Brevet FR2869163A1 — publié le 20051021

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de fabrication de l'électrode centrale d'une bougie d'allumage comprenant les opérations suivantes: réalisation d'un corps de base essentiellement cylindrique, application d'une couche protectrice locale en un alliage à base de ruthénium sur le corps de base. Etat de la technique Les électrodes des bougies d'allumage pénètrent en position de montage dans la chambre de combustion du moteur thermique et sont alors exposées à l'érosion par étincelage à de l'oxydation et à la corrosion, c'est-à-dire à une forte usure. En fonction de l'énergie transmise aux électrodes par les étincelles produites pendant le fonctionnement de la bougie, la matière des électrodes fond, se vaporise et/ou s'oxyde. Pour augmenter la durée de vie des bougies d'allumage on peut envisager des mesures à la fois constructives et des mesures liées à la technique des matériaux. Pour fabriquer des électrodes de bougies d'allumage on utilise en général des matières ayant un point de fusion et un point d'ébullition élevés; le choix de la matière se fait de façon à diminuer la partie de l'arc de la décharge aval produite pendant le fonctionnement de la bougie au profit d'une décharge lumineuse plus favorable du point de vue de l'érosion par les étincelles. En particulier pour les électrodes de bougies d'allumage on utilise des matières ayant une faible tendance à l'oxydation, une faible tendance à la corrosion et/ou une forte résistance à l'usure vis-àvis de l'attaque érosive par les étincelles. En particulier une matière à base de nickel constitue une matière très répandue pour la fabrication d'électrodes de bougies d'allumage. Pour fabriquer des électrodes de bougies ayant une durée de vie particulièrement longue on peut également utiliser des matières à base de platine ou d'iridium. Il est également connu de fabriquer une bougie d'allumage ayant une électrode centrale formée d'un corps de base en une matière à base de nickel renforcée localement par du platine. L'utilisation de platine sur la matière des électrodes rend les bougies d'allumage très coûteuses. Le document EP 0 660 475 Al décrit une bougie d'allumage ayant une électrode de masse et une électrode centrale; celle-ci est formée d'un corps de base et d'un insert ou d'un prolongement en un alliage ruthénium/aluminium. Pour fabriquer l'électrode centrale on forme d'abord le corps de base et ensuite on applique sur la face frontale du corps de base tournée vers l'électrode de masse l'insert représentant une couche protectrice locale. Selon le document EP 0 660 475 Al on connaît un insert qui ne s'utilise pas avec une bougie d'allumage réalisée sous la forme d'une bougie à étincelles dite rampantes, ayant une électrode centrale qui coopère à sa périphérie avec plusieurs électrodes de masse. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé de fabrication d'une électrode centrale d'une bougie d'allumage, selon le-quel l'électrode centrale de la bougie d'allumage qui coopère par sa périphérie avec au moins une électrode de masse, présente une résistance à l'érosion par les étincelles et/ou à l'oxydation très élevée. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une électrode centrale de bougie d'allumage du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on applique l'alliage formant la couche protectrice sur le corps de base sous la forme d'une suspension et on le fixe sur le corps de base par un procédé de transformation par fusion. Ce procédé a l'avantage de munir l'électrode centrale à un endroit quelconque, c'est-à-dire également à sa périphérie, d'une couche protectrice résistant à l'usure, c'est-à-dire à l'érosion par étincelles et à l'oxydation, couche qui ne peut être appliquée par des techniques de transformation à cause de ses caractéristiques cassantes. La couche protectrice est appliquée notamment localement au niveau de l'attaque des étincelles sur le corps de base essentiellement cylindrique. L'électrode centrale fabriquée selon l'invention est en particulier une électrode centrale coopérant par sa périphérie avec au moins une électrode de masse. La suspension est appliquée avantageusement à la périphérie du corps de base. Il s'agit par exemple dans ce cas de l'électrode centrale d'une bougie dite à étincelles glissantes. Le procédé selon l'invention permet de réaliser une élec- trode centrale d'une bougie d'allumage dont la résistance à l'usure est certes inférieure à celle d'une électrode centrale renforcée par du platine mais plus élevée que celle d'un corps de base réalisé par exemple en un alliage à base de nickel. En outre, l'électrode centrale réalisée selon l'invention offre un avantage d'économie considérable par rapport à une bougie avec électrode centrale renforcée par du platine. Le procédé selon l'invention permet la fabrication de la couche protectrice avec seulement de faibles quantités d'alliage de sorte que 5 le coût en matière de la couche protectrice est très faible. Selon un mode de réalisation préférentiel du procédé de l'invention, on utilise un alliage qui, à côté du ruthénium, contient égale-ment du nickel, de l'aluminium