Brevet FR3074862A1 — publié le 20190614

- 1 - 201700125 Composant de palier revêtu et palier comprenant un tel composant DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine des paliers à roulement, plus particulièrement le domaine des capteurs destinés à mesurer des paramètres pertinents pour un palier à roulement, tels que, par exemple, des charges et des contraintes de palier, des vibrations, des accélérations, l'épaisseur du lubrifiant... ARRIERE-PLAN Il est connu d'utiliser des capteurs de contraintes, tels que des jauges de contraintes à feuille, des plaquettes de céramique piézo-électriques ou des capteurs optiques montés à l'intérieur d'une rainure usinée sur une partie de palier à roulement et fixés avec une couche d'adhésif Toutefois, une telle rainure a un impact sur la partie du palier à roulement sur laquelle elle est usinée et la couche d'adhésif affecte la capacité de transduction du capteur en ajoutant un effet de décalage en cisaillement. En outre, les capteurs utilisés dans les paliers à roulement sont limités en raison des contraintes dimensionnelles du palier à roulement. L'utilisation de capteurs piézo-électriques est particulièrement intéressante dans la mesure où ces capteurs sont capables de détecter un grand nombre de paramètres pertinents pour le palier à roulement. Toutefois, les capteurs piézo-électriques actuels sont fabriqués à partir de plaquettes en céramique fragiles qui ne peuvent pas être collées à une partie de palier sans usiner une surface plate. Le document US 2016/0115997 Al divulgue une partie de palier à roulement revêtue avec une couche de protection contre l'usure fabriquée en chrome et déposée dans un processus de dépôt en phase vapeur (PVD). Toutefois, le but d'un tel revêtement est de protéger contre l'usure et n'a pas d'effet de détection. RESUME DE L'INVENTION L'objet de la présente invention est de fournir un capteur non envahissant et de grande -2 - sensibilité pour un palier à roulement, capable de mesurer des contraintes, des charges, des vibrations, ainsi que l'épaisseur du lubrifiant. En particulier, la présente invention a pour objet de fournir un composant de palier revêtu comprenant une partie métallique et un revêtement déposé sur ladite partie. Le revêtement est un revêtement multicouche ayant une couche active en tant que capteur, fabriquée en un matériau ayant des propriétés électrostrictives, ladite couche active en tant que capteur étant appliquée directement sur la partie métallique. L'électrostriction est une propriété des matériaux électriquement non conducteurs dont la forme change sous l'effet de l'application d'un champ électrique. En général, l'électrostriction est définie comme un couplage quadratique entre la contrainte et la polarisation. Grâce à une mince couche d'une couche active en tant que capteur ayant des propriétés électrostrictives directement intégrée à un composant ou une partie d'un palier, le revêtement agit comme un capteur pseudo-piézoélectrique non envahissant et présentant une grande sensibilité, capable de mesurer des contraintes, des charges, les vibrations, ainsi que l'épaisseur du lubrifiant. La couche active en tant que capteur est par exemple fabriquée en nitrure d'aluminium. Avantageusement, le revêtement multicouche comprend, successivement sur la couche active en tant que capteur, une couche d'électrode, une couche d'isolation et une couche d'usure. La couche d'électrode est par exemple connectée par un fil à un courant continu CC tandis que le composant de palier revêtu est connecté à un fil de terre. La couche active en tant que capteur est soumise à un champ électrique polarisé en courant continu CC. Comme le matériau de la couche active en tant que capteur n'est pas piézoélectrique, il est nécessaire d'induire la polarisation avec ce champ électrique polarisé en courant continu CC afin d'obtenir un comportement pseudo-piézoélectrique. Cet effet pseudopiézoélectrique donne accès à des capacités de mesure piézoélectriques telles que des mesures de vibrations et des mesures de contraintes sans qu'il soit nécessaire de réguler la croissance de la polarisation au cours de la durée de vie utile du palier à roulement. La polarisation est une étape unique dans le processus de construction du capteur. Le revêtement multicouche est avantageusement déposé sur la partie métallique en utilisant un -3 procédé de revêtement par pulvérisation cathodique. D'autres techniques peuvent être utilisées pour déposer le revêtement multicouche sur la partie métallique, comme par exemple un processus de dépôt physique en phase vapeur (PVD), un processus de dépôt chimique en phase vapeur (CVD), des méthodes de trempage, le moulage, le revêtement par pulvérisation et/ou le revêtement par centrifugation. Le revêtement