Brevet FR2982508A1 — publié le 20130517

PROCEDE DE REVETEMENT PAR SERIGRAPHIE D'UNE PIECE DE REVOLUTION [0001] L'invention concerne le dépôt de revêtement par sérigraphie sur des pièces mécaniques, et plus particulièrement le dépôt de revêtements à fonction de lubrifiant pour des pièces mécaniques de révolution, par exemple substantiellement cylindriques comme des tiges d'amortisseur, pièces que l'on peut rencontrer notamment, mais pas exclusivement, dans des véhicules, du type véhicules automobiles. [0002] L'invention s'intéresse plus particulièrement à ce type de pièces munies de revêtements lubrifiants secs, revêtements ayant pour fonction de réduire considérablement les forces de frottement exercées sur les fourreaux dans lesquels peuvent glisser ces pièces, comme, par exemple, des tiges d'amortisseur dans des corps d'amortisseur. Cette réduction des forces de frottement est très utile, car elle limite les risques de grippage entre pièces coulissantes les unes dans les autres, elle en limite aussi l'usure. Elle permet aussi de limiter les pertes d'énergie découlant des forces de frottement, et même de limiter le bruit généré par le mouvement relatif des pièces entre elles. [0003] Il est connu du brevet FR- 2 873 783 un procédé pour recouvrir d'un film lubrifiant une surface convexe, notamment une tête de piston, par sérigraphie à partir d'une pâte réalisée dans un solvant aqueux et comportant un polymère à faible coefficient de frottement, ainsi que des composés non organiques, pâte qui est déposée sur les jupes de piston, séchée, durcie par chauffage puis refroidie afin de conserver au film un caractère au moins en partie amorphe. Ce procédé est intéressant, mais il reste susceptible d'améliorations. En effet, il peut être délicat de déposer la quantité voulue de pâte dans la zone voulue de la jupe de piston. [0004] L'invention a alors pour but de remédier à cet inconvénient, et, notamment, de mettre au point un procédé de dépôt par sérigraphie de pièces mécaniques qui soit plus précis et/ou plus facile à mettre en oeuvre. [0005] L'invention a tout d'abord pour objet un procédé pour revêtir par sérigraphie une pièce mécanique de révolution autour d'un axe avec un film lubrifiant sec, comprenant les étapes suivantes : - enduction par une pâte précurseur d'un film lubrifiant sec d'une gorge, de révolution également, délimitée par deux bordures disposées à distance l'une de l'autre le long dudit axe, - durcissement de ladite pâte précurseur de façon à former ledit film lubrifiant sec. [0006] L'invention prévoit ainsi de cantonner le dépôt de la pâte par la création d'une gorge délimitée par des bordures, ce qui permet de s'assurer que la pièce sera revêtue exactement dans la ou les zones voulues (si l'on définit plusieurs gorges le long de l'axe de la pièce), à savoir dans la ou les zones qui ont besoin de lubrification. [0007] Un procédé de dépôt de revêtement par sérigraphie est intéressant en ce sens que le composant lubrifiant est de type organique/polymère (même s'il peut contenir des additifs de type lubrifiants solides : graphite, disulfure de molybdène, nitrure de bore etc...), ne nécessitant pas de précautions importantes lors du maniement ou du retraitement de la pâte, alors que les revêtements lubrifiants connus, notamment pour les tiges d'amortisseur, à base de chrome nécessitent l'utilisation de bains de traitement avec des sels de chrome qui demandent un traitement particulier, et qui pourraient être interdits ou très limités dans leur emploi dans l'industrie selon les réglementations européennes, notamment celle connue sous le nom de réglementation Reach sur les composés chimiques. [0008] Avantageusement, on enduit la gorge avec la pâte précurseur de façon à remplir complètement ladite gorge. Ainsi, la position des bordures délimite l'étendue du revêtement, et la hauteur de gorge délimite son épaisseur. Naturellement, de façon connue, une pâte précurseur de sérigraphie voit son épaisseur légèrement diminuée après durcissement, généralement obtenu par traitement thermique, mais ce retrait est connu et la hauteur de pâte appliquée peut le prendre en compte de façon à ce que, en final après usinage, on ait exactement l'épaisseur de lubrifiant voulue. [0009] Les bordures peuvent avoir des profils variés. Elles peuvent être, par