Brevet FR2557584A1 — publié le 19850705

P.CSM. 51 REVÉTEMENT POUR MÉTAL EN FEUILLE RÉSISTANT A LA CHALEUR ET POSSÉDANT UNE APTITUDE AU POIN ONNAGE ÉLEVÉE. La présente invention concerne, en général, un nouveau type de revêtement de métal en feuille possédant une aptitude au poinçonnage élevée et, de manière plus particulière, un tel revêtement pour l'acier en feuille (tôle) utilisé pour la fabrication de noyaux destinés à des machines électriques. Pour la fabrication de ces noyaux, on poinçonne ou découpe une fine tôle d'acier pourvue d'un revêtement adéquat suivant le contour ou la forme requis et on em- pile les éléments poinçonnés pour former le noyau feuille- té. Pour toute une série de raisons bien connues des experts en la branche, la tranche du poinçonnage doit présenter un profil très net; toutefois, au fur et à me- sure de l'augmentation du nombre d'opération de poinçon- nage (ou de coups) effectuées par le poinçon, il est pra- tiquement impossible d'éviter la formation de barbes sur les tranches poinçonnées, ainsi queun accroissement pro- gressif de leurs dimensions. La tolérance concernant les dimensions maxima- les de ces barbes est variable en fonction des cahiers de charge établis pour le produit final, mais on peut consi- dérer qu'une limite d'environ 50 micromètres constitue un bon compromis entre la qualité des noyaux produits et la rentabilité des opérations de poinçonnage. Pour augmenter le nombre de coups qui peuvent être effectués par un poinçon avant que l'on ne doive en- lever celui-ci et l'affûter, on peut accroître la dureté du poinçon en utilisant des alliages durs contenant du carbure de tungstène ou du cobalt pour les matrices, au lieu d'acier ordinaire, ou bien on peut agir sur le métal en feuille en le rendant quelque peu plus facile à poin- çonner et, en un mot, en améliorant les propriétés lubrifiantes du revêtement isolant sur la pièce poinçon- née. Cette dernière façon d'aborder le problème a conduit les utilisateurs à remplacer les revêtements inor- ganiques à base de phosphate, qui assuraient une dureté de vie de 50.000 à 70.000 coups aux matrices en acier, par des revêtements complètement organiques qui permet- talent au poinçon d'acier d'effectuer jusqu'à 300.000 opérations. Cependant, ceux-ci présentaient des inconvé- nients tels que leur instabilité à des températures supérieures à 350-400 C, ce qui empêchait l'élimination des contraintes de la pièce poinçonnée ou le soudage des tranches extérieures des noyaux de stators électriques rotatifs. On est passé ensuite aux revêtements inorgani- ques ou mixtes (inorganiques et organiques) à base d'aci- de chromique ou de ses dérivés. Ceux-ci assuraient des avantages très nets en ce qui concerne l'aptitude au poin- çonnage, mais il restait des problèmes importants à résou- dre. De fait, en raison de la pollution -causée par le chrome, il est indispensable d'utiliser des installations coûteuses pour le traitement des résidus du bain de revê- tement et pour protéger l'environnement des lieux de tra- vail. En outre, le pouvoir oxydant élevé de l'acide chro- mique et de ses dérivés compromet la stabilité des bains de revêtement contenant des résines organiques et peut également, à long terme, compromettre celle des revête- ments produits. Toutefois, la bonne aptitude au poinçonnage des revêtements contenant des chromates, en particulier dans le cas des nouveaux types à couche unique, donne une du- rée de poinçonnage de plus d'un million de coups - chiffre qui n'a jamais été atteint par d'autres types de revêtement - et amène les fabricants à accepter les coûts élevés et les difficultés accrues qu'entralne l'emploi de tels revêtements. L'objectif de la présente invention consiste à améliorer cette situation en proposant un nouveau type de revêtement de l'acier en tôle à usage électrique, présen- tant un très bon pouvoir d'isolation électrique et une très bone aptitude au poinçonnage; il est relativement bon marché, résistant à la chaleur et facile à appliquer sur la tôle, tout en étant en même temps stable à long terme, soudable, non polluant et non toxique. Cet objectif est atteint au moyen de ce nouveau type de revêtement inorganique et organique dans lequel la partie inorganique du bain consiste en au moins un com- posé choisi parmi l'acide phosphorique et ses dérivés hy- drosolubles, tandis que la partie organique consiste en une résine synthétique compatible avec les ions d'acide phosphorique. La résine appartient au type qui forme des suspensions