Brevet FR2698888A1 — publié le 19940610

PROCEDE DE CHROMAGE DE PIECES DE FROTTEMENT L'invention concerne le chromage de pièces métalliques destinées à être soumises à des frottements répétés et nécessitant un coefficient de frottement de préférence faible. C'est le cas par exemple de queues de soupapes de moteurs thermiques, compresseurs, turbo-compresseurs etc, et aussi des tiges de vérins, d'amortisseurs, etc. Ces pièces de frottement, en acier ou autre matériau, sont traditionnellement chromées au moyen d'un dépôt électrolytique réalisé par courant continu. Les pièces sont ensuites rectifiées, afin d'amener la surface dans l'état désiré. Le chromage des pièces de frottement a pour but de diminuer le coefficient de frottement et d'améliorer la résistance mécanique. Le procédé de chromage traditionnel présente l'inconvénient de nécessiter une reprise mécanique des pièces chromées, pour atteindre le niveau de fini de surface désiré. Le brevet français FR-A-2 586 711 au nom du CETIM a fait connaître de façon générale un nouveau procédé de chromage électrolytique par courant pulsé avec inversion de courant, réalisé dans des conditions particulières, grace auquel on obtient des dépôts de chrome non fissurés et résistant à la corrosion. L'utilisation de ce procédé particulier pour le chromage des queues de soupape ne paraissait pas souhaitable dans la mesure où les avantages obtenus selon ce procédé, à savoir absence de fissuration et résistance à la corrosion, ne sont nullement décisifs pour les queues de soupapes : le problème de la corrosion ne se pose pas dans le cadre des soupapes d'automobiles, et la microfissuration n'altère pas les caractéristiques des soupapes. On a maintenant découvert avec surprise que l'application du procédé de chromage par courant pulsé, tel qu'enseigné par le document précité, aux queues de soupapes, ou plus généralement aux pièces de frottement ou qui requièrent un fini de surface très bon, apporte des avantages insoupçonnés : en fait, on peut supprimer l'étape de reprise pour rectification, ce qui permet également de ne pas avoir à déposer une surépaisseur de chrome. On s'est en effet aperçu que le chromage traditionnel entraînait, pour des épaisseurs de dépôt sur acier au-dessus de 2 à 3 micromètres, la formation de nodules bourgeonnants de chrome très dur qui altèrent l'état de surface. Or les dépôts de chrome pour les queues de soupapes en sortie de chaine sont souvent de l'ordre de 3 à 6 micromètres. De façon surprenante, le chromage par courants pulsés conduit à une diminution importante de la taille des nodules ainsi qu'à une finesse de grain plus grande, par comparaison avec le chromage classique. Cet état de surface amélioré permet de supprimer l'étape de finition. En fait, au lieu de nodules bourgeonnants disposés en chapelets, on a plutôt affaire à des cristaux répartis régulièrement, très affinés et beaucoup plus nombreux. La surface ainsi obtenue n'est donc plus agressive envers les guides dans lesquels les soupapes coulissent en utilisation. L'invention a pour objet un procédé de chromage électrolytique par courant pulsé avec inversion de courant pour l'obtention de dépôts de chrome qui présentent un état de surface directement apte à l'utilisation, caractérisé en ce que l'on opère avec les paramè tres suivants Ic = densité de courant cathodique Ia = densité de courant anodique Tc = durée des impulsions cathodiques Ta = durée des impulsions anodiques Qc = quantité de courant cathodique Qa = quantité de courant anodique dans les relations suivantes 0,01s 1O-3s 20A/dm2 lA/dm2 où s = seconde A/dm2 = Ampère par décimètre carré de surface d'électrode dt = Dérivée du temps en seconde C/dm2 = Coulomb par décimètre carré de surface d'électrode. Le chromage en courant pulsé peut