Brevet FR3091710A1 — publié le 20200717

Description Titre de l'invention : Procédé de revêtement d'un organe de frein et organe de frein ainsi obtenu DOMAINE DE L'INVENTION [0001] La présente invention se rapporte à un procédé de revêtement d'un organe de frein notamment d'un disque de frein de véhicule. [0002] L'invention se rapporte également à un organe de frein notamment un disque de frein de véhicule obtenu par le procédé. ETAT DE LA TECHNIQUE [0003] Les organes de frein destinés à des freins de véhicule notamment des disques de frein et ou des couronnes de frein doivent résister de nos jours à des contraintes mécaniques et thermiques importantes. Du fait d'une sollicitation prolongée, élevée du frein, notamment avec des alternances fréquentes entre des températures élevées, des températures faibles (chocs thermiques) les contraintes thermiques risquent de développer des fissures dans l'organe de frein qui réduisent sa solidité. De plus l'humidité, notamment l'eau et en particulier en hiver le sel peuvent corroder la surface de l'organe de frein notamment sa surface de frottement. Pour remédier à ces difficultés, on connaît des procédés permettant de munir la surface de frottement des organes de frein d'un revêtement résistant à l'usure et à la corrosion. [0004] Ainsi le document DE 10 2011 056 307 Al décrit un procédé de revêtement de la surface d'un disque de frein. La surface de frottement du disque de frein est traitée en développant des contours microscopiques homogènes et non homogènes. Ensuite on interpose une couche d'accrochage directement ou indirectement en appliquant un revêtement de protection contre l'usure sur les surfaces de frottement à contour microscopique. [0005] En outre le document DE 101 21 601 Al décrit un disque de frein dont la surface est munie d'un revêtement résistant à la corrosion et à l'oxydation. [0006] Le document EP 2 122 004 B1 décrit en outre un procédé de réalisation d'un disque de frein muni d'un revêtement ; la surface du disque de frein est traitée avec des reliefs et des creux pour obtenir des caractéristiques tridimensionnelles à la surface. Pour cela on dépose à la vapeur une première matière et une seconde matière respectives, au moins sur une zone partielle de la surface du disque de frein déjà traitée. [0007] Le document US 8 893 863 B2 décrit également un procédé de réalisation d'un disque de frein selon lequel on applique une première matière et une seconde matière sur la surface du disque de frein. [0008] EXPOSE ET AVANTAGES DE L'INVENTION 2 [0009] L'invention a pour objet un procédé de revêtement d'un organe de frein notamment d'un disque de frein pour un frein de véhicule comprenant les étapes suivantes consistant à : [0010] a) fournir un organe de frein, [0011] h) lisser la surface de frottement de l'organe de frein, cette surface dc frottement étant lissée au moins par zone à une profondeur moyenne de rugosité inférieure ou égale à 6 pm notamment inférieure ou égale à 4 pin, [0012] c) appliquer au moins un revêtement résistant à l'usure, indirectement avec inter- position d'au moins une couche intermédiaire ou directement sur la surface de frottement, le revêtement résistant à l'usure ayant une épaisseur au moins de 0,1 pm et au plus dc 20 pm et notamment au moins de 3pm et au plus de 20 pm et de préférence au moins de 3 pm et au plus dc 10 pm. [0013] La profondeur de la rugosité est la distance entre le point le plus haut et le point le plus bas du profil de la surface de frottement. Le procédé selon l'invention a l'avantage d'appliquer un revêtement résistant à l'usure ayant une épaisseur particulièrement faible ou réduite, notamment sur la surface de frottement ou en variante sur la couche intermédiaire. Le revêtement résistant à l'usure demande peu de matière de sorte qu'il est économique et léger ; en particulier du fait de sa faible épaisseur le revêtement ne présente qu'une faible tension propre ou tension propre de couche. [0014] En particulier grâce à la faible épaisseur et ainsi la tension propre réduite, on aboutit à un accrochage fiable du revêtement résistant à l'usure et en particulier de la surface de frottement ou de la couche intermédiaire et ainsi on obtient une durée de vie élevée pour l'organe de frein ainsi revêtu. [0015] En particulier le fait de lisser, en particulier par la rectification de la surface et/ou le polissage de la surface de frottement à une profondeur