Brevet FR2614074A1 — publié le 19881021

La présente invention se rapporte à un procédé d' amélioration de la résistance à ' usure de l'intérieur des cylindres d'un moteur, par revêtement de leur surface interne au moyen d'une couche de nickel contenant des particules de carbure de silicium réparties de façon homogènes. On connait délà le principe du renforcement de la surface interne d'un cylindre en aluminium sur laquelle on sait faire adhérer un revêtement de nickel électrolytique comportant des particules de carbure de silicium. Cette disposition est intéressante pour deux raisons - elle renforce la résistance mécanique de ce métal, rapidement usé par le frottement des segments du piston; - elle permet une rétention du lubrifiant par les particules de carbure de silicium qui émergent partiellement de la surface de nickel déposé. On peut remédier à la faiblesse mécanique des moteurs en aluminium en renforçant les cylindres par des chemises en fonte au prix d'un surcoût dû à cette opération supplémentaire ou en substituant la fonte à l' aluminium pour la totalité du corps du moteur, ce qui permet d'obtenir des formes complexes assurant une grande rigidité du carter cylindre. Toutefois, on se heurte encore à des limites de résistance mécanique, notamment du fait des températures élevées liées à l'augmentation des performances du moteur par suralimentation ou amélioration de la combustion. Certaines fontes particulièrement résistantes pourraient être utilisées pour la constitution de ces blocs moteurs; toutefois, outre leur prix de revient, des difficultés apparaîTtraient alors au cours des opérations de fonderie et d'usinage. 2- Il est par conséquent intéressant de chercher à renforcer la résistance mécanique de la fonte traditionnelle par un revêtement superficiel de nickel, comportant des particules de carbure de silicium, du type de celui déposé électrolytiquement sur l'aluminium selon la technique antérieure. Mais les tentatives effectuées dans ce sens se sont avérées infructueuses, car le revêtement obtenu se révèle insuffisamment adhérent au bloc sousjacent; de plus, le procédé utilisé impliquant une immersion totale de l'élément à revêtir dans un bac contenant le produit de revêtement, ce dernier se dépose alors non exclusivement à la surface des cylindres à renforcer, mais encore sur certaines zones o la présence de particules abrasives est indésirables; on constate de plus que la concentration desdites particules déposées est peu homogène, rendant de ce fait inégale la résistance à l'usure du revêtement obtenu. La présente invention a pour but de résoudre les difficultés ci-dessus elle sera décrite à titre d'exemple non limitatif au regard de la figure unique ci-lointe, qui représente un schéma vu en coupe du dispositif utilisable pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. L' étude analytique des causes de la mauvaise adhérence d'une couche rapportée de nickel comportant de façon homogène des particules de carbure de silicium sur de la fonte, a révélé l'importance de 1' état de propreté de la surface à revêtir. Elle doit être dépourvue de toute trace d'huile ou de graisse, d'oxydes et de particules de carbone émergeant à sa surface. Un premier élément de réponse aux préoccupations ci-dessus est apporté en soumettant le support de fonte pendant 5 à 10 minutes à un décapage électrolytique dans une solution d'acide sulfurique concentré avec une densité de courant élevée. Ce traitement, précédé et suivi d'un rinçage à l' eau déminéralisée, succède de préférence à un dégraissage chimique. 2 6 1 4 0 7 4 -3 - Le décapage électrolytique ci-dessus permet de désoxyder la fonte sans dissolution de fer, ce qui aurait pour conséquence d'augmenter la quantité de particules de carbone à sa surface dont la présence est nuisible à l'adhérence ultérieure du dépôt de nickel. Dans les conditions de pH et de densité de courant ci-dessus, l'oxyde de fer est attaqué par l'acide sulfurique, tandis que le fer de la fonte est passive. L'importance de 1' action mécanique due à la grande quantité d'oxygène dégagée au cours de cette opération permet de décrocher les particules de carbone situées à la surface du support traité. Ce dernier est maintenant prêt à subir un revêtement de nickel électrolytique comportant des particules de carbure de silicium. Il faut toutefois s'appliquer à éviter toute exposition du support à 1' air afin d'empêcher une nouvelle oxydation de la fonte, surtout après son attaque sulfurique. Ceci est particulièrement difficile à obtenir par les procédés antérieurs, dits "au trempé", selon lesquels les phases de traitement se succèdent par déplacement aérien de la pièce d'un bac à l'autre. Le procédé selon l'invention pallie l'inconvénient ci-dessus par l'utilisation du dispositif de la figure unique ci-jointe. Dans l'exemple qui va être décrit, la pièce traitée est une chemise I en fonte lamellaire, représentative de la fonte grise utilisée pour les moteurs à futs intégrés. Toutefois, le principe reste le même si on traite directement la surface des cylindres d'un bloc moteur en fonte non chemisé. Le procédé consiste à effectuer la circulation des différents liquides successifs nécessaires à la gamme de traitement directement à l'intérieur de la chemise 1, ou des cylindres du bloc moteur concerné. 