éventuellement être précédé ou suivi d'un chromage par courant continu. Les figures 1 et 2 annexées montrent l'aspect de surface vu par microscopie électronique à balayage d'un échantillon chromé de façon traditionnelle et d'un échantillon chromé par courant pulsé. On voit sur la figure 1 l'aspect en "peau d'orange" de la surface, laquelle est constituée de reliefs relativement importants dont la surface propre est lisse. Les traces d'usinage sur l'échantillon d'acier non chromé sont re produites après chromage. En revanche, sur la figure 2, l'échantillon traité par courant pulsé a un aspect granuleux fin et homogène ; on ne constate par ailleurs qu'une faible hérédité de l'usinage du support. Quoique le procédé indiqué permette le plus souvent d'atteindre l'aspect de surface désiré, on a cherché à affiner ces résultats, et pour cela on a conduit les essais rapportés au tableau I ci-après. Pour ces essais, on a choisi Ia = Ic = 30A/dm2, ce qui représente une valeur moyenne courante. Le tableau indique, pour chaque essai, les valeurs de Ta et Tc, la vitesse de dépôt (en pm/h), le temps d'obtention d'un dépôt de 5 pin (en min), l'épaisseur du dépôt au terme de l'essai (en pin), et une appréciation concernant la présence et le nombre de nodules, en observant la surface, d'une part, avec une caméra vidéo (grossissement : x 500) et, d'autre part, avec un microscope optique (grossissement : x 700), grâce à quoi on a attribué une note entre 0 et 4, où 0 indique que des nodules sont présents et 4 indique qu'il n'y a pas de nodules. On a reporté ces résultats sur le graphique de la figure 3 portant en abscisse Ta et en ordonnées Tc, à échelle logarithmique. On a hachuré les zones sortant du domaine de l'invention. A l'intérieur de celui-ci, on constate qu'il est possible de tracer des courbes de niveau qui dégagent un domaine préférentiel de niveau 4, sensiblement homothétique au domaine initial, sensiblement délimité par les conductions Tc ç 50s ; Ta u 7 ms et Qa/Qc $ 1/20. Bien entendu, ces conditions sont définies pour Ia = Ic = 30A/dm2, mais il faut s'attendre à ce que des conditions semblables prévalent pour d'autres valeurs d'intensité. Ainsi, l'invention permet-elle à l'homme du métier d'obtenir à volonté le degré de fini de surface, en modulant les paramètres du courant pulsé. TABLEAU I REF Tc Ta Vitesse T5 m e RECHERCHE NODULES Essai (s) (ms) dépôt (min) ( m) caméra vidéo Microscopie optique ( m/h) image x 500 image x 700 cotation 0 900 0 20 15 5 OUI OUI 0 1 1 3 20 15 5 OUI OUI 0 2 5 3 20 15 5 OUI OUI 0 3 1 10 30 10 5 NON NON 4 4 3 10 24 10 4 NON NON 4 5 10 10 27 11 5 NON NON 4 6 30 10 22 11 4 NON NON 4 7 60 10 22 11 4 OUI PEU OUI 0 8 60 30 22 11 4 NON OU TRES PEU TRES PEU 2 9 60 100 19 12,5 4 NON TRES TRES PEU 3 10 60 1000 20 12 4 NON OU TRES PEU TRES TRES FINS REPARTIS 1 11 30 100 27 11 5 NON NON 4 12 30 1000 22 13,5 5 NON NON 4 13 10 100 25 12 5 NON NON 4 14 10 300 19 22 7 NON NON 4 15 5 50 22,5 16 6 NON NON 4 16 3 30 18,5 19,5 6 NON NON 4 17 1 30 10,3 29 5 OUI TRES PEU 2 REV7DNDICATIONS 1. Procédé de chromage de pièces de frottement, telles que des queues de soupape, caractérisé en ce que l'on utilise un chromage électrolytique par courant pulsé avec inversion du courant en opérant avec les paramètres suivants. Ic = densité de courant cathodique Ia = densité de courant anodique Tc = durée des impulsions cathodiques Ta = durée des impulsions anodiques Qc = quantité de courant cathodique Qa = quantité de courant anodique dans les relations suivantes 0,01s 10-3s 20A/dm2 lA/dm2 où s = seconde A/dm2 = Ampère par décimètre carré de surface d'électrode dt = Dérivée du temps en seconde C/dm2 = Coulomb par décimètre carré de surface d'électrode. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que Tc Ta > 7 ms Qc > 20 Qa