de rugosité RZ particulièrement faible d'au plus 6 pm de sorte que le revêtement résistant à l'usure qu'il faut appliquer ou qui est appliqué, aura une faible épaisseur et ainsi des caractéristiques d'accrochage avantageuses. Pour garantir un accrochage particulièrement fiable du revêtement résistant à l'usure en particulier de la surface de frottement, il est prévu que l'épaisseur du revêtement résistant à l'usure soit supérieure au double de la profondeur de rugosité RZ de la surface de frottement. De plus on a l'avantage que grâce à la faible épaisseur du revêtement résistant à l'usure, il n'est pas nécessaire de faire un travail de finition en particulier une rectification ultérieure de la surface ou une réduction d'épaisseur de la couche résistant à l'usure. [0016] De façon particulièrement avantageuse, le matériau du revêtement résistant à l'usure est un carbure, un borure ou un nitrure et/ou un métal ou un alliage métallique. L'avantage est que le matériau respectif assure une protection à l'usure particulièrement efficace. Le nitrure est de préférence un nitrure métallique en particulier sous 3 la forme de CrN, TIN, NbN, TaN, AICrN, CrAIN, AlTiN, AlCrTiN, ou TiAlCrN. [0017] En variante ou en plus, le matériau est un nitrure métallique dans une matrice SIN en particulier TIN dans Si3N4 le carbure est notamment TiCN. De façon préférentielle la matière pour le revêtement résistant à l'usure ou le revêtement respectif résistant à l'usure est choisi pour être intrinsèquement résistant à la corrosion et à l'usure. [0018] Il est prévu d'une manière particulièrement préférentielle, d'utiliser comme couche intermédiaire au moins une couche d'accrochage, ce revêtement d'accrochage étant appliqué avec une épaisseur au moins de 0,001 pm et au plus de lpm notamment au moins de 0,01 prn et au plus de 1 pm. L'avantage est que la couche d'accrochage garantit un accrochage particulièrement fiable du revêtement résistant à l'usure sur la surface de revêtement. Celle-ci augmente en plus la durée de vie de l'organe de frein. En variante ou en plus, le revêtement d'accrochage est une couche de compensation des contraintes d'équilibrage de la dilatation thermique et/ou de protection contre la corrosion. La réalisation comme couche d'équilibrage de la dilatation thermique est notamment prévue pour compenser la différence entre le coefficient de dilatation thermique de l'organe de frein et le coefficient de dilatation thermique du revêtement résistant à l'usure. La réalisation sous la forme d'une couche de protection contre la corrosion (couche anti-corrosion) est prévue pour avoir une protection supplémentaire contre la corrosion de l'organe de frein, en particulier de la surface de frottement. [0019] De manière préférentielle le matériau de la couche d'accrochage, est un carbure, un nitrure et/ou un métal. L'avantage est que le matériau respectif garantit un accrochage particulièrement efficace. Comme métal, on prévoit de préférence Cr, Ti, Ta, W ou une combinaison de ces éléments en particulier un nitrure ou un carbure. [0020] De façon préférentielle, le revêtement résistant à l'usure etlou le revêtement d'accrochage sont appliqués par un procédé de revêtement sous vide notamment un procédé de pulvérisation cathodique magnétron pulsé à haute énergie. L'avantage est d'obtenir un revêtement résistant à l'usure et/ou un revêtement d'accrochage particulièrement fiables notamment denses etlou d'une épaisseur prédéfinie. Le procédé de revêtement sous vide qui est notamment un procédé physique de dépôt en phase gazeuse, en particulier une pulvérisation, un dépôt thermique en phase vapeur ou un procédé de dépôt en phase vapeur avec rayonnement électronique ou encore un procédé chimique de dépôt en phase vapeur en particulier un dépôt chimique en phase vapeur assisté par un plasma ou un dépôt à couche atomique. Pour garantir l'application d'une couche particulièrement dense, en particulier d'une couche sans défauts tels que des pores, des trous ou des fissures dans la couche, il faut de préférence appliquer la couche par un procédé de pulvérisation magnétron pulsé à haute énergie. [0021] D'une manière particulièrement préférentielle, la couche intermédiaire est un re- vêtement résistant à la corrosion, ce revêtement ayant une épaisseur au moins de 1 pm et au plus de 20 pm et notamment au moins de 5µm et au plus de 20 pm et de préférence au moins de 5 pm et au