et/ou du chrome; selon l'invention, la teneur en nickel dans l'alliage représente entre 30 % et 40 % en volume et la teneur en aluminium et en chrome de l'alliage représente entre environ 10 % et 30 % en volume. Suivant la teneur de chacun des éléments d'alliage nickel, aluminium et chrome on pourra obtenir un point de fusion suffisamment élevé pour chaque application garantissant une résistance à l'usure élevée de l'électrode centrale. La teneur en aluminium et chrome de l'alliage as- sure en outre que dans la chambre de combustion d'un moteur thermique, dans laquelle règne une atmosphère oxydante dans laquelle plonge l'électrode centrale pendant le fonctionnement, développe des couches d'oxyde d'aluminium et de chrome stables et se développant rapidement sur l'électrode centrale. Ces couches évitent une forte érosion de l'électrode centrale. Dans le cas d'un éclatement des couches d'oxyde par suite d'un choc thermique ou de l'étincelage, les couches d'oxyde se redéveloppent conservant ainsi l'effet protecteur de la matière de l'électrode. Mais dans ce cas il est intéressant de fabriquer le corps de base avec une matière contenant une quantité suffisante d'aluminium et de chrome pour assurer ensuite l'alimentation des couches d'oxyde. La suspension qui est appliquée avantageusement seule-ment au niveau du corps de base exposé à l'attaque des étincelles pendant le fonctionnement de la bougie se compose selon un mode de réalisation préférentiel du procédé de l'invention d'un liant représentant de préférence une teneur entre 5 % et 9 % en volume, un solvant représentant de préférence entre 31 % et 45 % en volume et de l'alliage qui correspond de préférence à une teneur comprise entre 50 % et 60 % en volume. Suivant la composition de la suspension, on réalise des épaisseurs de couches d'alliage, différentes avec une bonne qualité. Comme liant de la suspension on peut utiliser par exemple de l'éthylcellulose (éthylènecellulose) qui se vaporise simplement au cours du procédé de transformation par fusion. Comme solvant de la suspension on utilise avantageuse-ment notamment un solvant organique, par exemple un mélange d'alcool benzilique et d'éthanol. Le rapport de mélange choisi des composants du solvant dépend avantageusement de l'épaisseur de couche protectrice à réaliser. Ainsi, l'éthanol a par exemple un point d'ébullition plus faible que l'alcool benzilique. C'est pourquoi lorsqu'on réalise des couches de revêtement importantes pour lesquelles l'expulsion du solvant demande plus de temps on choisira un mélange de solvants ayant une forte teneur en alcool benzilique. Une teneur trop élevée en éthanol pourrait aboutir, du fait du procédé d'évaporation rapide, à la formation de cavités dans la couche protectrice. Pour réaliser l'électrode centrale de manière simple avec une surface périphérique essentiellement cylindrique, on place la suspension dans une rainure annulaire de l'électrode de base. Pour appliquer la suspension sur l'électrode centrale on utilise notamment un appareil de micro-dosage commandé de préférence par pression d'air et ayant une aiguille d'application d'un diamètre intérieur, de préférence compris entre 1,1 mm et 1,3 mm et utilisant une pression d'air de l'ordre de 2 bars à 3 bars. Le diamètre intérieur de l'aiguille d'application et la pression d'air peuvent être choisis en fonction de la viscosité de la suspension et de la granulométrie de la poudre d'alliage contenue dans la suspension. La granulométrie moyenne de l'alliage est par exemple de 22 m. L'appareil de micro-dosage peut être un appareil classique de laboratoire muni d'un réservoir et d'une aiguille d'application, de préférence conique; cette aiguille est par exemple en polyéthylène. Pour effectuer l'opération de transformation par fusion on utilise de préférence un laser tel qu'une diode laser ou un laser YAG. Pour arriver à une forte résistance à l'usure on règle le degré de mélange de l'alliage avec la matière du corps de base au maximum à 35 %. Un degré de mélange plus élevé pourrait même aboutir à une réduction de la tenue à l'usure par rapport à une électrode centrale non munie d'une couche protectrice. Le degré de mélange dépend de la conduite du procédé de transformation par fusion avec un laser. Pour optimiser le procédé on peut par exemple modifier la puissance du laser, le temps de parcours du laser à la périphérie du corps de base et le nombre de rotations. Le degré de mélange dépend également de la capacité calorifique du corps de base qui elle-même dépend de la géométrie ou des dimensions du corps de base ainsi que de la capacité d'absorption de la poudre d'alliage utilisée dans la suspension vis-à-vis du rayonnement émis par le laser. Pour fabriquer une couche protectrice fondue régulièrement en périphérie et qui ne présente pratiquement pas d'endroit marquant le début ou la fin du procédé de transformation par fusion, il est avantageux que la matière appliquée sur le corps de base soit transformée par fusion deux fois successivement. Cela peut se faire en particulier dans le cas d'un faisceau laser stationnaire en faisant tourner le corps de base deux fois autour de son axe pendant le procédé de