exemple, sous la forme de murets de section sensiblement en créneau droit. Elles peuvent aussi, pour au moins une des bordures, présenter un profil au moins partiellement courbe, notamment au moins partiellement concave, ou chanfreiné, du côté de la gorge au moins. Ainsi, le profil adouci, sans arête à 90°, des bords de gorge permet d'assurer éventuellement plus facilement le remplissage de la gorge par la pâte dans ces zones-là. [0010] Ces bordures, de façon préférée, sont effectivement sous forme de parties saillantes localisées, du type murets, se projetant au-delà de l'enveloppe extérieure de la pièce mécanique. Si l'on considère une pièce substantiellement cylindrique, celle-ci présente ainsi un diamètre donné (avant remplissage par la pâte), avec des murets augmentant localement ledit diamètre. [0011] Elles peuvent aussi être configurées de façon à définir une cuvette, ces bordures se prolongeant, du côté opposé à la gorge. Pour reprendre l'exemple de la pièce cylindrique, la tige a alors un diamètre donné dans la zone de la gorge (avant remplissage par la pâte), puis un diamètre supérieur de part et d'autre de ladite zone, cette augmentation de diamètre constituant les bordures en question. [0012] Selon un mode de réalisation, on enduit la gorge avec la pâte précurseur sur une profondeur comprise entre 5 et 50 micromètres, de préférence d'au plus 30 micromètres, et notamment comprise entre 10 et 20 micromètres. Cette épaisseur de pâte définit une épaisseur, un peu inférieure, de revêtement lubrifiant, qui est suffisante pour remplir sa fonction de lubrification de façon satisfaisante. [0013] Il est possible de prévoir également une étape de traitement de la surface de la gorge avant enduction, notamment un usinage, une texturation, un polissage, une rectification, un sablage. Ce prétraitement peut permettre de régler au niveau voulu la rugosité de surface de la gorge, notamment pour garantir un accrochage mécanique suffisant de la pâte précurseur, et prend généralement en compte également les caractéristiques physico-chimiques de la pâte, comme sa viscosité, sa densité etc..., elles aussi ajustables. [0014] Il est également possible de prévoir une étape de traitement de surface du film lubrifiant sec, après dépôt et durcissement donc, notamment un usinage, une texturation, un polissage, une rectification, un sablage. On effectue le plus usuellement un usinage destiné à polir le revêtement pour en maîtriser parfaitement sa cote, ce qui va, là encore, dans le sens d'un effet lubrifiant amélioré. [0015] De préférence, le durcissement de la pâte précurseur est réalisé par traitement thermique de ladite pâte. [0016] L'invention a également pour objet l'application du procédé au revêtement par sérigraphie décrit plus haut des pièces mécaniques substantiellement cylindriques, et notamment choisies parmi les tiges d'amortisseur, les pistons d'étrier de frein et les vérins d'assistance de direction, de préférence pour équiper des véhicules de type véhicule automobile. [0017] L'invention a également pour objet un dispositif de mise en oeuvre du procédé décrit plus haut, dispositif qui comprend des moyens de support et de mise en rotation de la pièce mécanique de révolution autour de son axe de révolution, et des moyens d'enduction de préférence fixes configurés de façon à déposer la pâte précurseur dans la gorge sur une épaisseur prédéterminée lors de la mise en rotation de ladite pièce. Les moyens de support et de mise en rotation peuvent comprendre un axe traversant la pièce mécanique à traiter si celle-ci est creuse, ou un montage entre pointes (ou deux demi-axes centrés sur l'axe de révolution de la pièce) la maintenant à ses deux extrémités si la pièce est pleine. [0018] Selon un mode de réalisation, les moyens d'enduction en question sont fixes et comprennent une trémie d'alimentation en pâte précurseur et un racloir, ledit racloir étant supporté, directement ou indirectement, par une portion au moins de chacune des bordures délimitant la gorge. Ainsi, on dépose la pâte dans la gorge de façon à ce qu'elle affleure, le racloir définissant la hauteur du dépôt qui correspond à la hauteur des bordures, donc à la profondeur de la gorge si celle-ci est substantiellement constante (de préférence, la gorge est effectivement de profondeur