Brevet FR2552182A1 — publié le 19850322

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un organe de frein pour les freins à friction, dans lequel la surface de freinage ou surface d'usure, comprend un revêtement appliqué à un élément à base d'aluminium, qui 5 porte la surface de freinage ou surface d'usure, et contre laquelle une garniture de frein peut être amenée à porter. La présente invention s'applique en particulier aux surfaces de freinage des freins à disque et à tambour. La présente invention est décrite-ci-après en réfé10 rence aux freins a disque d'automobile, bien qu'elle concerne d'une manière générale un procédé de production d'un organe de frein perfectionné ayant une surface de freinage par friction contre laquelle une garniture de frein est amenée à porter De nos jours, les freins à disque sont normalement 15 fabriqués en fonte, en fer nodulaire ou en acier Ceci conduit premièrement à un frein d'une masse relativement importante qui tourne sans être suspendue, deuxièmement à un frein qui tend à se ronger plutôt facilement et gravement, et à un frein de relativement faible résistance à l'usure, qui ré20 duit la durée de service du frein, et accroit l'usure de la garniture de frein En outre, ces alliages ferreux sont d'une conductivité thermique relativement basse, qui conduit à des différences de température et à des difficultés pour réaliser un refroidissement efficace Quand les freins à disque 25 d'une automobile sont serrés brutalement et fréquemment, la température du frein peut s'élever jusqu'à 700 C, et même au-delà dans la surface de friction ou d'usure, ce qui peut conduire à de graves difficultés pour maintenir le rendement des freins, et pour les refroidir efficacement On a longuement réfléchi à la solution de ces problèmes Par exemple, on a décrit à cette fin, dans la demande de brevet suédois 7809374-7, une surface de frein qui comprend une couche d'un produit métallocéramique appliqué thermiquement sur un organe en métal à base d'aluminium La par35 tie céramique de la couche métallo-céramique comprend des oxy- des de métaux tels que par exemple, l'aluminium, le titane, le zirconium et le chrome Cependant, des problèmes sont rencontrés pour lier efficacement la couche métallocéramique à l'organe à base -d'aluminium En outre, aucun disque de frein de ce genre ne peut encore être trouvé sur le marché Dans le texte d'un brevet allemand ancien N 825 032, est proposé un frein en métal léger, ou un disque d'embrayage qui peut être pourvu d'une couche extérieure en acier. Cette forme de frein ne peut également, être trouvée sur le 10 marché Dans un brevet d'addition N 843 634, au brevet allemand précité, il est mentionné que cette couche extérieure peut comprendre de l'acier au chrome, de l'acier au vanadium, de l'acier au manganèse, ou des matériaux analogues. Conformément à la présente invention, il est fourni 15 un procédé de fabrication d'organes de frein du genre de ceux qui font partie d'un système de freinage, dans lequel les garnitures de frein sont pressées contre un organe de frein fabriqué dans un alliage à base d'aluminium, et pourvu d'un organe résistant à l'usure, dans lequel un bain du20 dit alliage à base d'aluminium peut se solidifier sous pression dans un moule à compression de métal fondu, et dans lequel ledit organe de frein est pourvu d'une surface résistant à l'usure comprenant un alliage chrome-carbone-fer, contenant 10 à 30 % en poids, de préférence 15 à 20 % en 25 poids de chrome, et 2 à 4 % de carbone. Dans le cas d'organes de frein à disque, les garnitures de freins classiques sont serrées contre la surface résistant à l'usure située sur l'organe de frein en aluminium L'énergie qui est ainsi convertie en énergie thermi30 que, est transmise à travers l'aluminium, vers des zones plus froides Parce que l'aluminium a une bonne conductivité thermique, la chaleur est transféree rapidement en tous points de l'organe de frein à base d'aluminium Dans le cas d'un frein à disque, ou bien cette chaleur peut être chassée 35 par de l'air de refroidissement, ou bien le frein est pour- vu de canaux à travers lesquels un liquide de refroidissement peut être passé Le disque peut aussi former partie intégrante de la roue à laquelle il est destiné Par exemple, la totalité de la jante peut être coulée d'une seule pièce et servir de moyen de refroidissement On comprendra que la roue peut aussi être pourvue d'ailettes de refroidissement ou d'éléments analogues, pour un refroidissement optimal du disque de frein. L'alliage d'aluminium convenablement utilisé a une 10 fourchette de températures de fusion élevée, et la présence d'éléments d'alliage ne rend pas la conductivité thermique de l'alliage d'aluminium, plus faible que celle de l'aluminium pur La caractéristique de bonne conductivité thermique peut être alliée à celle d'une grande stabilité de température Le choix approprié d'un alliage convenable possédant ces propriétés relève bien des connaissances de l'homme de métier Les alliages convenables sont les alliages AA 2618, AA 2014 et AA 5056, et peuvent être dotés de la combinaison de propriétés désirée en les soumettant aux procédés 20 de formage par compression ou de moulage par compression. La surface ou la couche résistant à l'usure est appliquée sur l'organe de frein au moyen d'un procédé convenable Un procédé préféré est le procédé de pulvérisation de plasma, qui permet au métal formant la couche d'être di25 rectement pulvérisé sur le métal de base, de façon à obtenir une bonne liaison entre le métal de base et le métal formant la surface La taille des particules de l'alliage pulvérulent employé dans la pulvérisation de plasma affecte aussi la solidité de la liaison entre les métaux précités. 