Brevet FR2739397A1 — publié le 19970404

INSTALLATION POUR EFFECTUER UN DEPOT ELECTROLYTIOUE 8UR DE8 CHEMISES OU CYLINDRE8 DE NOTEUR La présente invention se rapporte à une installation pour effectuer un dépôt électrolytique sur les parois internes d'un bloc-cylindres ou des chemises d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. I1 est connu de renforcer les caractéristiques mécaniques .des alésages cylindriques d'un bloc-cylindres en fonte ou en alliage léger de moteur à combustion interne grâce à des revêtements électrolytiques à base de Chrome ou encore de Nickel et de particules de Carbure de Silicium. Le dépôt d'un revêtement composite du type Nickel et particules de Carbure de Silicium est particulièrement intéressant car il permet de renforcer la résistance mécanique des cylindres tout en améliorant leur lubrification en.raison-de la rétention du lubrifiant par les particules de carbure de silicium qui émergent partiellement de la surface du nickel, ce qui permet de diminuer de manière très sensible l'usure due au frottement des segments de pistons. Traditionnellement, ces revêtements sont appliqués sur les parois des alésages cylindriques "au trempé". Chaque 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 électrodes venant s'insérer à l'intérieur des cylindres. Un tel procédé présente de nombreux inconvénients parmi lesquels on peut citer la réalisation d'un dépôt débordant largement la surface des cylindres à renforcer et atteignant de ce fait certaines zones des blocs-cylindres où la présence de particules abrasives est indésirable, ou encore le caractère peu homogène des revêtements obtenus quant à la concentration des particules ce qui affaiblit localement leurs tenues à l'usure. 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, permet la formation d'oxydes qui compromettent la bonne adhérence du revêtement. Pour remédier à ces inconvénients, il est connu notamment par le document FR-A-2.492.850 d'effectuer l'ensemble des opérations nécessaires au dépôt électrolytique par circulation des différents fluides directement à l'intérieur des cylindres, de la sorte seul l'intérieur des cylindres est revêtu à l'exclusion de toute autre partie. La Demanderesse a perfectionné ce procédé et a développé une installation correspondante de mise en oeuvre qui ont été notamment décrits dans les demandes de brevet françaises FR-A-2.614.074 et FR-A-2.685.924. Quel que soit le procédé connu de dépôt par circulation des électrolytes à l'intérieur des cylindres à revêtir, on applique à joint étanche une tête et une contre-tête contre les extrémités correspondantes du bloc-cylindres, cette tête et cette contre-tête étant adaptées pour permettre. le montage d'une électrode disposée coaxialement à l'intérieur de chacun des alésages cylindres et l'écoulement des différents fluides nécessaires à la mise en place du dépôt électrolytique. Un tel procédé de dépôt électrolytique par circulation in-situ ne permet toutefois pas de réaliser un revêtement totalement homogène sur toute la hauteur des parois à recouvrir et notamment au droit des bords supérieurs des alésages-cylindriques ou encore aux contours des lumières dans le cas de cylindres de moteur deux temps, qui constituent des arêtes concentrant les lignes de courant électriques et entraînant de ce fait le dépôt de surépaisseurs ou excroissances de revêtement comme cela est illustré à la figure 4. De telles surépaisseurs présentent notamment l'inconvénient d'imposer des opérations de reprises d'usinage après dépôts à la fois coûteuses et complexes à mettre en oeuvre. Le but de la présente invention est donc de proposer une installation de dépôt électrolytique par circulation in-situ des fluides de traitement permettant de réaliser des dépôts parfaitement homogènes et notamment sans excroissance au droit des arêtes, et ce grâce à des moyens simples et peu coûteux à mettre en oeuvre. L'installation selon l'invention pour effectuer un dépôt électrolytique sur la paroi interne d'une pièce mécanique, comme notamment l'alésage cylindrique d'un bloc-cylindres de moteur à combustion interne de véhicule automobile, est du type comprenant une tête et une contre-tête présentant des passages adaptés pour permettre la circulation des fluides nécessaires au traitement et pouvant s'appliquer à joint étanche contre les extrémités correspondantes de la pièce, la contretête comprenant un plateau supportant une électrode destinée à venir se positionner en regard de la paroi à revêtir. Selon l'invention, l'installation pour effectuer un dépôt électrolytique est caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens atténuateurs du courant électrique qui est établi entre l'électrode et la paroi à revêtir lors de la mise en circulation du bain d'électrolyte, ces moyens atténuateurs s'étendant au droit des arêtes présentées par la paroi à revêtir et étant adaptés pour laisser circuler librement les différents fluides né:essaires au traitement de cette paroi. Selon une autre caractéristique