constante, sauf éventuellement au voisinage des bordures si celles-ci ont un profil incurvé, mais il est tout à fait possible, alternativement, d'avoir une gorge de profondeur variable le long de l'axe de la pièce.) [0019] L'invention a également pour objet tout amortisseur, étrier de frein ou vérin d'assistance de direction assistée de véhicules, notamment de véhicule automobile, qui comprend une pièce mécanique de révolution traitée selon le procédé décrit plus haut et/ou avec le dispositif décrit plus haut. [0020] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente un mode de réalisation du procédé de revêtement par sérigraphie selon l'invention d'une tige d'amortisseur de véhicule automobile, - la figure 2 est une vue latérale de la tige d'amortisseur de la figure 1, avant et après traitement selon l'invention, - la figure 3 représente la tige d'amortisseur traitée de la figure 2, une fois intégrée dans l'amortisseur. [0021] Toutes ces figures sont extrêmement schématiques afin d'en faciliter la lecture, et les différents composants représentés ne respectent pas nécessairement l'échelle. [0022] Les figures 1 et 2 représentent une tige d'amortisseur 1, avant (figures 1A, 2A) et après (figures 1 B, 2B) traitement par le procédé selon l'invention. Avant dépôt, elle comporte un corps cylindrique muni de deux bordures 2,3 sous forme de renflements annulaires dont le diamètre extérieur est d'environ 30 micromètres supérieur au diamètre extérieur de la gorge 4, qui est la zone de la tige délimitée latéralement par ces deux bordures. La figure 2 représente en plus les extrémités 5,6 de la tige, au-delà des bordures 2,3, qui peuvent être filetées, et dont le diamètre extérieur peut être identique, inférieur ou supérieur à celui de la gorge 4. En l'occurrence, dans cet exemple, ces extrémités 5,6 ont un diamètre inférieur à celui de la gorge 4. [0023] La surface de la gorge 4 destinée à recevoir le film lubrifiant sec peut subir des traitements de préparation, par exemple un dégraissage, un polissage, ou, au contraire, une texturation ou un sablage visant à augmenter sa rugosité pour améliorer, le cas échéant, l'adhérence de la pâte précurseur à sa surface. [0024] On prépare une pâte précurseur de film lubrifiant sec utilisant un polymère à faible coefficient de frottement du type polyaryl éther cétone dans un solvant aqueux, avec ajout d'additifs du type liant ou agent anti moussage, par exemple selon une formulation décrite dans le brevet FR-2 873 783 précité. Alternativement, on peut utiliser un lubrifiant sec composé d'un polymère fluoré et/ou chargé en graphite, en nanotubes de carbone, en carbure de silicium ou en bisulfure de molybdène mélangé à un liant et à un solvant organique. Des lubrifiants secs tels que décrits dans le document FR-2 870 320 peuvent aussi être utilisés. [0025] L'enduction de la gorge 4 par cette pâte se fait, comme représenté en figure 1A, à l'aide de deux centreurs (non représentés) qui viennent maintenir la tige 1 à ses extrémités et la faire tourner autour de son axe X par entraînement de ces centreurs par des moyens motorisés non représentés. La tige 1 est disposée au-dessus d'une trémie 7 imprégnant de pâte la gorge 4 de la tige une fois celle-ci mise en rotation autour de son axe. Un racloir 8 s'appuyant sur les bordures 2,3 de la tige au-dessus de celle-ci vient retirer l'excès de pâte, de façon à ce que la gorge soit exactement remplie de pâte, comme représenté en figures 1 B, 2B : après enduction, la pâte est affleurante aux bordures 2,3. [0026] On durcit ensuite la pâte déposée dans la gorge 4 par un traitement thermique connu, comme décrit dans le brevet précité, par exemple par chauffage par convection, par rayonnement infrarouge etc... On obtient alors un revêtement lubrifiant sec, de caractère plutôt amorphe, et d'une épaisseur un peu inférieure à celle de la gorge, à savoir un peu inférieure à 30 micromètres, et de préférence comprise entre 10 et 25 micromètres. L'épaisseur du revêtement peut en fait être ajustée en fonction de ses propriétés : plus le matériau du film lubrifiant sec est résistant à l'usure et présente un coefficient de frottement faible, plus son épaisseur peut être réduite. De préférence, ce revêtement est ensuite soumis à un post traitement, du type rectification à la meule, de façon