ou des émulsions aqueuses stables et peut avantageusement être choisie dans le groupe comprenant les résines acryliques et leurs polymères, copolymères et ionomères, les copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle et les résines époxydes thermodurcissables du type utilisé comme peinture de base des carrosseries d'automo- biles. Selon la présente invention, la composition du bain de revêtement, à siccité, est de préférence située dans les limites suivantes: partie inorganique 60-95 % en poids, partie organique 5-40 % en poids. Ces limites de composition donnent un bon compromis entre l'aptitude au poinçonnage et la soudabilité; de fait, en augmentant la proportion de la partie organique on améliore la première propriété et on réduit la seconde. Néanmoins, les limites de composition qui viennent d'être indiquées ne peuvent pas être considérées comme les seules possibles. En effet, on peut raisonnablement penser par exemple que des domaines spéciaux d'emploi des résines et/ou de nouvelles formules de résines et/ou des conditions particulières du coût des composants et/ou un intérêt limité uniquement à quelques caractéristiques du revêtement, etc. permettent et, même, militent en faveur de la modification des limi- tes de composition qui sont indiquées plus haut à titre de gamme préférée. Le bain servant à l'application du revêtement est du type à base d'eau, la teneur en composants actifs étant comprise de préférence dans la gamme de 5 à 30 % en poids. Toutefois ces limites peuvent, elles aussi, être modifiées, par exemple en fonction du type d'installation de revêtement adopté. Dans une installation o le feuil- lard passe entre des rouleaux compresseurs, la concentra- tion des composants actifs dans le bain peut être d'autant plus grande que la pression exercée par les rouleaux est plus élevée. Il faut se souvenir pourtant que l'épaisseur du revêtement final doit être inférieur à 2 micromètres et être comprise de préférence entre 0,5 et 1 micromètre, étant donné que dans ces limites on peut obtenir un bon facteur d'empilement dans les noyaux tout en assurant que le revêtement présente de très bonnes qualités d'aspect superficiel, d'adhérence, d'aptitude au poinçonnage, d'isolation électrique et de soudabilité. Comme on l'a déjà signalé, la résine choisie doit être compatible avec une solution d'acide phosphori- que ou de ses dérivés hydrosolubles. Cela signifie que lorsque la suspension ou l'émulsion aqueuse de la résine est mélangée avec la partie inorganique du bain de revête- ment, il ne peut y avoir de changement important de ses caractéristiques physiques, aussi bien immédiatement qu'à long terme. Ceci n'est pas un objectif facile à atteindre car beaucoup de résines se séparent ou provoquent la géli- fication du bain tout entier au moment de la constitution du bain de revêtement. Comme autre caractéristique des résines indi- quées ci-avant comme pouvant être utilisées suivant la présente invention, on peut ajouter que les émulsions de résine à base acrylique doivent être du type stabilisé par des agents tensio-actifs non ioniques, tandis que dans le cas des copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle, l'émulsion ne doit pas être stabilisée au moyen d'alcool polyvinylique ou, autrement, elle ne doit pas réagir avec le borax. De leur côté, les résines époxydes doivent être du type des résines neutralisées au moyen d'acide phosphorique. Les résines ci-dessus ont été essayées avec succès. Toutefois, d'autres types, tels que les résines à base de polychlorure de vinyle par exemple, pourraient aussi être utilisés, la seule condition étant que les résines soient stables en présence d'acide phosphorique et de ses dérivés hydrosolubles. De fait, la résine joue un double r8le dans le revêtement: elle agit en qualité de lubrifiant grâce à sa constitution organique et en tant que liant de la partie inorganique afin d'empêcher la désolidarisation de parti- cules inorganiques dans la zone poinçonnée, particules qui pourraient exercer une action abrasive sur la matrice de poinçonnage. Il s'ensuit que le type ou la classe de résines pouvant être mis en oeuvre n'a pas d'influence notoire sur les caractéristiques finales du revêtement. Des essais de revêtement effectués à l'échelle pilote ont donné les résultats indiqués au tableau ci- apres: Bain de Epaisseur Nombre Soudabi- Isolation revêtement du revê-de coups lité x cm H3PO4 10%211 kg 0,9 1,3 106 1 10 - 20 Résine A 8 kg H3PO4 10%211 kg 1 1,8 10 0,76 