plus de 15 pm. L'avantage est que l'organe de frein notamment la surface de frottement est protégé contre la corrosion de manière fiable par un revêtement résistant à la corrosion. Cela augmente en plus la durée de vie de l'organe de frein. En variante ou en plus, le revêtement résistant à la corrosion est une couche de compensation des contraintes et/ou une couche de compensation de la dilatation thermique. [0022] De façon préférentielle le revêtement résistant à la corrosion est entre la surface de frottement et la couche d'accrochage. L'avantage est que la surface de frottement est protégée d'une manière particulièrement fiable contre la corrosion. De plus le revêtement d'accrochage appliqué sur le revêtement résistant à la corrosion ou prévu sur ce revêtement, fait que le revêtement résistant à la corrosion se place ou s'installe d'une manière particulièrement avantageuse. En particulier le revêtement résistant à l'usure au-dessus du revêtement de protection contre la corrosion couvre qui ferme les éventuels défauts tels que les trous ou les fissures dans le revêtement résistant à la corrosion par cc revêtement résistant à l'usure. [0023] D'une manière particulièrement préférentielle, le revêtement résistant à la corrosion est appliqué par un procédé électrochimique. L'avantage est que le revêtement résistant à la corrosion s'applique d'une manière simple sur l'organe de frein, notamment sur sa surface de frottement. De façon préférentielle le procédé de revêtement électrochimique est un procédé galvanique ou un procédé non électrique. [0024] Selon un développement avantageux de l'invention, le matériau de la couche de re- vêtement résistant à la corrosion est un métal ou un alliage métallique. L'avantage est que le matériau respectif assure notamment une protection effective contre la corrosion. Comme alliage métallique ou comme combinaison de métaux, on utilise de préférence Ni, Ni-P ou NiW déposé par voie électrochimique. [0025] L'organe de frein selon l'invention est en particulier un disque de frein pour un frein de véhicule tel que défini ci-dessus dans la surface de frottement, est lissée en particulier par zone pour avoir une profondeur de rugosité moyenne inférieure ou égale à 6 prn notamment inférieure ou égale à 4 prn et au moins un revêtement résistant à l'usure et sur lequel est appliqué par l'intermédiaire d'une disposition intermédiaire, au moins une couche intermédiaire ou directement sur la surface de frottement, le revêtement résistant à l'usure ayant une épaisseur au moins de 0, 1 pm et au plus de 20 prn et en particulier notamment de 3 pm et au plus de 20 prn de préférence au moins de 3 pm et au plus de 10 pm. L'organe de frein se caractérise notamment en ce qu'il est réalisé par le procédé tel que défini ci-dessus. Il en résulte les avantages déjà évoqués pour le procédé. Brève description des dessins [0026] La présente invention sera décrite ci-après pour le procédé et l'organe de frein à l'aide des dessins annexés dans lesquels : [0027] [fig.11 premier exemple de réalisation d'un organe de frein muni d'un revêtement, [0028] [fig.21 second exemple de réalisation d'un organe de frein muni d'un revêtement, [0029] [fig.31 ordinogramme donné à titre d'exemple, du procédé de revêtement d'un organe de frein selon le second exemple de réalisation. [0030] DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION [0031] La figure 1 est une représentation simplifiée d'un organe de frein 1 fabriqué de préférence en fonte grise ou en un métal léger, notamment un disque de frein pour un frein de véhicule 2 non détaillé en particulier un frein à récupération d'un véhicule, notamment d'un véhicule électrique ou véhicule hybride. L'organe de frein 1 comporte de préférence deux surfaces de frottement 3 ou surfaces de frein. Dans un souci de simplification une seule surface de frottement 3 est représentée. [0032] La surface de frottement 3 a au moins par zone, une profondeur moyenne de rugosité RZ inférieure ou égale à 6 pm et notamment inférieure ou égale à 4 pm. [0033] La profondeur de rugosité est la distance entre le point le plus haut et le point le plus bas du profil de la surface de frottement 3. La zone 7 de la surface de frottement 3 avec une profondeur de rugosité RZ est représentée de manière hachurée dans le dessin. [0034] La surface de frottement 3 comporte un revêtement d'accrochage 4 ; cc revêtement d'accrochage 4 a