à atteindre l'uniformité d'épaisseur et le niveau de faible rugosité requis. A titre d'exemple, on vise usuellement une rugosité de surface pour le revêtement suivante : Ra (écart moyen de rugosité, appelée également rugosité arithmétique) compris entre 0,05 et 0,2 et Rz (la hauteur moyenne de profil), selon la norme ISO 4287, compris entre 0,2 et 1,3. [0027] La figure 3 représente la tige 1 une fois revêtue, intégrée dans un corps d'amortisseur 9, la zone Z de la tige correspondant à au moins une partie de la zone de la gorge 4 où a été déposé le revêtement lubrifiant, zone « active » qui est directement exposée aux frottements avec le corps de l'amortisseur lors du coulissement de la tige. A noter que les bordures 2,3 ne perturbent en rien le fonctionnement de l'amortisseur, elles sont généralement disposées hors de la zone Z. 10-0-ag} A noter aussi qu'on peut prévoir de déposer la pâte sur une épaisseur supérieure à la profondeur de la gorge, une fois le durcissement achevé, le revêtement pouvant alors se retrouver affleurant les bordures, ce qui permet d'obtenir en final une tige de diamètre constant sur toute sa longueur entre les bordures, bordures comprises. On adapte alors en conséquence la distance entre le racloir 8 et la surface de la pâte en cours de dépôt dans la gorge. [0029] L'invention permet ainsi de former un film lubrifiant sec économique, car le film lubrifiant sec n'est formé que dans les zones souhaitées, et déposé sur toute la circonférence d'une pièce de révolution, qu'elle soit pleine ou creuse. REVENDICATIONS1. Procédé pour revêtir par sérigraphie une pièce mécanique (1) de révolution autour d'un axe (X) avec un film lubrifiant sec, comprenant les étapes suivantes : - enduction par une pâte précurseur d'un film lubrifiant sec d'une gorge (4), de révolution également, délimitée par deux bordures (2,3) disposées à distance l'une de l'autre le long dudit axe (X), - durcissement de ladite pâte précurseur de façon à former ledit film lubrifiant sec. 10 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on enduit la gorge (4) avec la pâte précurseur de façon à remplir complètement ladite gorge. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins une des bordures 15 (2,3) présente un profil au moins partiellement courbe, notamment au moins partiellement concave, ou chanfreiné. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on enduit la gorge (4) avec la pâte précurseur sur une profondeur comprise entre 5 et 50 20 micromètres, de préférence d'au plus 30 micromètres, et notamment comprise entre 10 et 20 micromètres. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de traitement de la surface de la gorge (4) avant enduction, 25 notamment un usinage, une texturation, un polissage, une rectification, un sablage. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de traitement de surface du film lubrifiant sec, notamment un usinage, une texturation, un polissage, une rectification, un sablage. 30 7. Application du procédé selon l'une des revendications précédentes, au revêtement par sérigraphie de pièces mécaniques substantiellement cylindriques, et notamment choisies parmi les tiges (1) d'amortisseur, les pistons d'étrier de frein et les vérins d'assistance de direction assistée, de préférence pour équiper des véhicules, 35 notamment de type véhicule automobile. 8. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de support et de mise en rotation de la pièce mécanique de révolution (1) autour de son axe de révolution (X), et des moyens d'enduction (7,8), de préférence fixes, configurés de façon à déposer la pâte précurseur dans la gorge sur une épaisseur prédéterminée lors de la mise en rotation de ladite pièce. 9. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d'enduction fixes comprennent une trémie d'alimentation (7) en pâte précurseur et un racloir (8), ledit racloir étant supporté, directement ou indirectement, par une portion au moins de chacune des bordures (2,3), délimitant la gorge (4). 10. Amortisseur, étrier de frein ou vérin d'assistance de direction assistée de véhicules, notamment de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce mécanique de révolution traitée selon le procédé selon l'une des revendications 1 à 6 et/ou avec le dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9.