Brevet FR2685924A1 — publié le 19930709

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR EFFECTUER DEPOT ELECTROLYTIOUE ET APPLICATION A DES CHEMISES OU CYLINDRES DE MOTEUR La présente invention se rapporte à un procédé pour effectuer un dépôt électrolytique sur les surfaces internes des chemises ou cylindres d'un moteur à combustion interne équipant notamment les véhicules automobiles. L'invention vise également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Il est connu de renforcer la surface interne des cylindres d'un moteur, aussi bien en fonte qu'en aluminium, grâce à un revêtement superficiel de "NiSiC", c'est à dire de nickel contenant des particules de carbure de silicium. Un tel revêtement est particulièrement intéressant car il renforce la résistance mécanique des cylindres et améliore leur lubrification en facilitant la rétention du lubrifiant par les particules de carbure de silicium qui émergent partiellement de la surface de nickel, ce qui permet de diminuer de manière très sensible l'usure due au frottement des segments de pistons. Traditionnellement, un tel revêtement est appliqué "au trempé". Le bloc-cylindres, après avoir subi un traitement chimique ou électrolytique suivant des gammes classiques pour préparer les surfaces des cylindres, est immergé totalement dans un bac contenant le produit de revêtement. La fixation électrolytique de ce dernier est alors opérée grâce à des anodes insérées à l'intérieur des cylindres. Un tel procédé présente de nombreux inconvénients parmi lesquels on peut citer la réalisation d'un dépôt qui déborde largement la surface des cylindres à renforcer, atteignant certaines zones où la présence des particules abrasives est indésirable, ou encore la formation d'un dépôt peu homogène quant à la concentration des particules rendant de ce fait inégale la résistance à l'usure du revêtement. Par ailleurs le délai nécessaire au transfert des pièces entre les postes de préparation des surfaces d'une part et de dépôt du revêtement d'autre part, laisse le temps à la formation d'oxydes qui compromettent la bonne adhérence du revêtement. La Demanderesse a déjà proposé un procédé, décrit dans la demande de brevet française numéro FR-2.614.074, résolvant les difficultés énoncées ci-dessus. Il s'agit d'effectuer l'ensemble des opérations nécessaires par circulation des différentes solutions directement à l'intérieur des cylindres. Pour ce faire chaque cylindre est fermé de façon étanche à ses extrémités supérieure et inférieure par des éléments d'obturation permettant le positionnement d'une anode soluble insérée coaxialement à l'intérieur du cylindre et l'écoulement des différents bains. Ainsi grâce au procédé seul l'intérieur du cylindre est revêtu à l'exclusion de toute autre partie.Toutefois le traitement proposé nécessite un grand nombre d'étapes : dégraissage chimique et rinçage à l'eau, attaque sulfurique électrolytique et rinçage à l'eau, et enfin dépôt de nickel électrolytique. pe plus la méthode proposée nécessite un changement d'outillage entre les étapes de préparation des surfaces et l'étape de dépôt (les electrodes de décapage étant différentes de celles utilisées pour le revêtement). Ce changement d'outillage impose une ouverture des chambres entraînant un passage à l'air prolongé de la surface décapée ainsi que des risques de pollution de la pièce à traiter. Le but de la présente invention est de proposer un procédé encore plus performant utilisant un nombre restreint d'étapes. Le procédé selon l'invention est destiné à effectuer un dépôt électrolytique sur la face interne d'éléments tels que des cylindres ou des chemises de moteur à combustion interne, par circulation à travers ledit élément des différents fluides nécessaires au traitement de la surface considérée, cette circulation de fluides étant accompagnée par une circulation correspondante de courants électriques entre ledit élément et une électrode rapportée s'étendant au droit de ladite surface. Selon l'invention, le procédé est caractérisé en ce que les étapes de traitement de ladite surface comprennent successivement un dégraissage/décapage électrolytique, un rinçage à l'eau et un dépôt de nickel électrolytique comportant des particules résistantes telles que du carbure de silicium. L'invention concerne également un dispositif de dépôt pour la mise en oeuvre ,du procédé. Ce dispositif permet notamment de supprimer toute mise à l'air des cylindres pendant les différentes étapes du traitement. Selon l'invention le dispositif pour le traitement des surfaces intérieures des cylindres comprend des moyens d'étanchéité des cylindres, des moyens de connexion desdits cylindres et des électrodes raccordées à un générateur électrique, des moyens d'amenée des différents fluides dans les cylindres et des moyens d'évacuation, et des moyens de commande pilotant la circulation des fluides ainsi que le passage du courant électrique entre les cylindres et les électrodes rapportées. