Brevet FR2603661A1 — publié le 19880311

PROCEDE DE RENFORCEMENT DE LA SURFACE D' UN PISTON DE MOTEUR A EXPLOSION ET PISTON AINSI OBTENU. La présente inevntion se rapporte à un procédé de traitement de la surface d' un piston de moteur à explosion afin d' augmenter sa tenue au regard des effets destructifs dOs au cliquetis. Sur les moteurs à essence actuels, le phénomène de cliquetis est le paramètre déterminant concernant les réglages et les performances. La dégradation des pistons dûe au cliquetis se traduit par une érosion, essentiellement au niveau de l'angle entre la tête et le premier cordon, c'est-àaire sur la partie verticale du piston comprise entre la tête et le premier segment ; parfois même, cette érosion se produit dans la première gorge de segment, en Particulier sur les moteurs suralimentés. Ce phénomène conduit parfois à la destruction du moteur. Lut obit de la présente invention est de pallier 1' inconvénient ci-dessus, en traitant la surface du piston par tout procédé tendant à effacer ses irrégularités plus particulièrement au moyen d' un dépôt Complémentaire, de préférence à base de nickel et de phosphore, déposé chimiquement. L'invention sera décrite au regard des figures 1 à 3 ci-lointes, qui se rapportent respectivement - les figures 1 A-B-C, à une vue en coupe d' un ensemble piston-cflindre-culasse, montrant trois points d' attaque habituels d' un piston classique par le phénomène de cliquetis - la figure 2, à une vue en coupe d' un piston traité selon l'invention - la figure 3, à une vue en coupe d' une variante de l'invention. En référence aux figures 1 A-B-C, on voit trois exemples de corrosion de la surface d'un piston 1, coulissant dans un cylindre 2, fermé par une culasse 3 pourvue d' une bougie 4. On notera que l' amorçage de la corrosion 5 se situe à proximité de la bougie 4 ou/et du loint de culasse, soit à 1' angle de la tête du piston et de sa paroi verticale (figure 1A), soit sur cette dernière (figure lB), soit dans la gorge du premier segment (figure 1C). On a également constaté que lesdits amorçages de corrosion se créeaient tout particulièrement au niveau des différents marquages de repères disposés sur les pistons et que des améliorations étaient obtenues par polissage de ces zônes sensibles, retardant de ce fait les effets destrictifs du phénomène de cliquetis. Dans ce but, on a testé le renforcement des zônes exposées du piston par divers revêtements de surface, de dûreté supérieure à celle de I' alliage d' aluminium constituant la base dudit piston et tendant à améliorer son état de surface. De très bons résultats ont été obtenus à partir d' un revêtement 20 de nickel par voie chimique, déposé à la surface 21 de la tête du piston 1 en aluminium ainsi que sur sa partie verticale 22 ou premier cordon, s' étendant lusqu' à 1' emplacerrient 23 du premier segment. Le dépôt selon le procédé ci-dessus s' impose, de préférence à un dépôt du même métal par voir électrolytique, ce dernier entraînant des effets de bord nuisibles à la géométrie et au profil très précis du piston ainsi que des variations d' épaisseur du métal déposé. Un bon revêtement de nickel chimique à la surface du piston en aluminium implique les qualités d' adhérence et d'homogénéité, qui découlent du traitement effectué pour la mise en application de l'invention. Une des conditions nécessaires réside dans le fait que la couche d' aluminium sous-jacente à revêtir soit exempte de toute souillure, telle qu' huile, graisses, oxydes. Ceci nécessite la formation d' une couche intermédiaire à la surface de I' aluminium, cette dernière ayant une tendance spontanée à générer une fine pellicule d' alumine en cours de traitement. Ceci sera obtenu par une étape d'immersion du piston dans un bain de zincate alcalin, connu en soi, qui a la particularité de dissoudre ladite couche d' alumine et de déposer simultanément à sa surface une fine couche protectrice de zinc ; cette réaction, dite "par déplacement", s' arrête dès que 1' aluminium est entièrement recouvert. A titre d' exemple, une gamme opératoire permettant le nickelage du piston, comporte les étapes suivantes - une immersion de la pièce à traiter dans un bain de dégraissage alcalin, - une immersion de décapage à base d'acide nitrique dilué, dissolvant les oxydes d' aluminium, - une immersion dans ledit bain de zincate alcalin, - enfin, une immersion dans un bain de nickel chimique acide, connu en soi, au cours de laqueile la pellicule de zinc est dissoute et immédiatement remplacée, "in