Brevet FR2540949A1 — publié le 19840817

? 540949 La présente invention concerne un pdéier à glissement multicouche qui est constitué par un corps d'appui métallique dur, une couche de support métallique plus douce et une couche de glissement métallique déposée par voie gal- vanique, la couche de support et la couche de glissement étant constituées respectivement par des métaux ou alliages métal- liques différents l'un de l'autre, tandis qu'entre la couche de support et la couche de glissement est appliquée une couche d'insertion. D'après DE-C 844 507, on connait un essai prévoyant une couche de cuivre d'une épaisseur maximale de 1,2 p comme couche d'insertion plus douce assurant néanmoins une résistance de liaison suffisante Il s'est toutefois avéré que cette couche de cuivre convient effectivement en premier lieu pour réaliser une liaison suffisante entre une couche de support en matériau antifriction à base d'aluminium et-la couche de glissement proprement dite Dans le cas d'une contrainte ther- mique subie par le palier, en particulier dans des moteurs à combustion, de l'étain migre dans cette couche d'insertion à base de cuivre à partir de la couche de glissement consti- tuée par Pb Sn Cu ou Pb Sn en y formant des phases intermétalliques de cuivre/étain cassantes Ces phases intermétalliques entraî- nent après un temps court sous contrainte dynamique, des sépa- rations de la couche d'insertion à partir du matériau antifric- tion à base d'aluminium et en conséquence également des sépara- tions de la couche de glissement déposée par voie galvanique, si bien que le point d'appui ne peut plus correspondre aux exigences qui lui sont imposées Il s'y ajoute que par suite de la migration de l'étain à partir de la couche de glissement en Pb Sn Cu ou Pb Sn déposée par voie galvanique, la résistance à la corrosion de ladite couche de glissement est fortement amoindrie. D'après le brevet U S N O 2 635 020, il est connu de prévoir dans le cas de paliers lisses comportant un corps d'appui en acier, une couche de support en bronze et une couche de glissement, déposée par voie galvanique, en alliages renfer- mant de l'étain, une couche intermédiaire en Cu Zn (laiton). Il s'est toutefois avéré qu'une telle couche d'insertion n'a seulement pour effet de diminuer la migration de l'étain à partir de la couche de glissement que dans une mesure rela- tivement faible Ceci vaut également pour des couches d'inser- tion en laiton entre des couches de support en métal antifric- tion à base d'aluminium et des couches de glissement renfermant de l'étain déposées par voie galvanique. Le but de l'invention est par contre de permettre de disposer d'une structure de palier lisse multicouche du type décrit ci-dessus au début, avec lequel la couche d'inser- tion appliquée entre la couche de support et la couche de glissement développe des propriétés de liaison nettement aug- mentées aussi bien vis-à-vis de la couche de support que vis- à-vis de la couche de glissement, par comparaison avec des couches d'insertion en cuivre ou en cuivre/zinc tout en assurant une bonne barrière contre la diffusion des constituants métal- liques de ladite couche de support et de ladite couche de glissement 7 les propriétés d'abrasion de la couche d'insertion devant être adaptables aux propriétés d'abrasion de la couche de glissement et de la couche de support pour éviter une atta- que de la pièce antagoniste glissant sur le palier, en présence d'une-couche de glissement partiellement usée par frottement. L'objectif précité ainsi que d'autres, qui appa- raîtront mieux dans ce qui suit, sont atteints par le fait que la couche d'insertion est structurée en mode de couche empê- chant ou inhibant la diffusion de constituants métalliques de la couche de glissement dans la couche de support et inverse- ment, et étant constituée par une liaison de surface durable avec le matériau de la couche de liaison proprement dite asso- ciée à la couche de glissement et une liaison de surface dura- ble avec le matériau de la pré-couche associée à la couche de support. Grâce à cette structure à double strate de la couche d'insertion, non seulement le choix du matériau est rendu possible pour la couche de liaison proprement dite et la pré-couche en vue d'une liaison optimale respective avec 3. la couche de support et la couche de glissement, mais on évite également que par pénétration de constituants métalliques à partir de la couche de glissement et/ou de la couche de support avec diffusion dans