Brevet FR2860519A1 — publié le 20050408

L'invention concerne un procédé pour déposer un revêtement sur des substrats à l'aide d'une projection à arc électrique utilisant plusieurs fils. La projection à arc électrique utilisant plusieurs fils fait partie d'une manière générale du domaine du dépôt par projection thermique et est désignée, sous un terme synonyme comme étant une projection utilisant des fils. Dans l'état de la technique, on peut déposer au moyen de la projection par arc électrique utilisant plusieurs fils, des couches d'adhérence sur des chemises de cylindres (DaimlerChrysler, DE 100 02 440 Al). Dans le document DE 201 21 680 U1 on indique qu'à l'aide de la projection à arc électrique utilisant plusieurs fils, on peut former des renflements sur des surfaces de tôles de support. La présente invention a pour but d'indiquer un procédé pour déposer un revêtement sur un substrat métallique à l'aide d'une projection à arc électrique utilisant plusieurs fils. Il est préférable, conformément à l'invention, d'utiliser des substrats métalliques, à savoir constitués par un métal pur ou une composition d'au moins deux métaux AxBY (par exemple des alliages) ou un mélange de métaux. Sont tout particulièrement préférés de tels substrats métalliques, qui font l'objet de systèmes à frottement, comme par exemple des chemises de cylindres ou des zones de paliers. C'est pourquoi un autre but de la présente invention est d'améliorer le comportement tribologique dans des systèmes à frottement au moyen de la réalisation de revêtements sélectionnés sur un substrat métallique. Il s'est avéré que grâce au revêtement déposé d'une manière efficace, à l'aide de la projection performante à arc électrique utilisant plusieurs fils, on obtient une réduction du frottement dans le système à frottement. Dans le cadre de la présente invention, on met en oeuvre le principe de la projection à arc électrique utilisant plusieurs fils. En référence à la figure unique, annexée à la présente demande, on place deux ou plusieurs fils 1 ayant des polarités différentes, obtenues par l'application d'une tension continue ou alternative, en contact tout en formant un arc électrique 3. A Des températures de 2000-5000 K, un fil guidé de façon continue, qui contient un matériau oxydable, fond et le bain de fusion, qui apparaît, est pulvérisé finement au moyen d'un courant de gaz 2 dans le plasma 4. Les particules de matière 4, qui apparaissent, rencontrent avec des vitesses élevées le substrat 6 en formant un revêtement 5 sur le substrat. Conformément à l'invention on utilise des matériaux oxydants, de préférence des matériaux correspondant à la troisième, la quatrième ou la cinquième période dans le système de classification périodique des éléments, mais tout particulièrement des métaux ayant une forte tendance à former un oxyde tel que le titane, l'aluminium et le silicium, de préférence ayant une stabilité chimique et une ductilité, du type existant par exemple dans des céramiques. De même les nitrures métalliques sont intéressants conformément à l'invention. De tels oxydes métalliques et nitrures métalliques forment, conformément à l'invention, de préférence des revêtements formant des phases stables dans le substrat métallique. On utilise lors de la projection à arc électrique utilisant plusieurs fils, des fils correspondants formés par un matériau oxydant comme par exemple du titane pur, des fils de titane, d'aluminium ou de silicium pur ou éventuellement des fils contenant des mélanges de métaux ou des compositions métalliques, par exemple des alliages de ces matériaux. Conformément à l'invention, on peut utiliser simultanément différents fils de ce type dans le système de projection à arc électrique utilisant plusieurs fils. D'autres métaux appropriés ne sont pas exclus. En raison de la formation de leurs oxydes et de leurs nitrures, les fils sont utilisés dans des gaz correspondants (voir la figure). C'est pourquoi il est approprié d'utiliser des fils de titane et/ou d'aluminium qui sont soumis à un courant de gaz formé d'azote pur et/ou d'oxygène pur ou d'un mélange de ces produits ou éventuellement formé d'air, dans la formation d'un plasma approprié. Pour accroître le nombre de chocs, on peut également utiliser des gaz inertes tels que le xénon. Dans le cas de la projection à arc électrique utilisant plusieurs fils il apparaît, dans le plasma, des particules de matière - chargées ou non chargées - formées d'oxyde(s) de titane ou de nitrure(s) de titane, d'ions (de radicaux) correspondants et/ou d'oxyde(s) d'aluminium ou de nitrure(s) d'aluminium et/ou d'oxyde(s) de silicium et/ou de nitrure(s) de silicium, d'ions (de radicaux) correspondants. Dans une forme de réalisation particulière, le dépôt est une couche céramique, qui est réalisée