30 - 1,8 10 0,76 30 - 50 Résine A 16 kg H PO 10%211 kg 0,6 1,1 106 1 10 - 20 Râsine B 8 kg Al(H2PO4)3 10% 203 kg 0,8 8 105 1 10 - 15 Résine B 6 kg H3P04 10%211 kg 0, 6 1,3 10 0,9 15 - 30 Résine C 11 kg 3 5 Al(XH2P04)3 10%5 203 kg 0,8 9 105 1 10 - 15 Résine C 6 kg| Légende du tableau: - H3P0O4 10 %: désigne une solution aqueuse contenant 10 % en poids de H3P04 -Al(H2P0O4)3 10 %: désigne une solution aqueuse contenant 10 % en poids d'Al(H2P04)3 -Résine A désigne une résine polyacrylique du type au méthaerylate de méthyle en une émulsion aqueuse contenant % en poids de résine (Marque de fabrique: CRILAT 2454, Montedison) - Résine B désigne une résine éthylène-acétate de vinyle en une émulsion aqueuse contenant 55 % en poids de résine (Marque de fabrique: AIRFLEX 410, Air Products and Chemi- cal Inc.) - Résine C: désigne une résine époxyde thermodurcissable non pigmentée pour cataphorèse, neutralisée au moyen de H3P04, en une émulsion aqueuse contenant 50 % en poids de résine (Marque de fabrique: Type 779205 IVI) -Nombre de coups: nombre de coups possible, avec un poinçon en acier de 2 x 1 cm à profil rectangulaire, avant qu'il ne se forme une barbe de plus de 50 im de haut sur la tôle poinçonnée - Soudabilité: rapport entre la vitesse de soudage d'un empilage de pièces poinçonnées revêtues comme indiqué dans la présente invention et celle d'un empilage identi- que de pièces poinçonnées qui ont été simplement phospha- tées; le soudage est effectué à la vitesse maximum pro- duisant une baguette exempte de soufflures - Isolation: valeur de l'isolation mesurée suivant le Test Franklin d'ASTM. Les revêtements décrits ci-dessus ont été obtenus en trempant la tôle (acier ou Si non orienté contenant 0,5 - 3,1 % en poids de Si) dans le bain de revêtement à la température ambiante, puis en étuvant à l'air à 260 C pendant 15 secondes. Ils résistent également à l'élimina- tion des contraintes dans les pièces poinçonnées, à 830 C, en atmosphère neutre. Le revêtement suivant l'invention peut être appliqué sur n'importe quel acier, de préférence de l'acier pour poinçonnage. Il consiste en un mélange 2557584' complexe, non encore déterminé, de phosphates (de fer et d'autres éléments tels que Al, Ca, Mg, etc. provenant de sels hydrosolubles d'acide phosphorique) et de résines compatibles avec les ions d'acide phosphorique. 3o REVENDICATIONS 1. Revêtement pour métal en feuille, particuliè- rement de la t8le d'acier, possédant une aptitude au poin- çonnage élevée caractérisé en ce qu'il est formé d'un mé- lange complexe de phosphates et de résines compatibles avec les ions de phosphate acide. 2. Bain de revêtement pour la fabrication de revêtements possédant une aptitude au poinçonnage élevée tels que désignés à la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est formé d'un mélange de solutions aqueuses d'au moins un composé inorganique choisi parmi l'acide phospho- rique et ses dérivés hydrosolubles et de résines synthéti- ques compatibles avec les ions de phosphate acide. 3. Bain de revêtement suivant la revendication 2 caractérisé en ce que sa teneur en composants actifs se situe dans la gamme comprise entre 10 et 30 % en poids, le restant étant de l'eau. 4. Bain de revêtement suivant la revendication 3 caractérisé en ce que lesdits composants actifs compren- nent entre 60 et 95 % en poids de partie inorganique et entre 5 et 40 % en poids de partie organique. 5. Bain de revêtement suivant la revendication 4 caractérisé en ce que ladite partie organique consiste en résines à base de composé acrylique. 6. Bain de revêtement suivant la revendication caractérisé en ce que lesdites résines à base de compo- sé acrylique sont à l'état d'émulsion aqueuse stabilisée par des agents tensio-actifs non ioniques. 7. Bain de revêtement suivant la revendication 4 caractérisé en ce que ladite partie organique consiste en résines de copolymére d'éthylène et d'acétate de vinyle. 8. Bain de revêtement suivant la revendication 7 caractérisé en ce que lesdites résines de copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle sont à l'état d'une émulsion aqueuse qui ne réagit pas avec le borax. 9. Bain de revêtement suivant la revendication 4 caractérisé en ce que ladite partie organique consiste en résines époxydes thermodurecssable. 10. Bain de revêtement suivant la revendication 9 caractérisé en ce que lesdites résines époxydes thermo- durcissables sont à l'état d'émulsion aqueuse et sont du type des résines neutralisées au moyen d'acide phosphori- que.