multicouche n'est donc pas collé mais déposé sur le composant de palier en utilisant un procédé de dépôt particulier, de manière à éviter un effet de décalage en cisaillement. Le revêtement présente par exemple une épaisseur comprise entre 3 um et 5 um, par exemple égale à 4 um. La couche active en tant que capteur peut avoir une bande passante utilisable comprise entre 20 MHz et 350 MHz. Selon un autre aspect, l'invention concerne un palier comprenant au moins une bague interne et une bague externe, au moins une partie d'au moins l'une des bagues étant le composant de palier revêtu tel que décrit ci-dessus. Par exemple, au moins une partie de la surface cylindrique externe de la bague externe est revêtue avec le revêtement multicouche et au moins la couche active en tant que capteur chevauche une surface latérale de la bague externe. En variante, la couche d'électrode et la couche d'isolation peuvent également chevaucher une surface latérale de la bague externe. Le composant revêtu peut faire partie d'un palier à roulement ayant une rangée d'éléments de roulement disposés entre les bagues interne et externe et une cage retenant lesdits éléments de roulement, ou d'un palier lisse ou massif En variante, le revêtement peut être déposé sur n'importe quel autre composant d'un palier, par exemple la bague interne, la cage ou les éléments de roulement, dans le cas d'un palier à roulement. L'un desdits composants forme la partie métallique pour le revêtement. -4 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention et ses avantages seront mieux compris en étudiant la description détaillée de modes de réalisation spécifiques fournis sous forme d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique d'un palier à roulement selon un mode de réalisation de l'invention, présentant un revêtement ; et la figure 2 est une coupe transversale schématique du revêtement du palier à roulement de la figure 1. DESCRIPTION DETAILLEE Dans la description qui suit, les termes "externe" et "interne" sont définis par rapport à l'axe de rotation X-X' du palier à roulement illustré sur la figure 1, le terme "interne" signifiant plus près de l'axe de rotation X-X' du palier à roulement que le terme "externe". Si l'on se réfère tout d'abord à la figure 1, qui illustre un mode de réalisation d'un palier à roulement 10 selon l'invention, ledit palier comprend une bague interne 12, une bague externe 14, une rangée d'éléments de roulement 16 constitués, dans l'exemple illustré, de billes retenues par une cage (non illustrée sur les figures) entre la bague interne 12 et la bague externe 14. La bague interne 12 et la bague externe 14 sont toutes deux massives et présentent une rainure toroïdale (non illustrée) prévue respectivement sur leur surface cylindrique externe 12a et leur surface cylindrique interne 14a et formant un chemin de roulement pour les éléments de roulement 16. Le rayon de courbure de la rainure est légèrement supérieur au rayon des éléments de roulement 16. La bague interne 12 et la bague externe 14 sont fabriquées en matériau métallique. La bague interne et la bague externe 12, 14 peuvent être fabriquées par usinage ou par pressage d'une ébauche en acier qui est ensuite rectifiée et éventuellement rodée au niveau du chemin de roulement afin de donner aux bagues leurs caractéristiques géométriques et leur finition de surface finale. Comme illustré dans les figures, une partie de la surface cylindrique externe 14b de la bague externe 14 est revêtue d'un revêtement multicouche 20 agissant en tant que capteur piézoélectrique. Ladite partie de la surface cylindrique 14b forme la partie métallique pour le -5 - revêtement 20. En variante, il est possible de revêtir un autre composant du palier à roulement 10, par exemple la surface cylindrique interne de la bague externe 14, l'une des surfaces cylindriques de la bague interne, la cage ou tout autre composant du palier à roulement. Le revêtement multicouche 20 comprend des couches successives constituées par une couche active en tant que capteur 22, une couche d'électrode 24, une couche d'isolation 26 et une couche d'usure 28. Comme illustré dans la figure 2, la couche active en tant que capteur 22, la couche d'électrode 24 et la couche d'isolation 26 se chevauchent sur une surface latérale 14b de la bague externe 14. La couche d'électrode 24 est connectée par un fil 30 à un courant continu CC, tandis que la bague externe 14 est connectée à un fil de terre 32. La couche active en tant que capteur 22 est fabriquée en un matériau ayant des propriétés électrostrictives, tel que par exemple du nitrure d'aluminium, de l'oxyde de zinc ou tout autre matériau ayant des propriétés électrostrictives. L'électrostriction est une propriété des matériaux électriquement