Brevet FR2651248A1 — publié le 19910301

REVETEMENT CERAMIQUE POUR PIECE DE FROTTEMENT ET PROCEDE D'APPLICATION DE CE REVETEMENT La présente invention se rapporte à un revêtement céramique à faible coefficient de frottement déposé par projection A plasma sur une pièce de frottement métallique et à un procédé d'application de ce revêtement. Les revitements céramiques sont utilisés comme surfaces de frottement notamment à cause de leur résistance à l'usure. Des matériaux composites o le métal est associé à des lubrifiants solides tels que le bisulfure de molybdène ou le graphite sont utilisés dans le cas o un faible coefficient de frottement est recherché et o la température est limitée. Le brevet américain 4.728.448 décrit un composite ayant de bonnes propriétés de frottement, constitué par une matrice è base de carbure de chrome dans laquelle est dispersé un lubrifiant solide de type fluorure. Ce composite est réalisé par pressage à chaud pour donner des pièces massives, Les couples de surfaces de frottement dont l'un des éléments au moins est en oxyde de chrome Cr2 Os donnent de très boins résultats en frottement. Ainsi le brevet américain 4.761.340 cite parmi différents couples de surfaces un couple dont un composant est un rev'tement de Cra OC. 49398 1167 -2 La présente invention a pour but de fournir un revetement céramique composite doté de caractéristiques de frottement améliorées, a température élevée et en frottement sec. Les caractéristiques d'adhérence sont bonnes. Par rapport au revêtement d'oxyde de chrome, le revêtement selon l'invention présente un coefficient de friction moyen réduit, peu dispersé et constant dans le temps avec un faible taux d'usure. Comme le revêtement d'oxyde de chrome, ce revêtement peut fonctionner à des températures supérieures à celles permises par les lubrifiants solides traditionnels (graphite, Mo S).r Le revetement selon l'invention est caractérisé par le fait que le revêtement contient de l'oxyde de chrome Cr 03O et au moins un fluorure lubrifiant solide appartenant au groupe fluorure de calcium, fluorure de baryum, eutectique fluorure de calcium/ fluorure de baryum, fluorure de cérium, fluorure de lithium. Selon une caractéristique, le revtemienit se compose d'une sous-couche dépourvue de fluorure et d'une couche superficielle à base d'oxyde de chrome et de fluorure lubrifiant= Le procédé d'application du rev-tement est caractérisé par le fait qu'il consiste à injecter dans une torche plasma par une première buse la poudre céramique contenant l'oxyde de chrome, et par une seconde buse le lubrifiant solide constitué de fluorure. _- 3 _- L' invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - La figure i est une micrcgraphie du rev'tement. - La figure 2 donne les coefficients de frottement. des rev'tements selon 1 invention comparés à ceux de rev'tements connus. - La figure 3 est un graphique donnant les coefficients de frottement des rev'tements selon l'invention en fonctiton du temps de frottement. - La figure 4 est un graphique donnant (courbe A) le coefficient de frottement en fonction du temps pour un coup le Cr 03/Cra O3 + Ca Fa dont un des composants est le revG'tement selon l'invention. À titre de comparaison la courbe B correspond à un couple Crm 03 - Cr2 G3. Le revtement selon 1 ' invention est projeté par projection plasma sur une pièce métallique de frottement. Ce revêtement se compose d 'une fraction céramique comprenant essentiellement de 1.oxyde de chrome Cre O3 et d' une fraction lubrifiant solide comprenant au moins un fluorure lubrifiant solide du groupe fluorure de ca-lciuim Ca F- eutectique Ca Fa/Ba Fa, f luorure de cérium Ce F4., f luorure de lithium LiF. -4- La fraction fluorure est comprise entre 3 et 60 % en poids. La fraction céramique d'btrxyde de chrome forme le solde (complément à 100 %) avec les impuretés. Le revêtement peut contenir 1 à 20 % d'oxyde de titane Ti Oe. Cette addition de Ti O intervient pour diminuer la dureté moyenne du rev tement, ce qui est aussi le cas avec l'ajout de lubrifiant sol i de. Le tableau 1 ci-dessous donne des exemples de compositions en poids de revêtements conformes à 1 ' invention. 1 I I Numéro I Ca F2 I Cu I Cre 0 i 1I i I 1 i I 20% I - t Solde I 2 1 10% I - I " I 1 30 % I - I " I 4 1 20 I % " 10 I " 1 32 % I - I " I 6 24 % I 16,7% i " I_I 1 I _ I La micrographie de la figure 1 montre la structure du rev-tement Cra O3 Ca Fi examiné au M-.E.B (électrons rétrodiffusés). Les plages "gris clair" correspondent au Cry 03. Les plages "gris moyen1' au Ca Fa, les zones "noires" aux porosités. 49398 1167 'Pour obtenir un: rivtement de bonne adhérence, on dépose sur le métal de base', avant de déposer la couche superficielle en céramique ccomposite (oxyde de chrome et f luorure lubrifiant), une sous-couche dépourvue de fluorure qui assure 1 ' interface entre la pièce à rev-tir et la touche superficielle composite. Cette technique améliore I'adhérence du revtement -sur la pièce à revêtir. Cette sous-couche dépourvue de f luorure peut ?tre constituée par exemple d ' oxyde de chrome ou de composés nick. el-aluminium. Les figures 2 et 3 morntrent que les revtements selon l'invention présentent un coefficient de fraction plus faible que les revtements connus (oxyde de chrome, etc...). La figure 4 montre que le revtement selon 1 ' invention procure un coefficient de frottement relativement constant dans le temps et ayant une faible dispersion. La technique d'application des revtements selon l'invention est la ccdéposition plasma. Elle consiste à injecter dans une totrhe plasma, par une première buse, la poudre céramique (ou le mélange céramique - métal) et simultanément par une secornde buse, le lubrifiant solide. Ces buses sont placées dans le jet plasma dans une zone oû la température est acceptable pour le lubrifiant solide et la vitesse suffisante pour le projeter. 49398 t 16J _6 - Le revêtement selon l'invention peut -tre utilisé dans un système piston - segment - chemise de moteur chaud ou à lubrification réduite. Il est bien entendu que' i'on peut sans sortir du cadre de l'invention imaginer des variantes et des perfectionnements de détails et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. -7- R E V E N D I CAT I O NS ) Revîtement céramique à faible coefficient de ]= frottement déposé par projection plasma sur une pièce de frottement métalliquee caractérisé par le fait que le revêtement contient de l'oxyde de chrome Cre 03 et au molins un fluorure lubrifiant solide appartenant au groupe fluorure de calcium, fluorure de baryums eutectique fluorure de calcium/ fluorure de baryum, fluorure de cérium, flubrure de lithium. 2Q) Revêtement selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il se compose d'une sous-couche dépourvue de fluorure et d'une couche superficielle à base d'oxyde de chrome et de fluorure lubrifiant. ) Revtement melon la revendication 2R caractérisé par le fait que la souscouche est constituée d'oxyde de chrome. 4 ) Revîtement selon d'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il contient en poids 3 à 60 % de fluorure, l'oxyde de chrome formant le solde._ ) Revêtement selon la revendication 4. caractérisé par fait qu'il contient 1 à 2O % d'oxyde de titane Ti 0=. ) Procédé d'application du revetement selon l 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste a injecter dans une torche plasma 4939B I par une première buse la poudre céramique contenant l'oxyde de Chrome, et par une seconde buse le lubrifiant solide constitué de fluorure.