2 6 1 4 0 7 4 A cette fin, la chemise 1 est fermée de façon étanche à ses extrémités supérieure et inférieure respectivement par les éléments d'obturation 2 et 3; ces derniers présentent des cavités internes 4-5 qui permettent le positionnement d'un panier de titane 6, rempli de billes de nickel de 3 à mm de diamètre, fermé à ses extrémités par des couvercles 7-8 reliés à des bornes positives 9-10; une pince 11l constitue la borne négative du dispositif par contact avec la face extérieure de la chemise à traiter. On notera encore un canal d'arrivée de fluide 12 traversant 1' élément supérieure 2 et un canal 13 d' évacuation, dans 1' élément inférieur 3. Ces canaux 12-13 constituent un circuit fermé comportant en série une pompe 14 de circulation et une ou plusieurs bâche 15 de stockage chauffée permettant 1' alimentation de la pièce 1 traitée par les différents liquides constituant le cycle de traitement - eau déminéralisée de rinçage, - dégraissage chimique, - attaque sulfurique électrolytique, bain de nickel comportant les particules résistantes telles que du carbure de silicium. Le dép8t mixte de nickel et de particules intervient donc par circulation en continu et en l'absence d'air dans la chemise 1 d'une solution fortement concentrée en sel de nickel et fonctionnant à bas pH. Un tel bain est utilisé car il permet un passage plus important de courant, et donc d'obtenir des dép8ts plus rapides; de plus, il n'est pas difficile à entretenir. 2 6 1 4 0 7 4 2614.074 On pourrait également utiliser un bain de Watts de composition ci-dessous - sulfate de nickel = 300 g/1 - chlorure de nickel = 30 g/l - acide borique = 40 g/l - pH = 4,4 (à la sonde) - température = 50 C ou encore un nickel sulfamate tel que: - sulfamate de nickel = 600 g/l - chlorure de nickel = 60 g/l - acide borique = 90 g/l - pH = 3,5 - température = 50 C A la première solution ci-dessus préférentiellement utilisée, on ajoute à 100 g/1 de particules de carbure de silicium, dont la taille moyenne est de 4 à 5 microns. La densité de courant continu appliquée à la chemise I est de 25 à 70 A/dm2, pendant 10 à 15 minutes. On obtient ainsi un revêtement dont la dureté peut atteindre 360 Vickers et même au-delà grâce à 1' ajout de composés organiques dans 1' électrolyte. Au lieu de courant continu, on peut également utiliser un courant pulsé, dont la densité est constante pour un temps limité (dit d'impulsion), puis nulle pendant un temps mort; la somme des deux durées ci-dessus constitue la période T du cycle et le rapport cyclique R est le rapport de temps d'impulsion sur la période T. De bons résultats sont obtenus en utilisant un courant pulsé dont la fréquence varie entre 50 et 100 Hz et pour un rapport cyclique de l'ordre de 90 %. 26 1 4074 -6- Dans ces conditions, on obtient des duretés de revêtement sensiblement supérieures à celles résultant de l'application de courant continu. Dans les deux cas, la quantité de particules de carbure de silicium est de l' ordre de 3 à 5 96 du poids total du revêtement déposé et ce dernier possède une épaisseur résiduelle de 60 à 80 microns, après usinage de finition de la chemise. Compte tenu du renouvellement constant de 1' électrolyte sur la surface à traiter selon le procédé de l'invention, on n' assiste pas à un appauvrissement en ions comme dans certains procédés antérieurs; de ce fait, on constate une vitesse de déposition du revêtement plus élevée. De plus, le rinçage effectué en continu entre chaque opération est particulièrement efficace, au regard notamment des rinçages par trempage; il a notamment pour effet de retirer les particules non adhérentes de carbone apparues lors du décapage préliminaire. Enfin, on constate bien qu'il n'y a plus de contact de la surface à traiter avec 1' air ambiant entre deux phases de traitement, et donc pas de risque d'oxydation avant le dépôt de nickel. Compte tenu de la qualité du revêtement et de son adhérence, des usinages de finition peuvent être réalisés dans de bonnes conditions. On ajuste ainsi la segmentation et la surface du fût, ce qui permet de limiter 1' usure du moteur et diminue sa consommation d'huile. 26 1 4074 -7- R E V E N D l C A T I O N S 1/ Procédé de revêtement de la face interne d' éléments tels que des chemises de moteur en fonte au moyen d'une couche destinée à améliorer sa résistance à l'usure, caractérisé par le fait que l'on amène les différents fluides nécessaires au traitement de la surface considérée en un flux continu qui traverse ledit élément (1) à renforcer, tandis que ce dernier est maintenu immobile. 2/ Procédé de revêtement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les différentes étapes de traitement de la surface considérée résultent d'un dégraissage chimique connu en soi et d'un rinçage à 1' eau déminéralisée, d'une attaque sulfurique électrolytique et d'un rinçage à l' eau déminéralisée, d'un dép8t de nickel électrolytique comportant des particules résistantes telles que du carbure de silicium. 3/ Procédé de revêtement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bain de nickel mis en circulation à l'intérieur de 1' élément à traiter est fortement concentré en sel de nickel et fonctionne à bas pH, ce qui permet le passage d'une forte densité de courant et donc un dépôt rapide de métal. 4/ Procédé de revêtement selon les revendications I à 3, caractérisé en ce que le courant utilisé pour le dépôt électrolytique de nickel est continu et possède une densité de 25 à 70 A/dm2 appliquée pendant à 15 minutes. 5 Procédé de revêtement selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le courant utilisé pour le dépôt électrolytique de nickel est pulsé, sa fréquence variant entre 50 et 100 Hz, et possède un rapport cyclique de 1' ordre de 90 %.