non conducteurs dont la forme change sous l'effet de l'application d'un champ électrique. En général, l'électrostriction est définie comme un couplage quadratique entre la contrainte et la polarisation. La couche active en tant que capteur 22 est soumise à un champ électrique polarisé en courant continu CC. Comme le matériau de la couche active en tant que capteur n'est pas piézoélectrique, il est nécessaire d'induire la polarisation avec ce champ électrique polarisé en courant continu CC afin d'obtenir un comportement pseudo-piézoélectrique. Cet effet pseudopiézoélectrique donne accès à des capacités de mesure piézoélectriques telles que des mesures de vibrations et des mesures de contraintes sans qu'il soit nécessaire de réguler la croissance de la polarisation au cours de la durée de vie utile du palier à roulement. La polarisation est une étape unique dans le processus de construction du capteur. Des techniques conventionnelles de dépôt en film mince peuvent être utilisées pour déposer le revêtement multicouche 20 sur le composant de palier à roulement, comme par exemple un processus de dépôt physique en phase vapeur (PVD), un processus de dépôt chimique en -6 phase vapeur (CVD), des méthodes de trempage, le moulage, le revêtement par pulvérisation et/ou le revêtement par centrifugation. De préférence, le revêtement multicouche 20 est déposé sur le composant de palier à roulement en utilisant un procédé de revêtement par pulvérisation cathodique mince (environ 4 11m). La couche active en tant que capteur 22 présente une bande passante utilisable comprise entre 20 MHz et 350 MHz. L'invention n'est pas limitée à un palier à roulement et peut être appliquée à un palier lisse ou un palier massif Grâce à l'invention, une mince couche d'une couche active en tant que capteur ayant des propriétés électrostrictives est directement intégrée à un composant ou une partie du palier à roulement fournissant un revêtement agissant en tant que capteur pseudo-piézoélectrique non envahissant et de grande sensibilité, capable de mesurer des contraintes, des charges, des vibrations, ainsi que l'épaisseur du lubrifiant. En outre, le revêtement multicouche n'est pas collé mais est déposé sur le composant de palier à roulement en utilisant un procédé de dépôt particulier de telle sorte que l'on évite un effet de décalage en cisaillement. Grâce à l'invention, l'intégration du capteur est améliorée par rapport à un procédé actuel qui nécessite un collage/brasage, ce qui compense la faible performance de détection du matériau. Finalement, la sensibilité d'un REVENDICATIONS1. Composant de palier revêtu (14) comprenant une partie métallique et un revêtement (20) déposé sur ladite partie, caractérisé en ce que le revêtement (20) est un revêtement multicouche ayant une couche active en tant que capteur (22), fabriquée en un matériau ayant des propriétés électrostrictives, ladite couche active en tant que capteur (22) étant appliquée directement sur la partie métallique. 2. Composant de palier revêtu selon la revendication 1, dans lequel la couche active en tant que capteur (22) est fabriquée en nitrure d'aluminium. 3. Composant de palier revêtu selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le revêtement multicouche (20) comprend, successivement sur la couche active en tant que capteur (22), une couche d'électrode (24), une couche d'isolation (26) et une couche d'usure (28). 4. Composant de palier revêtu selon la revendication 3, dans lequel la couche d'électrode (24) est connectée par un fil (30) à un courant continu CC tandis que le composant de palier revêtu (14) est connecté à un fil de terre (32). 5. Composant de palier revêtu selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le revêtement multicouche (20) est déposé sur la partie métallique en utilisant un procédé de revêtement par pulvérisation cathodique. 6. Composant de palier revêtu selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le revêtement (20) a une épaisseur comprise entre 3 i.tm et 5 iam, par exemple égale à 4 imn. 7. Composant de palier revêtu selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche active en tant que capteur (22) a une bande passante utilisable comprise entre 20 MHz et 350 MHz. 8. Palier comprenant une bague interne (12) et une bague externe (14), dans lequel au moins une partie d'au moins l'une desdites bagues (12, 14) est le composant de palier revêtu selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Palier selon la revendication 8, dans lequel au moins une partie de la surface cylindrique externe (14b) de la bague externe (14) est revêtue avec le revêtement multicouche (20) et dans lequel au moins la couche active en tant que capteur (22) chevauche une surface latérale (14b) de la bague externe (14). -8