Brevet FR2669386A1 — publié le 19920522

La présente invention concerne un palier glisseur fritté et en particulier un palier glisseur fritté à utiliser dans un environnement à haute température, tel qu'un palier pour cylindre chauffant dans une machine à copier. On a largement utilisé jusqu'à présent comme paliers glisseurs en alliage fritté pour les petits moteurs et appareils domestiques électriques des paliers frittés imprégnés d'huile, c'est-à-dire des paliers frittés dans lesquels les pores sont imprégnés par une huile lubrifiante. Les paliers frittés imprégnés d'huile ont l'inconvénient que lorsqu'on les utilisent dans un environnement à haute tempé- rature, par exemple à environ 2500 C, l'huile d'imprégnation suinte par les pores et ensuite se dégrade ou brûle, rendant les paliers inutilisables. Une mesure courante pour éviter l'inconvénient ci-dessus était soit l'utilisation d'un alliage fritté non imprégné d'huile mais contenant dans la matrice d'alliage un lubrifiant solide tel que graphite ou disulfure de molybdène, soit l'utilisation d'un palier à billes dans lequel on injecte un lubrifiant spécial résis- tant aux températures élevées. Cependant, dans le cas d'un palier fritté reposant sur la lubrification par un solide, il est nécessaire d'ajouter une grande quantité du lubrifiant solide pour obtenir des effets lubrifiants suffisants, ce qui provoque une diminution de la résistance du matériau En outre, le palier à lubrifiant solide présente naturel- lement un coefficient de frottement élevé en comparaison avec les paliers à lubrifiant liquide Ces inconvénients réduisent les applications du palier Le palier à lubrifiant solide a en outre l'inconvénient que le coût de production est plus élevé que celui du palier imprégné d'huile. L'utilisation du palier à billes, d'autre part, a l'inconvénient qu'il est extrêmement coûteux en comparaison avec les paliers glisseurs frittés courants. Un objet de la présente invention est de proposer un palier glisseur fritté qui a d'excellentes caractéristiques de glissement dans un environnement à température élevée et qui a un faible coût. Un autre objet de l'invention est de proposer un palier glisseur fritté convenant pour l'utilisation à températures élevées et ayant une longue durée de service. Un autre objet de l'invention est de proposer un palier glisseur fritté qui présente une faible usure dans la gamme de tem- pératures des températures normales aux températures élevées. Ces objets et d'autres qui ressortent de la description détaillée qui suit peuvent être atteints selon l'invention par un palier glisseur fritté comprenant un alliage fritté poreux dans lequel les pores sont remplis au moins dans la couche superficielle de la face de glissement avec une résine thermoplastique ayant une viscosité à l'état fondu de 10 à 2 000 m Pa S à 250 C. On peut utiliser comme métal fritté poreux des alliages Fe-Cu-C, des alliages de Fe contenant Co et/ou un élément formant un carbure, des alliages Cu-Sn, des alliages d'Al et ainsi de suite. L'incorporation d'un lubrifiant solide dans ces alliages frittés peut donner des caractéristiques de glissement encore meil- leures On préfère en particulier un métal fritté comprenant au moins un composant choisi parmi le graphite, le disulfure de molybdène, le disulfure de tungstène, le plomb, le nitrure de bore et le silicate de magnésium dispersé dans la matrice d'un alliage de Cu ou d'un alliage de Fe. De préférence, la teneur en lubrifiant solide dans l'alliage fritté est de pas plus de 20 % en volume Une teneur en lubrifiant solide dépassant 20 % en volume peut donner un produit de résistance trop faible. De préférence, la plupart des pores du métal fritté sont imprégnés par la résine thermoplastique Cependant, le palier fonc- tionne bien si l'on n'imprègne les pores que dans la couche super- ficielle ou même la couche superficielle interne du palier, c'est- à-dire la couche superficielle de la face de glissement. La résine thermoplastique d'imprégnation, outre une vis- cosité à l'état fondu de 10 à 2 000 m Pa S à 250 C, a des propriétés telles qu'elle se détériore difficilement lorsqu'elle est soumise à des cycles répétés de chauffage/refroidissement et elle n'est pas corosive Ainsi donc, cette résine thermoplastique peut être dénommée "cire synthétique". Les raisons pour lesquelles la gamme ci-dessus de visco- sités à l'état fondu est préférée sont les suivantes Si la vis- cosité à l'état fondu à 250 C est inférieure à 10 m Pa s, la