30 Une taille de particule de 20 à 200 microns a été trouvée convenable dans cette filière, et donne une liaison extrêmement forte, sans nécessiter l'emploi d'une couche particulière de liaison entre le métal de base et la surface d'usure. Bien que d'autres procédés puissent être utilisés pour l'ap35 plication d'une couche d'alliage métallique sur le métal de base, il est souvent nécessaire, lors de la mise en oeuvre de tels procédés, d'utiliser une couche d'agent liant entre l'alliage de métal et le métal de base, afin d'obtenir une liaison suffisamment forte La surface d'usure peut aussi 5 être formée par application de l'alliage de métal sur le métal de base, sous une forme finement fractionnée Dans ce procédé, des gouttelettes discrètes d'alliage en fusion sont appliquées à l'organe de frein à base d'aluminium formé par compression, pour constituer dessus une couche, et la couche 10 est ensuite épaissie à l'aide des techniques de projection de billes Dans un autre procédé préféré, le moule par compression de métal en fusion, ou moule à compression, est pourvu sur ses surfaces internes d'une couche d'alliage chrome-carbone-fer résistant à l'usure d'une épaisseur de 0,3 à 15 1 mm, et l'opération de moulage à compression est effectuée en présence de ces couches, de manière à ce que ces couches se retrouvent sur l'organe obtenu par compression Ce procédé évite le recours à un traitement supplémentaire de l'organe fabriqué Une liaison extrêmement bonne entre la couche 20 résistant à l'usure et l'organe à base d'aluminium, peut aussi être obtenue, comme résultat de l'opération de moulage par compression Cette liaison peut encore être renforcée en striant ou en rendant rugueuse la couche d'alliage chromecarbone-fer résistant à l'usure, ou en munissant ladite cou25 che d'autres moyens d'adhérence superficielle entre le métal de base et le métal résistant à l'usure Le choix du procédé approprié pour appliquer la couche précitée, et le recours possible à une couche de liaison relève bien des connaissances de l'homme de métier Un autre procédé encore, est ce30 lui dans lequel la couche ou surface d'usure est coulée in situ avec l'organe de frein à base d'aluminium. Quand on emploie la méthode par pulvérisation de plasma, on utilise une pulvérisation sèche d'une composition telle, que la couche résistant à l'usure résultante contien35 ne 10 à 30 % de chrome et 2 à 4 % de carbone, le reste com- prenant du fer et des impuretés fortuites Ainsi, il est nécessaire de tenir compte du fait qu'une certaine quantité de carbone et de chrome, sera réduite en cendres pendant l'opération de pulvérisation du plasma Le chrome dissous 5 dans le fer est avantageux puisque cela accroit la résistance à l'usure de l'organe de frein L'importance de cette résistance à l'usure dépend de la formation de carbures de chrome, et par conséquent le taux de chrome par rapport au carbone est significatif En conséquence, l'alliage utilisé 10 a une teneur en carbone plus élevée que celle d'un acier au chrome classique. La couche résistant à l'usure peut avoir une épaisseur de 0,3 à 1,0 mm, de préférence de 0,3 à 0,5 mm, afin qu'un résultat satisfaisant puisse être obtenu La limite supérieure de cette fourchette n'est pas critique, et indique simplement un optimum eu égard aux coûts plus élevés encourus par des épaisseurs de couche plus importantes La limite inférieure représente une épaisseur qui permet d'utiliser l'élément de frein tout au long d'un laps de temps considérable sans diminution de sa résistance à l'usure, et qui permet l'utilisation commerciale des automobiles, pendant toute une durée de vie comparable à celle des disques de freins classiques. Il importe aussi que la couche ou'la surface appli25 quée à l'organe de frein ne soit pas excessivement poreuse, puisqu'une couche poreuse a une conductivité thermique plus basse, est plus vraisemblablement à même de se corroder, et est moins résistante à l'usure. R E V E N D I CATIONS 1 Procédé pour fabriquer un organe de frein du genre formant partie d'un système de freinage dans lequel une garniture de frein est serrée contre une surface ré5 sistant à l'usure, située sur ledit organe de frein, caractérisé en ce qu'on solidifie un bain à base d'aluminium sous pression, dans un moule à compression d'un métal fondu, pour former ledit organe de frein, et on munit ledit organe de frein ainsi formé, d'une surface résistant à l'usure, comprenant un alliage chrome-carbone-fer, contenant 10 à 30 %, de préférence 15 à 20 % en poids de chrome et 2 à 4 % en poids de carbone. 2 Procéde conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la surface résistant à l'usure est appliquée 15 sur ledit élément de frein par une opération de pulvérisation de plasma. 3 Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la surface résistant à l'usure est appliquée audie organe de frein en fractionnant finement le métal à base d'aluminium en fusion, et en appliquant ledit métal finement fractionné sur ledit organe sous forme de gouttelettes pour y former une surface, et dans lequel la surface résistant à l'usure est liée à l'organe de frein par projection de billes. 4 Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la surface résistant à l'usure est appliquée à l'organe de frein en plaçant des feuilles d'alliage de chrome-carbone-fer dans un moule par compression de métal en fusion de chaque côté du bain en cours de solidification. 30 5 Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la surface résistant à l'usure est formée à une épaisseur de 0,3 à 1,0 mm 6 Organe de frein fabriqué conformément à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend 35 un matériau de base obtenu par compression d'un métal fondu, et une surface résistant à l'usure qui lui est fixée par adhérence, ladite surface ayant une épaisseur de 0,3 à l,Omm et comprenant un alliage de 10 à 30 % en poids, de préféren5 ce 15 à 20 % en poids de chrome, et 2 à 4 % en poids de carbone.