une épaisseur au moins de 0,001 pm et au plus de 1µm et notamment au moins de 0,01 ?lm et au plus de 1 pm. En option la surface de frottement 3 comporte plusieurs revêtements d'accrochage 4. Le revêtement d'accrochage 4 est ici en un métal en particulier en Cr. En option, notamment avant d'appliquer un revêtement anticorrosion on effectue une étape d'activation ou de gravure (par plasma ou ions) sous vide. L'étape de gravure ou d'activation permet notamment d'activer ou de faire un traitement préalable de la surface de frottement 3 pour améliorer l'accrochage du revêtement résistant à la corrosion. [0035] Lc revêtement d'accrochage 4 reçoit un revêtement résistant à l'usure 5. Le re- vêtement résistant à l'usure 5 est ainsi directement sous le revêtement d'accrochage 4 servant de couche intermédiaire sur la surface de frottement 3. Le revêtement résistant à l'usure 5 a une épaisseur au moins de 0,1 pm et au plus de 20 pm et en particulier au moins de 3 pm et au plus de 10 i_tm. Le revêtement résistant à l'usure 5 est un nitrure métallique notamment CrA1N, AICrN, CrN ou TaN. La formation du revêtement résistant à l'usure 5 en une des matières citées garantit que ce revêtement résistant à l'usure sera en plus notamment résistant à la corrosion et ainsi il protègera la surface de frottement 3 contre la corrosion. En variante, le revêtement résistant à l'usure 5 est 6 appliqué directement, c'est-à-dire sans l'intermédiaire du revêtement d'accrochage 4, sur la surface de frottement 3. En option plusieurs revêtements résistants à l'usure 5 sont prévus ; ces revêtements 5 sont de préférence constitués par des couches multiples ou des nano composites. [0036] En particulier la surface de frottement 3 qui a une profondeur de rugosité RZ in- férieure ou égale à 4 pm, garantit l'application d'une épaisseur particulièrement mince notamment 3 pm et au plus 10 pm pour le revêtement résistant à l'usure 5 notamment sur la surface de frottement 3 ou le revêtement d'accrochage 4. Cela permet de réaliser un revêtement nécessitant particulièrement peu de matière et ainsi un revêtement léger notamment de la surface de frottement 3 ou du revêtement d'accrochage 4. Pour garantir un accrochage fiable du revêtement résistant à l'usure 4 notamment sur la surface de frottement 3, il est prévu de préférence que l'épaisseur du revêtement résistant à l'usure 4 soit supérieur au double de la profondeur de rugosité RZ de la surface de frottement 3. C'est ainsi qu'il est par exemple prévu que pour une profondeur de rugosité RZ de 4 pm, l'épaisseur du revêtement résistant à l'usure soit d'au moins 8 pm. L'épaisseur réduite du revêtement résistant à l'usure 5 garantit en outre que les problèmes d'accrochage de ce revêtement soient réduits au minimum notamment à cause des contraintes propres croissant avec l'épaisseur et qui peuvent se produire pour des épaisseurs importantes notamment des épaisseurs de couche d'au moins 10 pm. [0037] Le revêtement 5 résistant à l'usure et qui notamment résiste en plus à la corrosion, garantit la protection de la surface de protection 3 contre l'usure et la corrosion. Cela assure une augmentation de la durée de vie de l'organe de frein 1, c'est-à-dire du disque de frein. En particulier dans le cas de véhicules électriques ou hybrides fonctionnant avec une part de récupération relativement grande et des opérations de freinage correspondantes relativement rares, il en résulte que les dommages de corrosion de la surface notamment de la surface de frottement 3 de l'organe de frein 1 seront réduits ou évités. [0038] La figure 2 montre l'organe de frein 1 de la figure 1 qui à la différence de l'organe de frein de la figure 1 comporte en plus un revêtement résistant à la corrosion 6 entre la surface de frottement 3 et la surface d'accrochage 5. Le revêtement résistant à la corrosion 6 a une épaisseur au moins de 1 pm et au plus de 20 pm, en particulier inférieur à 5 pm et au plus de 15 pm. Le revêtement résistant à la corrosion 6 est de préférence en un métal ou en une combinaison de métaux notamment de métaux Ni, Ni-P ou NiW déposés par voie électrochimique. [0039] Le revêtement résistant à la corrosion 6 assure la protection encore plus efficace la surface de frottement 3 contre la corrosion. Cela garantit une augmentation de la durée de vie de l'organe de frein c'est-à-dire du disque de frein. De plus cela garantit que le 7 revêtement résistant à