résine est susceptible de suinter à l'extérieur du palier pendant l'utili- sation à températures élevées, ce qui réduit la durée de service du palier Par contre, si la viscosité à l'état fondu à 250 C est supérieure à 2 000 m Pa s, il est difficile d'imprégner le palier par la résine à cause de sa viscosité trop élevée, même lorsque la résine est chauffée à une température aussi élevée que possible dans une gamme ne provoquant pas de détérioration de la résine. Des exemples de résines thermoplastiques qui possèdent les propriétés suivantes sont les polyoléfines de bas poids molé- culaire telles que polyéthylène et polypropy Lène On préfère en particulier un polyéthylène ayant un poids moléculaire (PM) de 2 000 à 9 000 Un polyéthylène ayant un PM de moins de 2 000 a une faible stabilité à la chaleur comme on le voit, par exemple, par la déplétion qu'il subit par chauffage En outre, sa viscosité pendant l'utilisation à température élevée est trop faible Un polyéthylène ayant un PM de plus de 9 000, par contre, a une viscosité à l'état fondu trop élevée. Le palier glisseur fritté selon l'invention peut être produit, par exemple, par fusion de la résine thermoplastique ayant la viscosité à l'état fondu citée ci-dessus et imprégnation des pores de l'alliage fritté par la résine fondue. Le palier glisseur fritté selon l'invention dans lequel les pores sont remplis avec la résine thermoplastique spécifique, au lieu de l'huile utilisée dans les paliers frittés imprégnés d'huile, présente un faible coefficient de frottement lorsqu'il est utilisé dans un environnement à température élevée, par exemple de à 300 C, par l'action de lubrifiant liquide de la résine ramollie ou liquéfiée ayant une viscosité appropriée à la tempéra- ture élevée. Lorsque l'alliage fritté du palier selon l'invention con- tient en outre un lubrifiant solide tel que graphite ou disulfure de molybdène, le lubrifiant solide diminue l'usure pendant le fonc- tionnement aux températures normales, compensant la lubrification liquide insuffisante par la résine aux températures normales En outre, aux températures éLevées, le lubrifiant solide sert à abais- ser le coefficient de frottement et l'usure conjointement avec la lubrification liquide par la résine. Comme on l'a expliqué ci-dessus, le palier glisseur fritté selon l'invention a d'excellentes qualités et en outre il a un faible coût en comparaison avec les paliers à billes En consé- quence, le palier glisseur fritté selon l'invention convient comme palier pour machines à copier, appareils à température éLevée, appareils transporteurs et ainsi de suite dans lesquels le palier est utilisé à températures éLevées et il peut donc augmenter le domaine d'applications du palier fritté. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toute- fois en limiter la portée Dans ces exemples, la résine thermoplas- tique d'imprégnation est dénommée "cire". EXEMPLE 1 Dans chaque expérience, un corps fritté ayant une com- position pondérale de 9 % de Sn, 3 % de Co et le reste de Cu a été dimensionné pour former un palier ayant un diamètre intérieur de 10 mm, un diamètre extérieur de 16 mm et une longueur de 10 mm et une porosité de 20 % en volume Le palier a ensuite été imprégné par l'une des cires ou huiles suivantes: 1 Cire de polyéthy Lène PM 4 000 2 Cire de polyéthy Lène PM 2 000 3 Cire de polyéthy Lène PM 1 000 4 Perfluoropolyalky Léther oligomère, PM 7 500 (PFPE; huile fluorée) Perfluoropolyalky Léther oligomère, PM 6 300 (huile fluorée) 6 Huile synthétique de poly-c-o Léfine. Les paliers obtenus dans les expériences ont été mainte- nus à l'air pendant 3 h à 250 C et ensuite refroidis, après quoi on a évalué le suintement de la cire ou huile des paliers. Les résultats sont indiqués dans le tableau 1 avec les viscosités des agents d'imprégnation Dans le tableau, le numéro d'expérience correspond au numéro de l'agent d'imprégnation ci- dessus. TABLEAU 1 Viscosité (m Pa s) de Expérience l'agent d'imprégnation Résultats à 40 C à 250 C 1 57 pas de suintement observé 2 10 pas de suintement observé 3 2 suintement observé 4 741 6 suintement observé | 5 124 6 suintement observé i 6 100 l'huile devient une boue o Les paliers dans les expériences N 4 et 5 qui utili- saient des huiles synthétiques classiques (huiles fluorées), pré- sentaient un suintement très important des huiles d'imprégnation. Ceci résulte du fait que les huiles ont de faibles viscosités, malgré des poids moléculaires relativement élevés. o Le palier de l'expérience N 