Brevet FR2802610A1 — publié le 20010622

PROCEDÉ DE FORMATION DE RÉSERVOIRS D'HUILE SUR DU FER REVETU La présente invention concerne de façon générale un procédé de décapage abrasif et de gravure plasma d'un substrat en fer ductile pour créer des réservoirs d'huile superficiels qui sont ensuite revêtus pour fournir un produit en fer résistant à l'usure. Des chercheurs ont noté dans le domaine des contacts lubrifiés à l'huile, tels que des pignons et des roulements, que la lubrification des contacts en fer lubrifiés à l'huile est augmentée par des revêtements déposés par voie physique en phase vapeur (PVD). Des revêtements PVD résistant à l'usure appliqués à des surfaces peuvent améliorer les performances en réduisant le frot- tement et l'usure. Typiquement, le dépôt d'un revêtement PVD sur un substrat de fer est réalisé par un processus de nettoyage chi- mique, tel qu'un nettoyage aux alcalins en présence d'ultrasons, suivi d'une gravure plasma, puis par le processus de dépôt. Typi- quement, les produits en fer qui sont relativement lisses ou exempts de calamine ou d'oxydes ne sont pas soumis à un processus de décapage abrasif avant le revêtement. On a fait la théorie que dans des contacts lubrifiés à l'huile, des caractéristiques de texture superficielles, telles que des rainures ou des canaux, par exemple des surfaces rectifiées que l'on trouve dans des chemises de cylindres, peuvent agir comme réservoirs de lubrifiant. Les réservoirs assurent une lubrification des surfaces en contact dans des situations qui peuvent être exemptes de toute lubrification, par exemple pendant le démarrage ou lors de déplacement à faible vitesse. Toutefois, aucun des documents de l'art antérieur ne décrit ni ne suggère un procédé pour créer des réservoirs d'huile superficiels sur un substrat en fer dans le but d'améliorer la lubrification. On souhaite depuis longtemps disposer d'un procédé pour améliorer la lubrification de pièces en fer. Il est encore plus souhaitable de réaliser l'objet ci-dessus sans affecter de façon néfaste la pièce en fer. Aucun des documents cités ne décrit ni ne suggère des réservoirs d'huile superficiels à la surface du fer dans le but d'améliorer l'épaisseur du film d'huile, le coefficient de frot- tement, les contraintes de contact et les températures de contact qui influent sur la formation de piqûres et l'abrasion. Selon un aspect de la présente invention, il est prévu un procédé pour augmenter la lubrification de contacts lubrifiés en fer. Le procédé comprend les étapes suivantes. Un camposant en fer ccmpor- tant un substrat en fer ductile est prévu. La surface du substrat en fer ductile est décapée par abrasion et gravée sous plasma pour créer des réservoirs d'huile superficiels. Un revêtement est alors formé sur le substrat en fer ductile par un procédé de dépôt. Selon un autre aspect de la présente invention, il est prévu un produit en fer ductile ayant des caractéristiques de lubrification améliorées. Le produit comprend un substrat en fer ductile avec des réservoirs d'huile superficiels et un revêtement déposé au-dessus par PVD. Un substrat en fer ductile est d'abord préparé. Le substrat en fer ductile est ensuite nettoyé par décapage abrasif et gravé sous plasma. Le décapage abrasif est bien connu dans la technique. Les matériaux abrasifs sont de l'oxyde d'aluminium, des billes de verre, des débris d'acier ou des débris de fonte. Dans le mode de réalisation préféré, le matériau abrasif est de l'oxyde d'aluminium d'une dimension de particules dans une plage d'environ 3 à environ 300 gm, de préférence dans la plage d'envi- ron 3 à environ 7 um. Après nettoyage du substrat en fer ductile par décapage abrasif, des réservoirs d'huile superficiels ou poches sont créés sur la surface du produit en fer par suite de l'abrasion préférentielle, c'est-à-dire de l'érosion, des nodules de graphite présents dans la microstructure de fer ductile. Alors, le substrat en fer ductile est gravé sous plasma avant d'être revêtu. Des techniques de gravure plasma sont bien connues de l'homme de l'art. Dans le mode de réalisation préféré, le procédé comprend en outre l'étape consistant à déposer un revêtement résistant à l'usure et à faible coefficient de frottement sur le substrat par des techniques de dépôt physique en phase vapeur (PVD) telle qu'une évaporation sous arc ou une pulvérisation magnétron. On envisage, dans le domaine de l'invention, que d'autres techniques de dépôt puissent être utilisées pour produire le revêtement. Le revêtement préféré est du carbone à structure dia- mant (DLC) car il assure de meilleures performances de lubrifica- tion de limites tout en maintenant ou en réduisant le coefficient de frottement du contact lubrifié. Dans le mode de réalisation préféré, le revêtement a une épaisseur de préférence non supérieure à environ 25 um et a de préférence une épaisseur dans la plage d'environ 3 à 7 gm. Une épaisseur de revêtement supérieure à environ 25 ym n'est pas sou- haitable car le revêtement peut développer des contraintes rési- duelles suffisamment élevées pour le séparer du substrat. Application industrielle Des produits formés selon le procédé ci-dessus sont particulièrement utiles pour des pignons, des rouleaux et pro- duits similaires qui utilisent des contacts lubrifiés à l'huile ou sont en contact glissant. En outre, en prévoyant ainsi les réservoirs d'huile superficiels spécifiques selon l'invention, le produit résultant a une durée de vie accrue. Ceci économise éga- lement de la matière et réduit les coûts de fabrication. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'hromme de l'art à la lecture de la présente description. REVENDICATIONS 1. Procédé de formation de réservoirs d'huile superfi- ciels sur un substrat en fer ductile comprenant les étapes sui- vantes: préparer un substrat de fer; décaper par abrasion le substrat; graver sous plasma le substrat; et déposer un revêtement sur le substrat. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le décapage par abrasion comprend un matériau d'abrasion choisi dans le groupe comprenant de l'oxyde d'aluminium, des billes de verre, des débris d'acier et des débris de fonte. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le matériau abrasif est de l'oxyde d'aluminium. 4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le matériau abrasif a une dimension de particules dans la plage d'environ 3 à environ 300 Hm. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le revêtement est effectué par dépôt physique en phase vapeur. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le dépôt est réalisé par évaporation à partir d'un arc. 7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le dépôt est réalisé par pulvérisation magnétron. 8. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le dépôt a une épaisseur dans la plage d'environ 1 à environ 25 gm. 9. Produit en fer ductile ayant des caractéristiques de lubrification aux limites améliorées, comprenant: un substrat en fer ductile comportant des réservoirs d'huile superficiels; un revêtement déposé sur le substrat en fer ductile, ayant une épaisseur non supérieure à environ 25 gm. 10. Produit en fer ductile ayant des caractéristiques de lubrification aux limites améliorées, selon la revendication 9, dans lequel le revêtement est déposé par dépôt physique en phase vapeur. 11. Produit en fer ductile ayant des caractéristiques de lubrification aux limites améliorées selon la revendication , dans lequel le revêtement est déposé par évaporation en pré- sence d'arc. 12. Produit en fer ductile ayant des caractéristiques de lubrification aux limites améliorées selon la revendication , dans lequel le revêtement est déposé par pulvérisation magné- tron. 13. Produit en fer ductile ayant des caractéristiques de lubrification aux limites améliorées selon la revendication , dans lequel le revêtement a une épaisseur dans la plage d'envi- ron 1 à environ 25 Àm.