l'usure 5 prévu au-dessus du revêtement résistant à la corrosion 6 présente des défauts tels que des trous du revêtement résistant à la corrosion 6 couverts ou fermés par le revêtement résistant à l'usure 5. [0040] La figure 3 montre un ordinogramme pour la mise en oeuvre du procédé de re- vêtement de l'organe de frein 1 représenté à la figure 2. [0041] Dans une première étape S1 on fournit l'organe de frein 1. [0042] Dans une seconde étape S2, on lisse la surface de frottement 3 de l'organe de frein 1, au moins par zone, pour avoir une profondeur moyenne de rugosité RZ inférieure ou égale à 6 pm en particulier inférieure ou égale à 4 pm. Le lissage se fait de préférence par un procédé de rectification et en option un procédé supplémentaire de polissage. La surface de frottement 3 ainsi lissé a notamment l'avantage d'une surépaisscur de rectification particulièrement réduite si bien que l'on peut appliquer n'importe quel revêtement de faible épaisseur et ainsi en particulier avec de faibles contraintes propres sur la surface de frottement 3. [0043] Selon une troisième étape S3, on applique le revêtement résistant à la corrosion 6 sur la surface de frottement 3. Le revêtement résistant à la corrosion est appliqué par un procédé de revêtement électrochimique notamment par un procédé galvanoplastique ou un procédé non électrique. De préférence avant d'appliquer le revêtement résistant à la corrosion 6, on effectue une étape de gravure ou d'activation (par plasma ou ions) sous vide. L'opération de gravure ou d'activation permet notamment d'activer ou de traiter préalablement la surface de frottement 3 pour améliorer l'accrochage du revêtement résistant à la corrosion 6. [0044] Selon une quatrième étape S4, on applique le revêtement d'accrochage 5 sur le re- vêtement résistant à la corrosion 6. Le revêtement d'accrochage 5 est appliqué par un procédé de revêtement sous vide notamment par une pulvérisation et de préférence une pulvérisation cathodique magnétron pulsé à haute énergie. Le revêtement d'accrochage 5 sert d'intermédiaire d'accrochage pour recevoir le revêtement résistant à l'usure 6. [0045] Dans une cinquième étape S5, on applique le revêtement résistant à l'usure 6 sur le revêtement d'accrochage 5. Le revêtement résistant à l'usure 6 est également appliqué par un procédé de revêtement sous vide notamment par une pulvérisation de préférence par une pulvérisation cathodique magnétron pulsé à haute énergie. [0046] On utilise de préférence comme procédé de revêtement sous vide le procédé de pul- vérisation cathodique magnétron pulsé à haute énergie car ce procédé génère relativement moins de défaut en particulier des trous, les pores, les fissures que d'autres procédés de revêtement sous vide. C'est ainsi que par exemple par comparaison avec une pulvérisation classique, on aura une fraction plus importante de particules ionisées provenant d'une cible en une matière solide ; ensuite les particules sont accélérées par une tension électrique, sur l'organe de frein i à revêtir. La pulvérisation cathodique 8 magnétron pulsée à haute énergie permet ainsi de développer des couches particulièrement denses sur l'organe de frein 1 en particulier sur sa surface de frottement 3 ; le développement des couches sur le profil de surface ou sur le contour de la surface de l'organe de frein 1 notamment de la surface de frottement 3 se fait d'une façon particulièrement précise et permet ainsi une meilleure protection contre la corrosion. [0047] De façon préférentielle, l'application du revêtement d'accrochage 5 et/ou du re- vêtement résistant à l'usure 6 se fait dans une installation de revêtement sans rupture du vide. [0048] La rugosité de la surface de frottement 3, du fait de la profondeur de rugosité RZ in- férieure ou égale à 6 p.m est tellement faible que de manière avantageuse, il est inutile d'envisager un traitement de finition en particulier une opération de rectification supplémentaire ou un amincissement supplémentaire d'au moins l'un des revêtements appliqués. On réduit ainsi le temps du procédé et le coût de celui-ci. [0049] NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX [0050] 1 Organe de frein/disque de frein [0051] 2 Frein de véhicule [0052] 3 Surface de frottement [0053] 4 Revêtement d'accrochage [0054] 5 Revêtement résistant à l'usure [0055] 6 Revêtement résistant à la corrosion 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6]