Brevet FR2552832A1 — publié le 19850405

L'invention concerne un palier lisse qui présente un corps de soutien et une couche de métal antifriction engendrée galvaniquement, formée d'un alliage dont les constituants principaux sont le plomb et l'étain En outre, l'invention concerne un procédé de fabrication de tels paliers lisses. L'évolution des paliers lisses et des matériaux pour paliers lisses est influencée de façon déterminante par les exigences croissantes des constructeurs de moteurs 10 à combustion interne en ce qui concerne la charge des paliers, la vitesse de glissement et les températures de service. La multiplicité des conditions que doit remplir un palier lisse ne peut pas être remplie par un seul maté15 riau, de sorte que les paliers lisses actuels soumis à de grands efforts sont fabriqués en partant de matériaux composites à deux ou plusieurs couches. Au cours des dernières années, à côté des procédés de coulée, de frittage et de placage par laminage, on a eu recours dans une mesure croissante aux procédés galvaniques pour la fabrication de couches antifriction Les raisons en sont les suivantes: la possibilité de réaliser des couches d'alliage minces et uniformes avec une excellente qualité de la surface; la moindre dépense d'énergie en comparaison des procédés classiques de coulée; la possibilité de fabriquer même des alliages qui ne peuvent que difficilement ou pas du tout être fabriqués par métallurgie de fusion, à cause de températures de fusion 30 très éloignées des constituants d'alliage; la possibilité d'appliquer des couches de dimension précise sans retouche par usinage. Ainsi, les paliers à plusieurs couches utilisés actuellement sont formés d'une coquille de soutien en acier, 35 d'un bronze au plomb appliqué dessus par placage par coulée, d'un barrage d'arrêt de diffusion déposé galvaniquement sur celui-ci et formé de nickel, et de couches de glissement formées de Pb Sn, de Pb In ou de Pb Sn Cu On utilise aussi dans une mesure croissante des paliers lisses constitués par une couche de soutien formée d'acier, une couche de liaison formée d'alliage d'aluminium ou de Ni, Cu, Cu Zn ou Cu Sn et une couche de glissement appliquée galvaniquement, formée de Pb Sn, Pb In ou Pb Sn Cu. Par le brevet DE 844 664, on connaît des couches de glissement de la composition suivante: 1 Sn 6,0 à 12 % Cu ou Sb ou As 0,5 à 6 % Pb Reste 2 Sn 10 % Cu 3 % Pb Reste 3 Sn 10 % Sb 3 % Pb Reste 4 Sn 10 % As 3 % Pb Reste Ces couches de glissement sont appliquées galvaniquement Toutefois, leur défaut est que leur résistance à la corrosion et leur résistance à la fatigue sont relativement 25 faibles En outre, l'adhérence d'une couche de glissement de cette composition au métal de base est défectueuse, de sorte que, dans le brevet DE 844 664, on recommande une couche intermédiaire d'argent pour améliorer l'adhérence. Dans Plating, septembre 1955, pages 1133 à 1136, 30 Puttmann et Roser parlent de couches galvaniques Pb Sn Sb contenant 11 % de Sn et 7 % de Sb, que l'on dépose sur des couches intermédiaires d'argent Toutefois, il est apparu ici, en particulier, qu'au moyen des additifs organiques utilisés, l'hydroquinone et la peptone, on ne peut pas 35 obtenir les faibles profondeurs de rugosité exigée-s aujourd'hui, pour les paliers lisses soumis à de grandes charges Selon C F Smart, dans Amer Inst Met Eng Techn. Publ n 900 ( 1937), pages 1 à 13, "Indium treated bearing metals", des couches galvaniques d'indium seraient avanta- geuses aussi dans les paliers en bronze au plomb, spécialement lorsqu'on utilise des huiles lubrifiantes corrosives. Des couches de glissement en plomb-indium sont actuellement utilisées et un inconvénient réside entre autres dans le fait qu'il faut déposer successivement le plomb et l'indium, ce qui nécessite ensuite un processus de diffusion comme traitement final. Vu l'utilisation croissante d'huiles lubrifiantes contenant du soufre dans le fonctionnement des moteurs diesel, des dommages aux paliers par corrosion sont apparus récemment dans une mesure croissante, à cause de l'acide sulfurique qui se forme au cours du fonctionnement Il en résulte l'exigence d'une plus grande résistance à la corrosion de la couche de glissement Toutefois, outre une bonne 15 résistance à la corrosion, on pose encore, en ce qui concerne les couches de glissement, d'autres exigences notables, telles que: 1 L'aptitude à l'enrobage On entend par là la propriété d'enrober des 20 particules étrangères dures, formées, par exemple, par usure en d'autres endroits, de façon telle qu'elles ne modifient pas l'interstice de lubrification et qu'elles ne forment pas de stries à la surface de glissement, interrompant ainsi la constitution uniforme de la pellicule d'huile. 