de l'installation pour effectuer un dépôt électrolytique objet de la présente invention, les moyens atténuateurs de champ électrique sont constitués par un écran en matériau électriquement isolant qui s'étend entre l'électrode et la paroi à revêtir, au droit de chacune des arêtes. Selon une autre caractéristique de l'installation pour effectuer un dépôt électrolytique objet de la présente invention, cet écran est directement porté par le plateau supportant l'électrode. Selon une autre caractéristique de l'installation pour effectuer un dépôt électrolytique objet de la présente invention, cet écran est constitué par un fourreau cylindrique venant entourer l'électrode. Selon une autre caractéristique de l'installation pour effectuer un dépôt électrolytique objet de la présente invention, ce fourreau présente dans sa partie supérieure une collerette permettant sa fixation sur le plateau supportant l'électrode. Selon une autre caractéristique de l'installation pour effectuer un dépôt électrolytique objet de la présente invention, la collerette ménagée à l'extrémité du fourreau est percée de trous de façon à permettre la libre circulation des fluides entre le fourreau et la paroi à revêtir. Selon une autre caractéristique de l'installation pour effectuer un dépôt électrolytique objet de la présente invention, le fourreau s'étend à une distance prédéterminée de la paroi à revêtir, cette distance étant déterminée en fonction des caractéristiques de l'installation et du procédé mis en oeuvre. Selon une autre caractéristique de l'installation pour effectuer un dépôt électrolytique objet de la présente invention, le fourreau s'étend parallèlement à l'électrode sur une longueur prédéterminée, cette longueur étant déterminée en fonction des caractéristiques de l'installation et du procédé mis en oeuvre. Selon une autre caractéristique de l'installation pour effectuer un dépôt électrolytique objet de la présente invention, le fourreau est une pièce rapportée qui est fixée au plateau supportant l'électrode par insertion à la coulée. 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 d'une installation conforme à la présente invention la figure 2 est une vue de détail de la figure 1 précisant le montage dans un cylindre donné, des moyens atténuateurs de champ électrique objet de la présente invention la figure 3 est une vue de dessus des moyens atténuateurs de champ électrique représentés à la figure 2 la figure 4 est une vue en coupe partielle précisant la forme, au droit de l'extrémité supérieure d'un cylindre, d'un revêtement obtenu avec une installation de dépôt d'un revêtement électrolytique par circulation in-situ selon l'art antérieur la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 4 montrant en comparaison la forme du revêtement obtenu avec une installation objet de la présente invention. Conformément à la figure 1, l'installation présentée est donc destinée à opérer le dépôt d'un revêtement électrolytique, tel qu'un composite de Nickel et de particules de Carbure de Silicium encore appelé NiSiC ou NiCaSil, sur les parois intérieures des alésages cylindriques d'un bloccylindres référencé 1 de moteur à combustion interne de véhicule automobile, de type à quatre cylindres en ligne. Cette installation étant du type de celle déjà décrite dans la demande de brevet français précitée nOFR-A-2.685.924, seule la partie des - outillages au contact du cartercylindres 1 a été représentée. Ces outillages se composent de deux ensembles distincts venant enserrer le bloccylindres 1, un ensemble inférieur 6, encore appelé "tête", s'étendant sous l'embase du bloc-cylindres 1 et un ensemble supérieur 2, encore appelé "contre-tête", venant surmonter la tablature du bloc-cylindres 1. La tête 6 et la contre-tête 2 viennent s'appliquer à joint étanche contre les extrémités correspondantes du bloc-cylindres 1 de façon à isoler chacun des alésages cylindriques ou cylindres 12 du bloc-cylindres 1 et permettre la circulation à l'intérieur de ceux-ci des différents fluides nécessaires à la mise en place du dépôt de NiSiC. La tête 6 comprend un plateau porte-pièce encore appelé bloc support 60 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 60 comporte des moyens de positionnement non figurés permettant la mise en place et le centrage du bloc-cylindres 1 disposé sensiblement verticalement, le plan de joint culasse étant dirigé vers le haut. Le bloc support 60 qui peut être mobile ou fixe 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 bloccylindres 1. Un ressort hélicoïdal de poussée- 65 est interposé entre le bloc support 60 et chaque élément de conduit 5 de façon à repousser ce dernier vers le haut. Chaque ressort 65 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 65 sera expliqué ci-après. Ces éléments de conduit 5, destinés à amener les fluides dans les cylindres 12, sont reliés par leur orifice inférieur 54 à une conduite collectrice amont, non figurée, cette conduite étant destinée à être successivement connectée aux différents