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel la figure 1 représente une vue partielle en coupe longitudinale du dispositif de dépôt en position dans un carter cylindres. Conformément à la figure 1, le dispositif est présenté en position d'utilisation sur un carter-cylindres (1) de moteur à combustion interne, à essence ou diesel, du type à quatre cylindres en ligne. Seuls les éléments du dispositif de dépôt au contact du carter-cylindres (1) ont été figure. Ces éléments sont répartis en deux ensembles distincts venant enserrer le carter-cylindres (1) : un ensemble inférieur s'étendant sous le carter et un ensemble supérieur chapeautant le carter. Ces deux ensembles viennent s'emboîter l'un dans l'autre de façon à isoler de façon étanche les alésages cylindriques ou cylindres (12) du carter et à permettre à ces cylindres d'être le siège d'une circulation des différents fluides nécessaires à la mise en place du dépôt de NiSiC. L'ensemble inférieur est formé par un plateau porte pièce encore appelé bloc support (6) réalisé en matière plastique, telle que du polypropylène, de manière à ne pas conduire le courant électrique et à résister aux éventuelles attaques chimiques des fluides en circulation. Ce bloc support (6) comporte des moyens de positionnement non figurés permettant la mise en place et le centrage du carter-cylindres (1) sur ce dernier, le plan de joint culasse étant dirigé vers le haut. Le bloc support (6) qui peut être mobile ou fixe suivant la mise en oeuvre industrielle du dispositif, est traversé par quatre alésages (64) dans chacun desquels est monté coulissant un élément de conduit cylindrique (5), également en matériau plastique, s'étendant verticalement et destiné à être positionné à la base d'un cylindre (12) du carter (1). Un ressort hélicoïdal de poussée (9) est interposé entre le bloc support (6) et chaque élément de conduits (5) de façon à repousser ce dernier vers le haut. Chaque ressort (9) est plus précisément en appui entre respectivement, un épaulement (62) porté par l'alésage (64) et un épaulement périphérique (52) de l'élément de conduit (5). Le rôle de ce ressort (9) sera expliqué ci-après. Ces éléments de conduit (5), destinés à amener les fluides dans les cylindres, sont reliés par leur orifice inférieur (54) à une conduite collectrice amont, non figurée, cette conduite étant elle-même reliée par des conduites spécifiques, munies de vannes pilotées, aux différents bacs où sont entreposées les solutions necessaires au traitement des surfaces des cylindres (12). L'ensemble supérieur est lui formé par un plateau porte-électrodes (2) et par quatre électrodes (3) en saillie à la surface inférieure du plateau. Le plateau (2), formé en matière plastique, est positionné en appui sur le plan de joint supérieur du carter (1) de façon que chacune des électrodes (3) soit engagée coaxialement à l'intérieur d'un cylindre (12). Chaque électrode (3) de type insoluble est formée par un corps (31-) en plomb-étain ou en titane-platine, s'étendant sensiblement sur toute la hauteur des cylindres (12). Le corps (31) est fixé au plateau porteélectrodes (2) au moyen de vis (7) en laiton, ces vis (7) ont également pour fonction d'alimenter en courant électrique les électrodes (3) à partir d'une source de courant non figurée reliée à leur extrémité (72). Chaque électrode (3) est prolongée à sa partie inférieure par une conduite de connexipn (8), en matériau plastique. Cette conduite a un double rôle : étancher la partie inférieure du cylindre et permettre la circulation des fluides depuis l'élément de conduit (5) situé en vis à vis. Pour ce faire la conduite de connexion comporte une collerette (82) s'étendant sous l'électrode (3). Cette collerette est destinée à coopérer avec un élément de joint (4) pour étancher l'extrémité inférieure de l'alésage cylindrique (12) du reste du carter (1). Par ailleurs, l'extrémité inférieure de la conduite de connexion débouche dans l'élément de conduit inférieur (5) tandis que l'extrémité supérieure débouche par un série d'orifices (84) régulièrement répartis et situés au dessus de la collerette (82). L'élément de joint (4) est constitué par une bague montée mobile à la périphérie de la conduite de connexion (8). La bague comporte un joint d'étanchéité annulaire (42) venant en appui contre les parois internes du cylindre (12). Cette bague est destinée à reposer en appui sur l'extrémité supérieure de l'élément de conduit (5-) lequel sous l'action des ressorts (9) pousse élastiquement la bague (4) contre une collerette (82) de la conduite de connexion (8), forçant alors le joint (42) contre les parois de l'alésage cylindrique (12), ce qui permet d'obtenir une excellente étanchéité. Le plateau porte-électrodes (2) présente un évidement (22) débouchant au droit des alésages cylindriques (12) ; cet évidement (22) est destiné à recueillir les fluides traversant les cylindres (12) en provenance des éléments de conduit inférieurs (5). Une série d'orifices d'évacuation (24) permet de faire communiquer cet évidement (22) avec une conduite collectrice aval, non figurée, elle-même reliée par des conduites spécifiques, également non figurées, munies de vannes pilotées, pour le retour des fluides aux différents bacs. Le porte-électrodes (2) présente par ailleurs une barre de cuivre (23) pour alimenter en courant électrique le bloc-cylindres (1) à partir d'une source de courant non figurée reliée à la barre de cuivre (23). Le dispositif comprend par ailleurs pour la mise en circulation des solutions une pompe d'aspiration, également non figurée, du type volumétrique, cette pompe étant située à la sortie de la conduite collectrice en aval de l'outillage précedemment décrit. Les conduites d'amenée et de retour des différents fluides sont équipées de vannes pilotées. Ces vannes sont commandés comme la pompe à partir d'une centrale de commande qui pilote les différentes phases du traitement. Ces conduites débouchent pour la plupart dans des cuves où sont stockées les solutions nécessaires au traitement. Ces cuves sont équipées de moyens de chauffage, de brassage, et de contrôle de la concentration des bains. Conformément au dispositif qui vient d'être décrit le processus de mise en place du dépôt est le suivant dans le cas d'un bloc-cylindres (1) en fonte. 1- Mise en place de l'appareillage Le carter-cylindres (1) en provenance de la ligne d'usinage est positionné sur le plateau porte-pièces (6) puis le plateau porte-électrodes (2) est assujetti sur le plan de joint du carter (1) de telle façon que les conduites de connexion (4) soient emboîtées dans les éléments de conduits (5) et l'étanchéité des cylindres (152) soit parfaitement réalisée. 2- Préparation des surfaces des cylindres (12) du carter (1), opérations de dégraissage et de décapage des surfaces. Ces opérations sont réalisées en une seule étape par traitement électrolytique des surfaces à revêtir. Le carter (1) est placé en anode et les électrodes (3) en cathodes. Un flux d'électrolyte traverse alors les alésages cylindriques (12). Cet électrolyte est préférentiellement une solution aqueuse contenant jusqu'à 200 g/litre de soude. La température de fonctionnement préférentiellement de 40 à 60 OC. Chacune des électrodes sera alimentée en courant par son propre circuit et son générateur de 150 A maximum. Le débit de l'électrolyte est d'environ 1 à 1,5 m3/h par cylindre et le temps de traitement d'environ 2 mm. 3-Rinçage. Aussitôt la période de décapage terminée, les vannes des tuyaux débouchant dans la cuve de solution de soude sont fermées et les vannes des tuyaux d'amenée d'eau sont ouvertes. Une circulation d'eau en deux temps est opérée dans les alésages cylindriques (12), d'abord avec de l'eau de ville à température ambiante, cette eau étant évacuée vers une cuve poubelle, puis avec de l'eau déminéralisée à 25"C qui elle est stockée dans une cuve de rinçage. Les débits sont respectivement de 2 m3/h par cylindre en eau de ville et de 0,5 à 1 m3/h par cylindre en eau déminéralisée, les temps de traitement étant respectivement de 1 à 2 mn en eau de ville et 30 s à 1 mm en eau déminéralisée. 4- Dépôt de NiSiC. Sitôt le flux d'eau déminéralisée stoppé, l'électrolyte, composé d'une solution aqueuse contenant jusqu'à 600 g/litre de sulfate de nickel, 150 g/l de particules de carbure de silicium (d'une taille de 1 à 3 ) et des sels conducteurs, est mis en circulation à une température d'environ 70"C. Simultanément le carter est branché au pôle négatif et forme donc une cathode et les électrodes (3) sont elles branchées au pôle positif pour former des anodes. Le débit de l'électrolyte est de 1,5 à 2 m3/h par cylindre. Après établissement de la circulation de NiSiC, le courant continu est débité pendant 2 mn à faible intensité de l'ordre de 5 A/dm2 puis sans coupure à 20 A/dm2,le courant étant alors maintenu pendant le temps nécessaire à l'obtention de l'épaisseur du dépôt souhaitée. On utilise de façon préférentielle un courant pulsé (entre 50 et 100 Hz) qui empêche la germination colonnaire du nickel et permet ainsi d'affiner sensiblement l'état de surface du dépôt. 