conformément à l'invention avec des oxydes métalliques correspondants au moyen d'une projection à arc électrique utilisant plusieurs fils. Grâce à la variation des paramètres de la projection à arc électrique utilisant plusieurs fils (température, courant de gaz, vitesse des particules, choix de l'épaisseur du fil, caractère approprié et traitement du substrat) le spécialiste est à même d'obtenir une épaisseur de couche correspondante et une qualité appropriée (mesure du comportement de frottement sous contrainte mécanique). Les problèmes indiqués sont réalisés par conséquent à l'aide d'un procédé pour fabriquer des revêtements sur un substrat métallique à l'aide d'une projection à arc électrique utilisant plusieurs fils, lors de laquelle la couche est constituée de façon primaire (dans un sens quantitatif) par de l'oxyde d'aluminium et/ou du nitrure d'aluminium et/ou de l'oxyde de titane et/ou du nitrure de titane et/ou de l'oxyde de silicium et/ou du nitrure de silicium, ou est un mélange de tels matériaux et contient éventuellement, de façon secondaire (dans un sens quantitatif), des oxydes métalliques ou des nitrures métalliques (par exemple au moyen de l'introduction d'impuretés ou bien par addition). Le terme "primaire" indique également qu'au moins un oxyde d'aluminium et/ou un nitrure d'aluminium et/ou un oxyde de titane et/ou un nitrure de titane et/ou un oxyde de silicium et/ou un nitrure de silicium est présent de façon primaire (dans un sens quantitatif) produits précisément par la projection à arc électrique utilisant plusieurs fils dans le procédé selon l'invention. Dans le cadre de la présente invention, sous l'expression mélange, il faut comprendre également qu'il s'agit de phases mixtes nitriques de ces métaux. De même, on ne peut également pas exclure une liaison intermétallique de la couche avec le substrat métallique, qui pénètre à nouveau dans la structure de la couche (par exemple moyennant un tel agencement de phase mixte avec le substrat métallique). Les revêtements obtenus formés par les oxydes et les nitrures ou la couche céramique, indiqués plus haut, présentent une résistance élevée à l'usure dans des systèmes à frottement, comme par exemple des chemises de cylindres. Cela conduit à une réduction avantageuse de la puissance de traînage et par conséquent à une réduction de la consommation de carburant. C'est pourquoi un autre but de l'invention est résolu grâce au fait que la couche est une couche de protection contre l'usure, de préférence dans un système à frottement. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, il s'est avéré en outre avantageux d'obtenir, au moyen d'un refroidissement avec des procédés connus - une vitesse élevée de refroidissement des particules, qui est nécessaire notamment lors de la fabrication de couches céramiques appropriées. Dans une autre forme de réalisation préférée, le procédé est exécuté d'une manière continue et automatisée. Lesdits fils sont introduits continûment dans le procédé. A l'aide de substrats mobiles, on dépose continûment un revêtement sur de nouveaux substrats. Le contrôle s'effectue d'une manière commandée par ordinateur. La présente invention s'étend également à une couche pouvant être obtenue à l'aide du procédé selon l'invention, ainsi qu'à un substrat métallique comportant un revêtement réalisé par le procédé selon l'invention ou comportant une telle couche selon l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé pour fabriquer des revêtements sur un substrat métallique, caractérisé en ce qu'on réalise le revêtement à l'aide d'une projection à arc électrique utilisant plusieurs fils, à partir de nitrure d'aluminium et/ou d'oxyde d'aluminium et/ou de nitrure de titane et/ou d'oxyde de titane et/ou d'oxyde de silicium et/ou de nitrure de silicium ou un mélange de ces matériaux. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un oxyde ou un nitrure est primaire, en dehors d'autres oxydes métalliques ou nitrures métalliques secondaires. 3. Procédé selon l'une ou l'autre des revendica-15 tions 1 et 2, caractérisé en ce que le revêtement est réalisé sous la forme d'une couche céramique. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche est réalisée sous la forme d'une couche de protection contre l'usure. 5. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 4, caractérisé en ce que le substrat métallique est un objet d'un système à frottement. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que le substrat métallique est une chemise de cylindre ou une zone de palier. 7. Couche pouvant être obtenues à l'aide d'un pro-cédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8. Substrat métallique comportant un revêtement réalisé selon l'une des revendications 1 à 6 ou avec une couche selon la revendication 7.