la couche d'insertion, les propriétés de liaison ne s'altèrent en cours de service et que les propriétés de glissement et la résistance à la corrosion, en particulier celles de la couche de glissement, ne soient influencées défa-= vorablement également en cours de service. Il s'est avéré d'une manière particulièrement sur- prenante qu'après une usure de la couche de glissement, la couche de liaison et la pré-couche ne peuvent même plus être observées sur la surface du palier dans les zones dénudées, ou qu'elles se transforment en un mince revêtement sur la couche de support Ce phénomène peut être manifestement expli- qué par la caractéristique suivant laquelle la couche de liai- son proprement dite et la pré-couche réagissent chimiquement avec les additifs du lubrifiant. La pré-couche peut être déposée par voie galvani- que sur la surface de la couche de support, tandis que la couche de liaison proprement dite peut être déposée par voie galvanique sur la surface de la pré-couche et que la couche de glissement peut être déposée par voie galvanique sur la surface de la couche de liaison proprement dite. Par exemple, dans le cas d'une couche de support en alliage antifriction présentant au moins des caractéristi- ques d'appui de sécurité, par exemple un alliage d'aluminium, et d'une couche de glissement en alliage à base de plomb ren- fermant de l'étain, la couche de liaison proprement dite est constituée par un alliage composé essentiellement de cuivre et-d'étain et la précouche est constituée par du zinc et/ou de l'étain A cet égard, la couche de liaison proprement dite peut être constituée par un alliage à 30-70 % en poids d'étain, le restant étant principalement du cuivre, -et peut présenter une épaisseur d'environ 0,001 à environ 0,015 mm, de préférence entre environ 0,001 et 0,004 mm Une pré-couche en zinc et/ou étain peut présenter une épaisseurs 0, 0015 mm. Z 54 0949 L'invention s'est avérée particulièrement avanta- geuse d'une manière surprenante en rapport avec des paliers rainurés connus en eux-mêmes Dans de tels paliers rainurés, la couche de glissement est insérée dans la couche de support, en mode de bandes s'étendant essentiellement dans la direction périphérique, par exemple des bandes de forme hélicoïdale. Conformément à l'invention, la couche de glissement insérée en forme de bandes dans la couche de support est alors garnie en dessous, à l'intérieur de ladite couche de support, par une couche de liaison proprement dite, et cette dernière est à son tour garnie en dessous par une pré-couche. De préférence, dans un tel palier rainuré, on s'arrange pour que la couche de liaison proprement dite et la pré-couche s'étendent sur les bords de la couche de glisse- ment insérée en forme de bandes dans la couche de support, jusqu'à la surface d'appui du palier Il s'en suit que l'on obtient un recouvrement également latéral par la couche de glissement en forme de bandes, non seulement de la couche de support, mais également du matériau de la couche de liaison proprement dite et du matériau de la pré-couche dans la sur- face d'appui du palier Il s'est avéré en fait surprenant que le matériau de la couche de liaison proprement dite et aussi éventuellement le matériau de la pré-couche se répartissent alors dans la mise en service du palier à glissement,-sur la surface de la couche de support située dans la face d'appui du palier Il s'en suit qu'en plus des avantages, qui résul- tent de la conformation du palier rainuré; tels qu'une résis- tance de portée élevée, les propriétés de glissement se trou- vent également nettement améliorées. Lorsqu'on veut rendre efficaces les matériaux'de la couche de liaison proprement dite et de la pré-couche dans la surface d'appui du palier, il est favorable de conférer aux bords latéraux de la couche de glissement insérée en forme de bandes dans la couche de support, une inclinaison les fai- sant aller en diminuant-dans le sens 4 e la profondeur de ladite couche de support De ce fait, la couche de liaison proprement ai 4 0949 dite et la pré-couche sont taillées en biseau dans la surface d'appui du palier et fournissent une plus grande réserve de leur matériau à ladite surface d'appui par formation d'une surface d'accès agrandie Il semble a cet égard favorable que l'angle d'inclinaison des bords latéraux de la couche de glissement soit compris, par exemple, entre 450 et 75 O. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront plus clairement à la lecture de la descrip- tion détaillée, qui va suivre, de quelques exemples de réali- sation donnés à titre indicatif, mais nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente une vue en perspective d'une demi-coquille d'un palier à glissement multicouche de l'invention; la figure 2 représente une vue en coupe partielle suivant AB de la figure 1, à échelle fortement agrandie, et la figure 3 représente une vue en coupe partielle correspondant à celle de la figure 2, dans le cas d'un palier rainuré agencé conformément à l'invention. Dans l'exemple des figures 1 et 2, le palier à glissement multicouche présente un corps d'appui métallique 5 en acier, une couche de support 4 métallique plus douce en métal antifriction, à l'aluminium et une couche de glissement 1 en un alliage, tel que par exemple Pb Snl O Cu 2 ou un alliage de plomb-étain Entre la couche de support 4 et la couche de glissement 1 est appliquée une couche d'insertion 2, 3, qui se compose d'une couche de liaison proprement dite et d'une pré-couche 3 La couche de liaison 2 proprement dite est cons- tituée en un alliage à teneur en étain, en pourcentage, supé- rieure à 30 Sa en poids Elle a une épaisseur comprise entre environ 0,001 et environ 0,015 mm La pré-couche 3 est consti - tuée dans l'exemple de la figure 1 en étain et a une épaisseur d'environ 0,001 mm. Pour la réalisation du palier à glissement, on procède tout d'abord au placage du métal antifriction à base d'aluminium en forme de bande sur un feuillard d'acier A partir de découpes effectuées dans ce matériau bimétallique, on forme les coquilles du palier a glissement représentées dans la figure 1 Après le formage, on dépose par voie galva- nique la pré-couche 3 sur la surface de la couche de support 4 en métal antifriction à lealuminium Par-dessus la pré-couche 3, on dépose par voie galvanique la couche de liaison 2 propre- ment dite Enfin, par-dessus ladite couche de liaison 2 propre- ment dite, on dépose par voie galvanique la couche de glisse- ment 1 Au cours d'essais avec ces types de paliers à glissement, il s'est avéré que la couche de liaison 2 en Cu Sn interposée entre le métal antifriction à l'aluminium plaqué sur acier et la couche de glissement 1 constituée en un alliage, par exemple Pb Sn Cu ou Pb Sn, ne présente alors aucun phénomène de séparation ni aucune défaillance lorsque la proportion en pourcentage d'étain de la couche de liaison en Cu Sn est supé- rieure à 30 % en poids La diffusion de l'étain migrant à partir de la couche de glissement 1 appliquée par voie galva- nique est insignifiante On observe, en outre, d'une manière surprenante dans des essais approfondis en présence d'un graissage insuffisant, que même après l'usure de la couche de glissement 1 déposée par voie galvanique et constituée en Pb Sn Cu ou Pb Sn, il ne se produit aucun phénomène d'attaque ou corrosion entre la couche de liaison en Cu Sn et le matériau métallique de l'arbre Au contraire, dans des essais effectués dans les mêmes conditions avec des paliers à glissement à base d'acier/métal antifriction à l'aluminium/couche intermédiaire de nickel/couche de glissement déposée par voie galvanique à base de Pb Sn Cu ou Pb Sn, on observe au cours d'essais en service, des défaillances (grippages) après l'usure de la couche de glissement. Des séries d'essais ont révélé que les avantages remarquables de la couche de liaison 2 proprement dite, mention- nés ci-dessus, ne sont effectivement obtenus que lorsque l'on forme entre la couche de support 4, en particulier une couche de support en métal antifriction à l'aluminium et la couche de liaison 2 proprement dite, une pré-couche 3 en étain ou zinc 7- ayant une épaisseur d'environ-zl 5/4 Dans l'exemple de la figure 3, il s'agit d'un palier à glissement supportant des charges élevées, sous la forme d'un palier rainuré dans lequel la couche de glissement 1 est incorporée en forme de bandes dans la couche de support 4, dans -des zones s'étendant essentiellement dans la direct tion périphérique, par exemple des zones disposées en forme hélicoïdale Comme le montre la figure, la couche de glissement 1 est garnie en dessous, dans la couche de support 4, par la l Ocouche de liaison 2 proprement dite En dessous de la couche de liaison 2 proprement dite, se trouve à l'intérieur de la couche de support 4 la précouche 3 Les bords latéraux de la couche de glissement 1 en forme de bandes, insérée dans la couche de support 4, sont inclinés suivant un angle d'inclinai- sonc matériau de la couche de liaison 2 et le matériau de