25 2 Résistance à la chaleur/résistance à l'usure à chaud La résistance de la couche de glissement ne doit diminuer autant que possible que de façon minime aux températures de service, parfois considérables et la résistance à l'usure doit être suffisante. 30 3 Adaptabilité Malgré la grande résistance exigée, la couche de glissement doit avoir la propriété de s'adapter à l'arbre à la phase de rodage. 4 Résistance au grippage Il doit être assuré qu'il n'existe aucune tendance à la formation de points d'adhérence ni au grippage avec le matériau adjacent. Solidité de liaison Entre la matière support et la couche de glisse- ment appliquée galvaniquement, il faut qu'il existe une bonne liaison. 6 Résistance à la fatigue Sous une grande charge dynamique, il faut que la couche de glissement présente une résistance suffisante à la fatigue. Le but de l'invention est de fournir une couche de glissement applicable galvaniquement qui, tout en présentant une grande résistance à la corrosion, tienne compte 10 aussi des autres conditions essentielles indiquées plus haut et se distingue par une résistance à la fatigue particulièrement grande. Ce problème est résolu selon l'invention par le fait que le palier lisse présente comme couche de glissement 15 une couche de métal antifriction formée galvaniquement, constituée par un alliage exempt de cuivre comprenant 16 à % en poids d'étain, 8 à 11 % en poids d'antimoine, le reste étant du plomb. Des recherches en série sur la résistance à la corrosion, dans lesquelles on a plongé des éprouvettes portant des couches de glissement réalisées galvaniquement dans de l'acide sulfurique à 10 % en volume, à une température de 100 C, ont montré que de tels alliages Pb Sn Sb présentent la meilleure résistance à la corrosion, en comparaison des 25 alliages à base Pb Sn Cu, Pb Sn, Pb In En outre, la couche de glissement selon l'invention se distingue par une excellente résistance à la fatigue, nettement accrue relativement à celle des couches de glissement classiques à base Pb Snl O Cu 2. Il est vrai que par le brevet DE 27 22 144, il est connu d'augmenter la résistance à la fatigue de couches de glissement galvanique de ce genre, à base plomb-étain et contenant du cuivre, en augmentant la teneur en cuivre et la teneur en étain IL est vrai qu'ainsi la résistance à la fatigue est accrue, mais la résistance à la corrosion n'est pas améliorée, du moins pas notablement En outre, lors de la réalisation galvanique de couches de glissement de ce genre à teneur en cuivre accrue, il se constitue malheureusement un plus grand précipité de cuivre sur le dos en acier Ce précipité de cuivre adhère mal au dos en acier et par suite, il peut se produire localement une accumulation au siège du palier et obligatoirement un point de compression dans la surface de glissement, ce qui peut conduire très vite à la détérioration du palier Dans le palier lisse selon l'inven5 tion, dont la couche de glissement est exempte de cuivre, il ne peut naturellement pas se produire un dépôt indésirable de cuivre. Il est connu aussi que des alliages de coulée à base Pb Sn Sb appelés aussi métaux blancs présentent une 10 résistance suffisante à la fatigue Toutefois, la coulée de la couche de glissement formée de tels alliages est désavantageuse et nécessite une retouche du palier lisse par usinage. Par contre, il est surprenant que l'on puisse réaliser galvaniquement des couches de glissement formées 15 d'alliages PB Sn Sb de la composition indiquée plus haut et que des couches de glissement de cette nature, réalisées galvaniquement, présentent effectivement une grande résistance à la corrosion et une résistance suffisante à la fatigue. Les expériences d'Underwood avec des couches de glissement 20 galvaniques à base Pb Sn Sb ont donné des résultats qui sont récapitulés au Tableau 1 ci-après On a défini une résistance suffisante à la fatigue dynamique par le fait qu'au bout de 6 x 107 cycles de charge, on ne constatait aucune fatigue de la couche de glissement galvanique On a pris comme mesure de la résistance à la fatigue l'effort de compression établi pendant ces cycles de charge. Tableau 1 Nature des couches Composition (% en Résistance à la de glissement poids) fatigue (N/mm) de glissement_ 35 Pb Sn Sb Cu Pb Sn Sb connu Reste 10 2,5 52 Reste 10 4,5 52 Reste 10 10 52 Pb Sn