5- Rinçage. Comme après le décapage électrolytique il est procédé à un rinçage par circulation d'eau, il s'agit cette fois uniquement d'eau déminéralisée à environ 500C. Le débit est de 2 m3/h par cylindre pendant un temps de 1 à 2 mn. 6- Séchage. Pour éliminer définitivement toute trace de liquide résiduel qui pourrait polluer la pièce il est possible de terminer le traitement par une circulation d'air chaud en utilisant un groupe moto-ventilateur ou de l'air comprimé détendu. On procède ainsi à un balayage des cylindres pendant environ 3 mn avec un débit d'air compris entre 3 m3/h et 5 m3/h à une température de 40 "C. Cet air circule en utilisant le même circuit que les solutions aqueuses, la pompe d'aspiration étant à l'arrêt. 7-Démontage de l'outillage. Le processus de traitement étant terminé, l'outillage est démonté, le carter-cylindres (1) est alors prêt pour le montage. Le dispositif est également utilisable tel quel pour le traitement des carters en aluminium, la gamme doit être toutefois quelque peu modifiée-. L'étape de décapage électrolytique des surfaces des cylindres est remplacé par un dégraissage chimique en faisant circuler une solution aqueuse à base de soude puis en effectuant un rinçage et un décapage acide (fluonitrique). Bien sûr les valeurs des différents paramètres : temps de traitement, débit ou encore température doivent être ajustées pour permettre un traitement adéquat. Ainsi, grâce au dispositif proposé, l'ensemble du traitement est réalisé in-situ saps le moindre changement d'outillage, simplement par ouverture et fermeture des différentes conduites d'amenée et de retour des fluides utilisés au cours du traitement. La totale absence de mise à l'air des surfaces entre les différents étapes du traitement évite la formation d'oxyde à la surface des cylindres ou de dépôt de polluants, ce qui entraîné une qualité du dépôt NiSiC sans précédent. Tout le traitement, entre la mise en place du carter et de l'outillage et le démontage de ce dernier ne dure pas plus d'une vingtaine de minutes ce qui est extrêmement rapide comparé à toutes les méthodes proposées à ce jour, d'où une importante réduction des coûts d'exploitation. L'utilisation d'électrodes insolubles permet de garantir un bonne précision gèométrique du dépôt. Les électrodes conservent en effet leur caractéristiques dimensionnelles, les paramètres hydrauliques et électriques demeurent stables dans le temps, ce qui garantit des caractéristiques de dépôts constantes. L'utilisation côté aspiration d'une pompe volumétrique et non du côté refoulement pour la circulation des différents fluides, diminue considérablement les risques de fuites lors de la traversée du carter-cylindres. Enfin la mise en oeuvre de courants pulsés permet également d'améliorer la qualité du revêtement de NiSiC en terme de régularité, cette régularité permet de ne plus prévoir de reprise d'usinage. De ce fait l'épaisseur du revêtement de NiSiC peut être réduite approximativement à la valeur maximale de l'usure engendrée lors de la durée de vie du moteur. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. Ainsi pour la mise en place industrielle du procédé, trois types de machines peuvent être envisagés. Les machines à poste unique sur lesquelles toutes les phases du procédé sont effectuées successivement, les différents produits chimiques circulant suivant un cycle déterminé grâce à des distributeursa. Les machines de type transfert dans lesquelles un ensemble palette support-pièce à traiter outillage se déplace de poste en poste, à chaque poste cet ensemble est connecté automatiquement à l'un des différents circuits de fluide afin de réaliser chaque phase du traitement. Enfin les machines du type transfert à distribution qui utilisent la combinaison des deux types précédents. Sur chaque poste plusieurs phases peuvent être effectuées à l'aide de distributeurs. De plus le procédé et le dispositif de mise en oeuvre peut être appliqué à des revêtements autres que le NiSiC, comme des revêtements permettant d'augmenter la résistance à l'oxydatipn à haute température tels que des revêtements à base de nickel-cobalt-carbure de silicium. REVENDICATIONS [1] Procédé pour effectuer un dépôt électrolytique sur la face interne d'éléments tels que des cylindres ou des chemises de moteur à combustion interne, par circulation à travers ledit élément (12) des différents fluides nécessaires au traitement de la surface considérée, cette circulation de fluides étant accompagnée par une circulation correspondante de courants électriques entre ledit élément (12) et une électrode rapportée (3) s'étendant au droit de ladite surface, caractérisé en ce que les étapes de traitement de ladite surface comprennent successivement un dégraissage/décapage électrolytique, un rinçage à l'eau et un dépôt de nickel électrolytique comportant des particules résistantes telles que du carbure de silicium. [23 Procédé de dépôt sur des organes en fonte selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'étape de dégraissage/décapage électrolytique est opérée par mise en circulation à l'intérieur dudit élément (12) d'une solution aqueuse de soude, cette circulation coïncidant avec le passage d'un courant électrique entre l'anode formée par ledit élément (12)et la cathode formée par ladite électrode (3). [3] Procédé de dépôt selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape du dépôt de nickel est opérée par la mise en circulation à l'intérieur dudit élément (12) d'une solution aqueuse contenant du sulfate de nickel, des particules de carbure de silicium et de sels conducteurs, cette circulation coïncidant avec le passage d'un courant électrique entre l'anode formée par ladite électrode (3) et la cathode formée par ledit élément (12). [4] Procédé de dépôt selon la revendication 3, caractérisé en ce que lors du dépôt de nickel le courant électrique circulant entre l'anode (3) et la cathode (12) est de type pulsé ou continu et en ce que la valeur de ce courant croit au cours du temps. [5] Procédé de dépôt selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface à traiter dudit élément (12) est maintenue isolée pendant toute la durée du traitement pour éviter tout contact avec l'air ambiant. [6] Dispositif pour le traitement des surfaces intérieures des cylindres d'un moteur mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'étanchéité (2,4,52) des cylindres (12), des moyens de connexion (23,72,7) desdits cylindres (12) et des électrodes raccordées (3) à un générateur électrique, des moyens d'amenée (5,4) des différents fluides dans les cylindres (12) et des moyens d'évacuation (22), et des moyens de commande pilotant la circulation des fluides ainsi que le passage du courant électrique entre les cylindres (12) et les électrodes rapportées (3). [7] Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens d'étanchéité, de connexion électrique, d'amenée et d'évacuation des fluides sont constitués par deux ensembles distincts coopérant ensemble pour enserrer ,le carter (1) : un ensemble inférieur ou bloc support (6) sur lequel est positionné le carter (1) et un plateau porte électrodes (2) destiné à venir en appui sur le plan de joint supérieur du carter (1). [8] Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le bloc support présente des éléments de conduit cylindrique (5) s'étendant verticalement et destinés à être chacun positionnés à la base d'un cylindre (12) dudit carter (1), lesdits éléments de conduit étant reliés par leurs orifices inférieurs (54) à des conduites d'amenée des fluides depuis des bacs de stockage. t9] Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce le plateau porte électrodes (2) comporte des électrodes (3) en saillie de façon que chaque électrode (3) puisse être engagée coaxialement à l'intérieur d'un cylindre (12), lesdites électrodes (3), connectées électriquement par leurs- vis de fixation (7), étant prolongées à leurs parties inférieures par des moyens de connexion et d'étanchéité (8,4) destinés à coopérer avec les éléments de conduits (5). tl ] Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce les moyens de connexion et d'étanchéité' disposés en extrémité d'électrode (3) comprennent une conduite (8) comportant une collerette (82), l'extrémité inférieure de la conduite venant loger dans l'élément de conduit inférieur (5), l'extrémité supérieure débouchant par un série d'orifices (84) régulièrement répartis et situés au-dessus de la collerette (82), et un élément de joint (4) constitué par une bague montée mobile à la périphérie de la conduite de connexion (8) et destiné à coopérer, sous la poussée de l'élément de conduit (5) avec ladite colerette (82) de la conduite de connexion (8) pour forcer le joint (42) contre les parois de l'alésage cylindrique (12). [11] Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 9, caractérisé en ce le plateau porte-électrodes (2) présente un évidement (22) débouchant au droit des alésages cylindriques (12), cet évidement (22) étant destiné à recueillir les fluides traversant les cylindres (12) en provenance des éléments de conduit inférieurs (5), une série d'orifices d'évacuation (24) permettant de faire communiquer cet évidement (22) à une conduite collectrice aval pour le retour des fluides aux différents bacs. [12] Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 9, caractérisé en ce le plateau porte-électrodes (2) présente une connexion électrique (23) pour alimenter en courant électrique le bloc-cylindres (1) et donc les cylindres (12). (13] Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce la circulation des différents fluides est assurée par une pompe volumétrique aspirant lesdits liquides à travers ledit élément à protéger.