la pré- couche sont répartis pour le service du palier à glissement sur toute la surface 6 d'appui b dudit palier et forment en coopération avec des additifs contenus dans le lubrifiant un mince revêtement recouvrant toute la surface d'appui 6 du palier et améliorant nettement les propriétés de glissement en particulier dans les zones de surface de la couche de support 4. Comme dans l'exemple des figures 1 et 2, dans ce dernier exemple, le corps d'appui 5 peut être également cons- titué en acier La couche de support 4 peut être constituée en métal antifriction à l'aluminium, tandis que la couche de glissement 1 peut être constituée en alliage antifriction ren- fermant de l'étain, par exemple Pb Sn Cu ou Pb Sn Les matériaux et les épaisseurs de la couche de liaison 2 et de la pré-couche 3 peuvent être prévus de façon sensiblement identique à ceux de l'exemple des figures 1 et 2. Bien entendu, on peut mettre l'invention en oeuvre selon de nombreuses modifications et variantes sans pour autant s'écarter de son cadre et de son esprit. 9 4 $O 949 R E V E N D I C A T I O N S 1 Palier à glissement multicouche constitué par un corps d'appui métallique dur, une couche de support métalli- que plus douce et une couche de glissement métallique déposée par voie galvanique, la couche de support et la couche de glis- sement étant constituées respectivement par des métaux ou allia- ges métalliques différents l'un de l'autre, tandis qu'entre la couche de support et la couche de glissement est appliquée une couche d'insertion, caractérisé en ce que la couche d'in- sertion est structurée en mode de couche empêchant ou inhibant l Ola diffusion de constituants métalliques de la couche de glis- sement dans la couche de support et inversement et étant cons- tituée par une liaison de surface durable avec le matériau de la couche de liaison ( 2) proprement dite associée à la couche de glissement ( 1) et une liaison de surface durable avec le matériau de la pré-couche ( 3) associée à la couche de support ( 4). 2 Palier à glissement multicouche selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que la pré-couche 3 est déposée par voie galvanique sur la surface de la couche de support ( 4), la couche de liaison ( 2) proprement dite est déposée par voie galvanique sur la surface de la pré-couche ( 3), et la couche de glissement ( 1) est déposée par voie galvanique sur la surface de la couche de liaison ( 2) proprement dite. 3 Palier à glissement multicouche selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que dans le cas d'une couche de support ( 4) en alliage antifriction présentant au moins des caractéristiques d'appui de sécurité, par exemple un alliage d'aluminium, et d'une couche de glisse- ment ( 1) en alliage à base de plomb renfermant de l'étain, la couche de liaison proprement dite est constituée par un alliage composé essentiellement de cuivre et d'étain et la pré-couche ( 3) est constituée par du zinc et/ou de l'étain. 4 Palier à glissement multicouche selon la revendication 3 caractérisé en ce que la couche de liaison ( 2) ? 54 0949 proprement dite est constituée par un alliage à 30-70 % en poids d'étain, le restant étant principalement du cuivre, et elle présente une épaisseur d'environ 0,001 à environ 0,015 mm, notamment entre environ 0,001 et 0,004 mm. 5 Palier à glissement multicouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une pré-couche ( 3) en zinc et/ou étain en une épais- seur inférieure à 0,0015 mm. 6 Palier à glissement multicouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couche de glissement ( 1) est insérée en forme de bandes dans la couche de support ( 4) en mode de palier rainuré connu et est garnie en dessous, à l'intérieur de la couche de support ( 4), par la couche de liaison ( 2), celle-ci étant à son tour garnie en dessous par la pré-couche ( 3). 7 Palier à glissement multicouche selon la reven- dication 6, caractérisé en ce que la couche de liaison ( 2) proprement dite et la pré-couche ( 3) s'étendent sur les bords de la couche de glissement ( 1) insérée en forme de bandes dans la couche de support ( 4) jusqu'à la surface d'appui ( 6) du palier. 8 Palier à glissement multicouche selon la reven- dication 7, caractérisé en ce que les bords latéraux de la couche de glissement ( 1) insérée en forme de bandes dans la couche de support ( 4) sont inclinés de façon à aller en dimi- nuant en profondeur dans la couche de support ( 4), notamment suivant un angle d'inclinaison (Q) compris entre 450 et 75 .