bacs où sont entreposées les solutions nécessaires au traitement des surfaces des cylindres 12, par des conduites spécifiques munies de vannes pilotées. La contre-tête 2 comprend un plateau 20 supportant quatre électrodes 3 en saillie à la surface inférieure du plateau 20. Le plateau 20, formé en matière plastique, est positionné en appui sur la face supérieure du bloc-cylindres 1 avec interposition d'un joint d'étanchéité, de façon que chacune des électrodes 3 soit engagée coaxialement à l'intérieur d'un alésage cylindrique 12. Le plateau porte-électrodes 20 est également traversé par une barre de cuivre 23 destinée à connecter électriquement le bloc-cylindres 1 et présente des moyens atténuateurs de champ électrique 9 s'étendant devant les arêtes formées par les bords supérieurs des cylindres 12. Chaque électrode 3 de type insoluble est formée par un corps 31 en plomb-étain ou en titaneplatine, s'étendant sensiblement sur toute la hauteur des cylindres 12. Le corps 31 est fixé au plateau porte-électrodes 20 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 venant se connecter à leurs extrémités 72. Chaque électrode 3 est par ailleurs prolongée à sa partie inférieure par une conduite de connexion 8, en matériau plastique. Cette conduite a un double rôle : étancher la partie inférieure du cylindre 12 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 un épaulement 82 s'étendant sous l'électrode 3. Cet épaulement 82 est destiné à coopérer avec un élément de joint 4 pour étancher l'extrémité inférieure de l'alésage cylindrique 12 du reste du bloc-cylindres 1. Par ailleurs, l'extrémité inférieure de la conduite de connexion 8 débouche dans l'élément de conduit inférieur 5 tandis que l'extrémité supérieure débouche par une série d'orifices 84 régulièrement répartis et situés au-dessus de l'épaulement 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 65 pousse élastiquement la bague 4 contre l'épaulement 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 20 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 destinée à être connectée aux conduites spécifiques, également non figurées, assurant. le retour des fluides de traitement à leurs bacs respectifs. Par ailleurs, l'installation comprend une pompe d'aspiration également non figurée pour la mise en circulation des solutions, cette pompe étant située à la sortie de la conduite collectrice en aval de l'outillage précédemment décrit. Les conduites d'amenée et de retour des différents fluides sont équipées de vannes pilotées. Ces vannes sont commandées 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 à la figure 2, les moyens atténuateurs de champ électrique disposés devant les bords supérieurs des cylindres 12 sont formés par des écrans 9 en matériaux électriquement isolants et résistants aux attaques des produits chimiques en circulation. Les écrans 9 adaptés pour permettre le libre passage des fluides nécessaires au traitement, sont positionnés dans les espaces compris entre les électrodes 3 et les parois internes des alésages cylindriques correspondants 12 de façon à s'étendre sur une longueur et à une distance prédéterminées des bords supérieurs des alésages cylindriques 12. Ainsi ces écrans permettent d'opérer une réduction localisée du champ électrique régnant entre chaque électrode 3 et la paroi du cylindre 12 en regard sans modifier la circulation des fluides. Chacun de ces écrans 9 est formé par un fourreau cylindrique creux rapporté 91 venant entourer l'électrode correspondante 3 sensiblement coaxialement à cette dernière au droit de l'arête A formée par l'extrémité supérieure de l'alésage cylindre 12 concerné. L'alésage central du fourreau 91 est dimensionné de façon à ménager un espace suffisant entre l'électrode 3 et la paroi intérieure du fourreau 91 pour permettre le libre écoulement des fluides introduits dans le cylindre 12 vers l'évidement collecteur 22. Ce fourreau 91 présente dans sa partie supérieure un épaulement annulaire ou collerette 92 en saillie radiale dans sa partie supérieure qui vient se loger dans lo plateau 20. Le montage de la collerette 92 dans le plateau 20 est réalisé de préférence par insertion à la coulée ou encore par sertissage. On pourra également en variante de réalisation intégrer directement les fourreaux 91 au plateau porte-électrodes 20, ceux-ci faisant alors corps avec le plateau 20. Pour ne pas modifier la mise en place d'un dépôt homogène au voisinage de l'arête A, résultant d'un balayage continu de la paroi à revêtir par les différents fluides de traitement et notamment par les électrolytes, I'épaulement annulaire 92 est percé de trous 90 mettant en communication l'évidement collecteur correspondant 22 du plateau porte-électrodes et l'espace annulaire compris entre la paroi intérieure du cylindre 12 et la paroi extérieure du fourreau 91. Ces trous 90 sont régulièrement répartis comme cela apparaît à la figure 3 de façon à permettre la libre circulation des fluides entre le fourreau 91 et la paroi interne en regard