 % de carbone. Ces pourcentages sont des pourcentages en poids. La grande énergie cinétique des particules s'obtient avanta- geusement par projection par explosion. Des explosions accélèrent les particules de façon telle que lorsqu'elles rencontrent la surface de frottement à revêtir il se produit une microsoudure entre les parti- cules et la matière de la surface de frottement, ainsi qu'un micro- sertissage entre matière de la surface et matière de la couche du fait de la déformation plastique, à profondeur différente, des couches supérieures de la matière de la surface de frottement. Par rapport à la projection sous plasma, on obtient ainsi une bien meilleure adhé- rence de la couche sur la surface de réception, tout en bénéficiant de la réduction de porosité de la couche obtenue par projection par explosion. Ainsi, les impératifs extrêmes inhérents à un freinage ou à un processus d'embrayage sont satisfaits, notamment en ce qui concerne l'adhérence. Si l'épaisseur de la couche de frottement est comprise dans une plage de 0,02 à 0,03 mm, le temps de revêtement est bref et-la consommation de matière pour constituer la couche est faible. Des formes de réalisation avantageuses sont obtenues si le dispositif est constitué en frein, et notamment en frein à disque dans lequel l'élément de friction à grande longévité est la pièce tournante, donc le disque, tandis que le premier élément de friction fait office de garniture. De façon surprenante, un avantage obtenu par l'invention est que la couche de frottement résistant à l'usure,présente sur les surfaces de frottement du deuxième élément de friction en matière ferreuse (c'est-à- dire le disque de frein), enlève au premier élément de frictionen matière de frottement avec liants organiques,un volume d'usure de trois à quatre fois plus faible que ce n'est le cas lors d'un frottement comparable du même matériau contre une surface non revêtue, le coefficient de frottement restant sensiblement le même. La diminution de l'usure des garnitures de frein s'obtient par le fait que l'on applique un revêtement sur le corps de friction conjugué, donc sur le disque du frein, tandis que la garniture reste non revêtue. Après frottement, aucune usure n'est mesurable sur le disque, de sorte que celui-ci, étant pratiquement exempt d'usure, dure aussi longtemps que le véhicule, voire même davantage. Dans de nombreux freins à disque, il était jusqu'à présent inévitable que l'usure des garnitures soit inégale, par abrasion plus importante ou par usure oblique de l'une des garnitures. L'invention prévoit, dans l'une de ses caractéristiques, d'associer cette garniture à la surface de frottement revêtue, de sorte que l'on obtient pour les garnitures des durées utiles sensiblement égales. En outre, il est particulièrement avantageux, lorsque l'une des garnitures est difficile à démonter ou remplacer, que celle-ci soit associée à la surface de frottement revêtue, les travaux de remplacement onéreux étant ainsi rendus moins fréquents. Les principes de base de l'invention seront en outre avanta- geusement mis en oeuvre de façon que, dans le cas d'un frein à disque à étrier flottant, il n'y ait un revêtement que sur la surface de frottement conjuguée à la mâchoire ou garniture actionnée indirectement par l'intermédiaire de l'étrier. Dans les freins à disque à étrier. flottant, il est fréquent que la garniture actionnée indirectement soit soumise à une usure plus importante du fait de l'imprécision de son jeu et d'un voilage du disque ou d'une déformation de l'étrier, d'o usure de la garniture. Le revêtement prévu par l'invention conduit à un fort accroissement de la longévité de cette garniture qui n'a plus à être l'objet de travaux d'atelier onéreux pour la changer fréquemment ou prématurément. Grâce au processus de frottement indiqué plus haut, on peut construire des freins à disque dont les disques sont plus minces d'environ dix pour cent et donc chacune des garnitures peut admettre un amincissement atteignant jusqu'à soixante-quinze pour cent. On obtient donc cet avantage très appréciable que l'on peut diminuer l'encombrement axial de l'ensemble du frein, à savoir disque/garniture/ boîtier-étrier, ou encore réduire la place nécessaire côté jante et, en plus d'une diminution de poids, obtenir aussi une réduction du volume de fluide de frein à recevoir. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints o: - la figure I représente des résultats d'essais de mesure d'usure de deux garnitures de frein ayant frotté sur un disque de frein dont une seule face était revêtue selon l'invention; et - la figure 2 représente une vue en coupe partielle d'un frein à disque à étrier à garnitures partielles, comportant un disque revêtu d'un seul côté selon l'invention. Sur les figures, les éléments identiques sont pourvus de références identiques Sur la figure 1, la référence I désigne le disque de frein représenté schématiquement, la référence 2 désigne la garniture agissant sur la surface de frottement revêtue 5 du disque 1, et la référence 3 désigne la garniture agissant sur la surface de frotte- ment 6 non revêtue. Les lignes en trait mixte indiquent l'épaisseur des garni- tures lorsqu'elles sont neuves. L'épaisseur hachurée est celle obtenue après les essais d'usure. Les épaisseurs axiales des garnitures et du disque, telles que représentées, correspondent à peu près aux résultats des essais. Les résultats représentés ont été obtenus dans les conditions suivantes. Un disque de frein I,ne comportant un revêtement selon l'invention que sur une surface de frottement 5,a fait l'objet d'inves- tigations d'usure de disque et garnitures dans un montage de frein, en lui imposant les conditions d'utilisation d'un véhicule de tourisme de classe moyenne. La figure I montre que l'usure de la garniture ayant la référence 2, c'est-à-dire de la garniture coopérant avec la surface de frottement 5 du disque 1 revêtue selon l'invention, est nettement plus faible, à savoir d'environ soixante-dix pour cent, que l'usure de la garniture 3 contre la surface de frottement 6 opposée, non revêtue, du disque 1. Les garnitures sont en matière de frottement avec liants organiques et proviennent de la même charge. Elles ont été choisies d'un type considéré comme agressif pour ce qui est de l'usure du disque. L'usure de la surface de frottement non revêtue 6 du disque I est, dans cet essai, de l'ordre de 0,3 mm, tandis que le même essai ne donne, pour la surface de frottement 5 revêtue selon l'invention, aucune usure mesurable dans une plage de 1/100 de mm. La figure 2 représente, vu en coupe partielle, un frein à disque à étrier flottant à garnitures partielles. L'étrier 8 chevauche le disque I et comporte, d'un côté du disque 1, un piston d'action- nement 7 déplaçable hydrauliquement, qui déplace axialement la garni- ture correspondante 3. La garniture 2 située du coté opposé du disque I est déplacée indirectement par l'intermédiaire de l'étrier 8 qui prend appui contre le piston d'actiounement 7 par le corps du cylindre. Après l'application de la garniture 3 contre le disque 1, la force de réaction amène, par un déplacement de l'étrier 8 par rapport au support, la deuxième garniture 2 au contact du disque I et provoque un freinage. La surface de frottement 5 du disque I est, selon l'invention, revêtue de la couche de frottement, tandis que la surface de frottement 6 n'est pas revêtue. Le réglage inexact du jeu, le voilage du disque et l'allon- gement de l'étrier sont notamment des causes fréquentes de ce que la garniture 2 actionnée indirectement s'use plus vite en frottant contre le disque 1, que ce n'est le cas pour la garniture 3 sollicitée par le piston d'actionnement 7. Le revêtement de la surface de frottement 5 du disque 1, tel que prévu par l'invention, a pour effet que l'usure de cette garniture 2 est d'environ soixante-dix pour cent plus faible que dans le cas d'un frottement contre la surface 5 non revêtue. On parvient donc à une durée utile plus grande de cette garniture 2 et/ou à un encombrement axial moindre de l'ensemble du dispositif, et l'espace nécessaire du côté intérieur de la jante est moindre. L'application des caractéristiques fondamentales de l'inven- tion à un frein à disque, et notamment à un frein à disque à étrier flottant, conduit donc au total aux avantages suivants: - la durée de la garniture la plus sollicitée est extraordinairement accrue, de sorte qu'on évite les opérations de remplacement compli- quées sur le frein à disque; - considérée comme tout à fait indésirable, l'usure en biais de la garniture extérieure 2 est, grâce à l'invention, fortement réduite, voire tout à fait éliminée, ce qui accroît la fiabilité de l'ensemble du frein pour ce qui est de sa fonction et de son utilisation; - tenant compte de la durée plus longue de la garniture 2, le construc- teur peut réaliser celle-ci plus courte en direction axiale, de sorte que l'encombrement axial total du frein à disque est alors moindre. Un raccourcissement supplémentaire peut être obtenu en prévoyant de l'autre côté du disque, sur la surface de frottement 6 coopérant avec la garniture 3 actionnée directement, un revêtement selon l'invention. Or, un faible encombrement implique par ailleurs un agencement amélioré de l'ensemble frein et support dans l'espace restreint,disponible entre la suspension de la roue et la face interne de la jante de cette roue. Bien entendu, l'exemple de réalisation décrit n'est nullement limitatif de l'invention. RÉPUBLIQUE FRAN AISE INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE PARIS BREVET 2 489 