situ", par du nickel. Entre chacune des opérations précédentes la pièce est abondamment rincée avec de l'eau déminéralisée. Le dépôt de nickel chimique ci-dessus s' opère sous 1' action d'un agent réducteur constitué par de 1' hypophosphite de sodium qui fournit les électrons. Au cours de 1' opération, le réducteur se décompose à la surface de la pièce traitée en fournissant du phosphoré, si bien que finalement le dépôt obtenu est un alliage de nickel et de phosphore. Le pourcentage de phosphore varie avec les paramètres tels que le pH du bain, la concentration en hypophosphite de sodium, la teneur en produits de dégradation, etc... La dureté du revêtement est fonction de 1' alliage obtenu et sera de préférence de 1' ordre de 600 Vickers. L' épaisseur dudit revêtement de nickel est bien uniforme et comprise dans la fourchette de 3 à 20 microns, mais sera préférentiellement de I'ordre de 5 microns. Ce revêtement, bien que ne faisant naturellement pas disparaître le phénomène de cliquetis, atténue très sensiblement ses conséquences et multiplie la durée de vie des pistons traités. On a pu constater par ailleurs que si, pour des commodités de conduite du procédé, le piston se trouve revêtu de nickel sur toute sa surface, aucun effet secondaire nuisible tel que grippage, usure, rainures, etc... n' a été remarqué. Ce qui a été dit précédemment plus particulièrement au sulet des pistons de moteurs à essence, est également valable pour les pistons de moteurs diesel, à la surface de la tête desquels le cliquetis peut faire apparaître les fissurations. Des essais de dégradation au cliquetis comparatifs respectivement d' un piston de série et d' un piston revêtu de 5 microns de nickel chimique ont montré l'intérêt pratique de la présente invention sur la longévité de 1' élément traité. Dans les conditions expérimentale suivantes, on considère l'usure du premier cordon d' un piston, soumis pendant 50 minutes au phénomène de cliquetis, exprimée par un indice de dégradation tel que I = 0 pour 1' état neuf de 1' élement, I = 100 pour sa destruction complète. Dans les conditions ci-dessus on relève : I1 = 5, pour 1' état d' un piston traité selon l'invention au niveau du premier cordon, I2 = 55, pour 1' état d'un piston de série. Dans le cas de la variante illustrée à la figure 3, on dépose dans les mêmes zônes d'un piston de série qu'exposées précédemment, un revêtement d' acier inoxydable de 5 microns d' épaisseur obtenu par un procédé de pulvérisation cathodique sous vide connu en soi. Le traitement est effectué en inclinant la face 30 du piston 31 entraîné en rotation, d'un angle de l'ordre de 45" par rapport au flux de matière incitente en provenance de la cible 32 ; celle-ci détermine le dép8t superficiel 33 d' acier inoxydable dont l'épaisseur est du même ordre que pour le nickel chimique ; I' acier inoxydable constitue également une bonne protection, dans la mesure où son accrochage sur la couche sous-)acente du piston en alliage d' aluminium est bonne. Dans ces conditions, on notera que par rapport à l'indice de dégradation du piston de série qui est I2 = 55 comme nous 1' avons vu plus haut, I'indice de dégradation du piston traité est alors 13 = 15. Comme on le voit, I' amélioration est moins bonne qu' avec un revêtement chimique de nickel (I1 = 5), mais demeure toutefois substantielle. REVENDICATIONS 1. Procédé de renforcement de la surface d'un piston (1) de moteur à l'action du cliquetis, caractérisé par le fait que l'on traite les surfaces exposées (21-22) de manière à atténuer ses irrégularités et à augmenter sa résistance superficielle, au moyen d' un dépôt d'une couche complémentaire (20). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zônes protégées sont respectivement la surface de la tête du piston (21) et le premier cordon (22). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche complémentaire, en nickel et phosphore, est déposée chimiquement. 4. Procédé selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que 1' épaisseur de la couche est comprise entre 3 et 20 microns, préférentiellement 5 microns. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche complémentaire est en acier inoxydable, déposé par un procédé de pulvérisation cathodique sous-vide connu en soi. 6. Procédé selon la revendication I et 5, caractérisé en ce que la surface supérieure (30) du piston (31) à traiter est entraînée en rotation et inclinée d' un angle de 1' ordre de 450 par rapport au flux de matière incidente en provenance de la cible (32).