du cylindre 12. La répartition, la taille ou encore la forme des orifices 90 sont déterminées de manière à assurer l'écoulement le plus régulier possible sur toute la périphérie du cylindre 12 et éviter la création de toute zone morte. Les diamètres extérieur et intérieur ainsi que la longueur axiale du fourreau 91 ou encore la nature du matériau isolant retenu sont déterminés en fonction des caractéristiques de l'installation et du procédé mis en oeuvre, telles que la position et les dimensions de l'électrode 3, les valeurs des débits des bains d'électrolytes et les valeurs des champs électriques appliqués, l'épaisseur du revêtement à déposer, etc.. Dans l'exemple illustré où l'électrode 3 débute sensiblement au droit du bord supérieur A de l'alésage cylindrique 12, on ajuste alors plus particulièrement la longueur axiale L du fourreau 91 mesurée entre le bord supérieur A du cylindre 12 et l'extrémité inférieure du fourreau 91 s'étendant à l'opposé de l'épaulement annulaire 92, et la distance d séparant le fourreau 91 de la paroi interne de l'alésage cylindrique 12 (par exemple par des expérimentations préalables) de façon à obtenir un revêtement dont l'épaisseur décroît progressivement au droit de l'arête formée par le bord supérieur du cylindre 12 comme cela apparaît représenté à la figure 5. De façon préférentielle, pour un matériau isolant tel que du polypropylène et compte tenu de valeurs de débits des électrolytes comprises entre 3 et 6 m3/h pour une distance entre l'électrode et la paroi du cylindre comprise entre 5 et 15 mm et des valeurs de courants électriques comprises entre 70 et 120 A, la longueur axiale L sera choisie entre 1 et 6 mm et la distance d entre 1 et 4 mm. 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. REVENDICATIONS [1] Installation pour effectuer un dépôt électrolytique sur la paroi interne d'une pièce mécanique (1), notamment un alésage cylindrique (12) d'un bloc-cylindres (1) de moteur à combustion interne de véhicule automobile, du type comprenant une tête (6) et une contre-tête (2) présentant des passages (54,84,22,24) adaptés pour permettre la circulation des fluides nécessaires au traitement et pouvant s'appliquer à joint étanche contre les extrémités correspondantes de ladite pièce (1), ladite contre-tête (2) comprenant un plateau supportant une électrode (3) destinée à venir se positionner en regard de la paroi à revêtir (12), caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens atténuateurs du courant électrique (9) qui est établi entre l'électrode (3) et la paroi à revêtir (12) lors de la mise en circulation du bain d'électrolyte, lesdits moyens atténuateurs (9) s'étendant au droit des arêtes (A) présentées par ladite paroi à revêtir (12) et étant adaptés pour laisser circuler librement les différents fluides nécessaires au traitement de ladite paroi (12). [2] Installation pour effectuer un dépôt électrolytique selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens atténuateurs de champ électrique sont constitués par un écran (9) en matériau électriquement isolant qui s'étend entre l'électrode (3) et la paroi interne (12) à revêtir, au droit de chacune des arêtes (A). (3] Installation pour effectuer un dépôt électrolytique selon la revendications 2, caractérisée en ce que ledit écran (9) est directement porté par le plateau (20) supportant l'électrode (3). [4] Installation pour effectuer un dépôt électrolytique selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisée en ce que ledit écran (9) est constitué par un fourreau cylindrique (91) venant entourer l'électrode (3). [5] Installation pour effectuer un dépôt électrolytique selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit fourreau (91) présente dans sa partie supérieure une collerette (92) permettant sa fixation sur le plateau (20) supportant l'électrode (3). [6] Installation pour effectuer un dépôt électrolytique selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite collerette (92) est percée de trous (90) de façon à permettre la libre circulation des fluides entre ledit fourreau (91) et ladite paroi à revêtir (12). [7] Installation pour effectuer un dépôt électrolytique selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que ledit fourreau (91) s'étend à une distance (d) prédéterminée de ladite paroi à revêtir (12), ladite distance (d) étant déterminée en fonction des caractéristiques de l'installation et du procédé mis en oeuvre. [8] Installation pour effectuer un dépôt électrolytique selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que ledit fourreau (91) s'étend parallèlement à l'électrode (3) sur une longueur (L) prédéterminée, ladite longueur (L) étant déterminée en fonction des caractéristiques de l'installation et du procédé mis en oeuvre. [9] Installation pour effectuer un dépôt électrolytique selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que ledit fourreau (91) est une pièce rapportée qui est fixée au plateau (20) supportant l'électrode (3) par insertion à la coulée.