457 D'INVENTION CERTIFICAT D'UTILITÉ CERTIFICAT D'ADDITION Aucun titre n'est publié sous ce numéro REVENDICATIONS 1. Dispositif comportant une paire d'éléments de friction, notamment frein ou embrayage à friction, comportant un premier élément de friction qui est fait d'un matériau de frottement contenant des liants organiques et qui subit l'usure la plus importante, et un deuxième élément de friction possédant une plus grande longévité et fait d'une matière ferreuse, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'au moins une surface de frottement (5, 6) du deuxième élément de friction (4) est pourvue d'une couche de frottement faite de métaux, matériaux non métalliques et combinaisons chimiques de métaux et maté- riaux non métalliques. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière de revêtement de la couche de frottement est appliquée sur la surface de frottement (5, 6) sous la forme de particules à forte énergie cinétique. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caracté- risé en ce que le deuxième élément de friction (4) est en fonte (fonte grise ou fonte à graphite sphéroldal). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche de frottement comporte une forte propor- *tion de carbures métalliques, de préférence de carbures des métaux tungstène et chrome. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche de frottement contient de préfé- rence des métaux tels que cobalt, chrome et nickel. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couche de frottement contient une faible - proportion de carbone. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que la couche de frottement possède la composition pondérale suivante:vingt à trente pour cent de carbure de tungstène, cinq pour cent de nickel, le reste étant constitué par des mélanges de carbures de tungstène et de chrome. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la couche de frottement possède la composition pondérale suivante: quatre-vingts à quatre-vingt-dix pour cent de carbure de tungstène, moins de dix pour cent de cobalt, moins de cinq pour cent de chrome et moins de cinq pour cent de carbone. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 8, caractérisé en ce qu'au moins une surface de frottement (5, 6) du deuxième élément de friction (4) est pourvue d'une couche de frottement constituée de métaux, matériaux non métalliques et combinaisons chimiques de métaux et matériaux non métalliques, et en ce que la matière de cette couche est appliquée sur la surface de frottement (5, 6) par projection de particules à grande énergie cinétique, par explosions d'un système de dispersion constitué d'un mélange gazeux inflammable et de particules devant former la couche (projection par explosion>. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 9, caractérisé en ce que la couche de frottement possède une épaisseur inférieure à 0,03 mm. Il. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 10, caractérisé en ce que la couche de frottement possède une épaisseur comprise entre 0,02 mm et 0,03 mm. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 11, caractérisé en ce que le deuxième élément de friction (4) est la pièce tournante (1) d'un frein et en ce que le premier élément de friction est une garniture de friction (2, 3). 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 12, caractérisé en ce que le deuxième élément de friction (4) est un disque (1) d'un frein à disque et en ce que le premier élément de friction, constitué de matériaux de frottement avec liants organiques, avantageusement d'amiante avec des liants organiques, est une garni- ture (2, 3) du frein à disque. 14. Dispos-itif selon l'une quelconque des revendications I à 13, sous la forme d'un frein à disque comportant plusieurs garnitures dont une est exposée à l'abrasion ou à l'usure oblique plus que les autres garnitures, caractérisé en ce que cette garniture (2) plus fortement sollicitée que les autres est associée à la surface de frotte- ment revêtue (5) du disque (1). 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, sous la forme d'un frein à disque ayant plusieurs garnitures dont au moins une est plus difficile à enlever ou à remplacer que les autres, caractérisé en ce que cette garniture plus difficile à enlever (2) est associée à la surface de frottement revêtue (5) que comporte le disque de frein. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le frein à disque est un frein du type à étrier flottant et comporte une garniture (3) actionnée directement par le piston d'actionnement (7) et une garniture (2) actionnée indirec- tement par l'intermédiaire de l'étrier (8), et en ce que la surface de frottement (5) du disque (1) coopérant avec la garniture actionnée par l'intermédiaire de l'étrier (8) est revêtue.