Sb selon Reste 16 8 57 l'invention Reste 16 10 60 à Reste 35 10 70 à Pb Sn Cu classique Reste 10 1 à 2 50 6 2552832 Comme le montre ce tableau, dans les paliers lisses selon l'invention, la résistance à la fatigue dynamique est accrue d'environ 40 % relativement à des paliers lisses à couche de glissement connue Pb Sn Sb et 5 relativement aux paliers lisses classiques à couche de glissement Pb Snl O Cu 2. Dans un mode d'exécution préférentiel de l'invention, la couche de glissement est formée d'un alliage contenant 35 à 40 % en poids d'étain et 10 % en 10 poids d'antimoine, le reste étant formé de plomb Comme le montre le graphique de la figure 1, avec une telle composition de la couche de glissement, à teneur accrue en étain, on peut constater un accroissement étonnamment prononcé de la résistance à la fatigue dynamique de la 15 couche de glissement. En outre, ce graphique montre qu'avec les teneurs classiques en étain de 10 % en poids, la résistance à la fatigue dynamique des couches de glissement Pb Sn Sb est pratiquement indépendante de la teneur en antimoine. 20 Avec une teneur en étain de 16 à 20 % en poids, on peut constater une augmentation de la résistance à la fatigue dynamique des couches de glissement Pb Sn Sb à mesure que la teneur en antimoine augmente tandis qu'avec une teneur en étain de 35 à 40 % en poids, on a observé une augmenta25 tion notable de la résistance à la fatigue dynamique de couches de glissement Pb Sn Sb. La figure 2 montre la constitution en couches en une coupe partielle d'un palier à trois matériaux selon l'invention Il est prévu ici un corps métallique 30 de soutien 1, de préférence en acier Sur ce corps de soutien 1 est appliquée une couche intermédiaire métallique 2 ayant des propriétés de fonctionnement avec graissage insuffisant, par exemple formée de bronze au plomb ou à l'étain Cette couche intermédiaire 2 est à nouveau recouverte d'une couche d'arrêt de diffusion 3, formée de nickel ou d'alliage nickel-étain contenant, par exemple, % d'étain et 35 % de nickel Cette couche d'arrêt de diffusion 3 est appliquée galvaniquement et a, par exemple, une épaisseur de 0,001 à 0,006 mm Sur cette couche d'arrêt 7 2552832 de diffusion 3 est appliquée la couche de glissement 4, formée d'alliage Pb Sn 40 Sbl O, en une épaisseur de 0,01 à 0,1 mm. La couche intermédiaire 2 peut aussi être formée d'alliage d'aluminium ayant des propriétés de fonctionnement avec graissage insuffisant ou d'un alliage de suspension aluminium-étain ou aluminium-plomb Sur cette couche intermédiaire 2 est alors appliquée une couche de liaison 3 formée de nickel ou de cuivre ou d'alliage 10 cuivre-zinc ou d'alliage cuivre-étain Cette couche de liaison porte à nouveau la couche de glissement formée d'alliage Pb Sn Sb, par exemple Pb Sn 20 Sbl O ou Pb Sn 405 bl O. Dans le procédé selon l'invention, on engendre la couche de glissement 4 par électrolyse cathodique dans 15 un bain aqueux à la température ambiante Dans ce bain sont dissous les constituants d'alliage désirés, sous forme de fluoroborates, à des concentrations correspondant à la composition centésimale désirée de l'alliage Pb Sn Sb. 8 2552832 -REVENDICATIONS-R E V E N D I C A T I O N S1 Palier lisse présentant un corps de soutien et une couche de métal antifriction engendrée galvaniquement, formée d'un alliage dont les constituants principaux sont le plomb et l'étain, caractérisé en ce que la couche de métal antifriction, en tant que couche de glissement ( 4), est formée d'un alliage exempt de cuivre, contenant 16 à 40 % en poids d'étain, 8 à 11 % en poids d'antimoine, le reste étant formé de plomb. 2 Palier lisse selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de glissement ( 4) est formée d'un alliage contenant 35 à 40 % d'étain et 10 % d'antimoine, le reste étant formé de plomb. 3 Palier lisse selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la couche de glissement ( 4) présente une épaisseur d'environ 0,010 à 0,1 mm, de préférence de 0,020 à 0,050 mm. 4 Procédé de fabrication de paliers lisses selon l'une quelconque des revendications 1 et 3, caracté20 risé en ce que l'on engendre la couche de glissement formée d'alliage exempt de cuivre contenant 16 à 40 % en poids d'étain, 8 à 11 % en poids d'antimoine, le reste étant du plomb, par électrolyse cathodique dans un bain aqueux à la température ambiante, le bain contenant à l'état dissous 25 les constituants d'alliage désirés, sous forme de fluoroborates, aux concentrations correspondant aux proportions désirées dans l'alliage.