6 qui utilisait une huile lubrifiante courante est complètement inacceptable, car l'huile se transforme en une boue. Pour les paliers des expériences N 1 à 3, il ressort des résultats du tableau 1 que lorsque la cire de polyéthylène utilisée a une viscosité de 10 m Pa S à 250 C ou plus, il ne se produit pas de suintement de la cire d'imprégnation. EXEMPLE 2 Dans chaque expérience, un mélange en poudre ayant une composition pondérale de 9 % de Sn, 3 % de Co et le reste de Cu a été mélangé avec 5 % de graphite en poudre et le mélange résultant a été tassé, fritté et calibré pour former un palier semblable à celui de l'exemple 1 Le palier obtenu a été imprégné avec l'une des cires ou huiles citées ci-dessus. On a mesuré le coefficient de frottement de chacun des paliers obtenus en le mettant en contact avec un arbre en acier au carbone ( 545 C) et tournant dans un environnement à 200 C. Les conditions d'essai étaient les suivantes: vitesse de glissement: 9 m/min; pression sur le palier: 20 bar; durée de fonctionnement: 500 h. Les résultats des essais sont indiqués dans le tableau 2. Dans le tableau, le numéro d'expérience correspond au numéro d'agent d'imprégnation ci-dessus. TABLEAU 2 Expérience Coefficient de frottement 1 0,03 2 0,05 3 0,20 4 0,15 0,17 6 0,35 Les paliers dans les expériences N 1 et 2 selon l'inven- tion présentaient chacun un faible coefficient de frottement, tan- À oO dis que le palier de l'expérience N 3 qui utilisait la cire à faible viscosité n'entrant pas dans le cadre de l'invention et les paliers des expériences n 4 à 5 qui utilisaient les huiles synthé- tiques classiques présentaient chacun un coefficient de frottement élevé. On considère que la cause des valeurs élevées dans les expériences n 3 à 5 est la perte d'huile d'imprégnation due au suintement à l'extérieur du palier. Le palier dans l'expérience n 6 qui utilisait une huile lubrifiante courante présentait un coefficient de frottement très élevé On considère que la cause en est que l'action de lubrifica- tion par l'huile était pratiquement perdue et par conséquent le glissement était effectué seulement par la lubrification solide par le graphite. Lorsque les expériences étaient effectuées en utilisant un alliage de Fe fritté contenant 1,5 % en poids de Cu comme maté- riau du palier, les résultats présentaient une tendance semblable à celle observée ci-dessus. En outre, lorsque les expériences étaient mises en oeuvre en faisant varier le lubrifiant solide ajouté au matériau du palier, le graphite donnait le coefficient de frottement le plus faible, bien qu'il n'y ait pas de grande différence entre les coef- ficients de frottement des divers lubrifiants solides utilisés La valeur du coefficient de frottement augmentait dans l'ordre sui- vant: graphite (faible) REVENDICATIONS 1 Palier glisseur fritté caractérisé en ce qu'il com- prend un alliage fritté poreux dans lequel les pores sont remplis au moins dans la couche superficielle de la face de glissement avec une résine thermoplastique ayant une viscosité à l'état fondu de 10 à 2 000 m Pa S à 250 C. 2 Palier glisseur fritté selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine thermoplastique est une résine de polyoléfine de bas poids moléculaire. 3 Palier glisseur fritté selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résine de polyoléfine de bas poids molécu- laire est un polyéthylène ayant un poids moléculaire de 2 000 à 9 000. 4 Palier glisseur fritté selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'alliage fritté com- prend au moins un composant choisi parmi le graphite, le disulfure de molybdène, le disulfure de tungstène, le plomb, le nitrure de bore et le silicate de magnésium dispersé dans la matrice d'un alliage choisi parmi les alliages de Cu et les alliages de Fe. Palier glisseur fritté selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est destiné à l'utilisation à températures élevées. 6 Palier glisseur fritté se Lon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est destiné à l'utilisation comme palier dans un appareil o le palier est utilisé dans un environnement à température élevée. 7 Palier glisseur fritté selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'appareil est choisi parmi les machines à copier, les appareils à haute température et les appareils trans- porteurs. 8 Palier glisseur fritté selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est destiné à l'utilisation comme palier pour le cylindre chauffant d'une machine à copier.