transformation par fusion. Dessin La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation préférentiel du procédé de l'invention représenté schématiquement de manière très simplifiée dans le dessin dans lequel: l'unique figure montre une électrode centrale d'une bougie d'allumage en forme de bougie à étincelles rampantes en cours de fabrication. Description du mode de réalisation Le dessin montre une électrode centrale 10 d'une bougie à étincelles rampantes réalisée par ailleurs de manière habituelle et destinée à être installée dans le bloc-moteur d'un moteur thermique de véhicule. Cette bougie est présentée en cours de fabrication. L'électrode centrale 10 se compose d'un corps de base essentiellement cylindrique en un alliage NiAlSiY ayant un noyau en cuivre 12 pour augmenter sa conductivité thermique. Le corps de base 11 est fabriqué avec une rainure périphérique 13. Puis le corps de base est ins- tallé sur un outil rotatif. Ensuite, on remplit la rainure 13 à l'aide d'un appareil de micro-dosage 15 muni d'un réservoir 16 contenant la suspension et ayant une aiguille conique 17 en polyéthylène. L'aiguille a un diamètre intérieur de 1,19 mm et sert à remplir la rainure avec une suspension. La suspen- sion se compose de 5 % en volume d'éthylcellulose, de 45 % en volume d'un solvant comprenant de l'alcool benzilique et de l'éthanol et de 50 % en volume d'un alliage à base de ruthénium; l'alliage se compose de 50 % en volume de ruthénium, de 30 % en volume de nickel et de 20 % en volume de chrome et d'aluminium. L'appareil de micro-dosage 15 est corn- mandé dans le temps et avec la pression de l'air. Pendant le remplissage de la rainure 13 on fait tourner le corps de base 11 suivant la flèche X. Ensuite, on sèche à la température ambiante la suspension placée dans la rainure 13 pour expulser le solvant et obtenir un revête-ment préalable 18 formé de l'alliage et du liant. Après le séchage, à l'aide d'une diode laser 19 on effectue un procédé de fusion par laser pour obtenir une couche intermétallique 20 dans la rainure 13, cette couche étant formée de l'alliage, de la suspension et de la matière du corps de base 11. Le mélange de l'alliage de la suspension et la matière du corps de base 11 représentent au maximum 35 %. Pour arriver à ce mélange, la diode laser 19 est réglée pour avoir un dia-mètre de faisceau de 600 m, une distance focale de 200 mm, une vitesse de rotation de 80 t/min et une position focale de -10 mm. La puissance du laser est réglée à un maximum de 800 watts. Pendant le procédé de transformation par fusion qui vaporise le liant de la suspension on fait tourner le corps de base 11 deux fois 15 autour de son axe. Enfin, à l'emplacement de l'attaque des étincelles qui se produit pendant le fonctionnement de la bougie l'électrode centrale 10 comporte un revêtement annulaire ou une couche protectrice. On peut ainsi augmenter la durée de vie d'une bougie d'allumage jusqu'à 50 %. REVENDICATIONS 1 ) Procédé de fabrication de l'électrode centrale d'une bougie d'allumage comprenant les opérations suivantes: - réalisation d'un corps de base (11) essentiellement cylindrique, application d'une couche protectrice locale (20) en un alliage à base de ruthénium sur le corps de base (11), caractérisé en ce qu' on applique l'alliage formant la couche protectrice (20) sur le corps de base (11) sous la forme d'une suspension et on le fixe sur le corps de base 10 (11) par un procédé de transformation par fusion. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage contient du nickel, de l'aluminium et/ou du chrome. 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la teneur en nickel dans l'alliage représente entre 30 % et 40 % en volume et la teneur en aluminium et en chrome de l'alliage représente entre envi-20 ron 10 % et 30 % en volume. 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la suspension se compose d'un liant représentant de préférence une te- neur entre 5 % et 9 % en volume, un solvant représentant de préférence entre 31 % et 45 % en volume et de l'alliage qui correspond de préférence à une teneur comprise entre 50 % et 60 % en volume. 5 ) Procédé selon la revendication 4, 30 caractérisé en ce que le liant contient de l'éthylcellulose. 6 ) Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le solvant contient de l'alcool benzylique et/ou de l'éthanol. 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la suspension est appliquée dans une rainure annulaire (13) du corps de base (11). 8 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la suspension est appliquée à l'aide d'un appareil de microdosage (15), de préférence commandé par de l'air comprimé, qui possède une aiguille d'application ayant un diamètre intérieur compris de préférence entre 1,1 mm et 1,3 mm. 9 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le procédé de transformation par fusion est fait à l'aide d'un laser (19) en réalisant un degré de mélange de l'alliage et de la matière du corps de 15 base représentant au maximum 35 %. 10 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de base est tourné au moins deux fois autour de son axe pendant 20 le procédé de transformation par fusion.