Brevet FR3089523A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : Procédé de fabrication d'un revêtement en matériau composite à matrice métallique sur une pièce pour véhicule automobile [000 La présente invention se rapporte, de manière générale, au revêtement de pièces pour véhicule automobile, et se rapporte plus particulièrement à un revêtement en matériau composite à matrice métallique comportant des propriétés de lubrification. [0002] Plus précisément, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un revêtement en matériau composite à matrice métallique comportant des propriétés de lubrification sur une pièce pour véhicule automobile. [0003] Dans un véhicule automobile, certaines pièces sont sujettes à des frottements im- portants et continus. [0004] En particulier, le frottement des pistons sur le carter de cylindres représente plus de la moitié des frottements se produisant au niveau d'un moteur à combustion interne. [0005] Une augmentation de la consommation en carbunun du moteur, résultant de ces frottements, a pour conséquence l'augmentation du taux d'émission de dioxyde de carbone par le véhicule automobile. [0006] Afin de diminuer les frottements lors du déplacement des pistons, l'alésage du carter de cylindres est généralement pourvu d'un revêtement aux propriétés de lubrification. [0007] Classiquement, le revêtement est ajouté sur l'alésage du carter de cylindre par projection thermique. Parmi les différentes techniques de projection thermique, on connaît la projection par flamme simple, par flamme supersonique (HVOF pour l'anglais « High Velocity Oxy-Fuel »), la projection plasma ou encore la projection par arc électrique dite « arc fil ». [0008] Ces techniques conventionnelles sont coûteuses et nécessitent, en outre, une étape préalable de préparation de la surface de la pièce à revêtir pour garantir l'adhésion du revêtement, une étape de préchauffage de la pièce, ainsi qu'une étape finale d'ébavurage pour débarrasser les zones revêtues non intentionnellement. Ces étapes rallongent et complexifient le procédé de fabrication du revêtement. [0009] De plus, les températures très élevées de fonctionnement, qui sont de l'ordre de 3000°C pour la projection arc fil et peuvent aller jusqu'à 16000°C pour la projection plasma, limitent la nature des revêtements utilisés. [0010] Notamment, pour diminuer les frottements de pièces mécaniques, il est fréquent d'utiliser des lubrifiants solides, particulièrement efficaces grâce à leur structure en feuillet. [0011] A haute température, leur structure en feuillet et, par conséquent, les propriétés de lu- 2 brification du revêtement peuvent être altérées de sorte que l'utilisation de lubrifiants solides est incompatible avec les procédés de revêtement par projection thermique conventionnels. [0012] Il est donc proposé un procédé de fabrication d'un revêtement en matériau composite à matrice métallique sur une pièce pour véhicule automobile, comprenant la projection simultanée sur ladite pièce d'une matrice en matériau métallique et de charges en matériau lubrifiant solide pour la réalisation du revêtement en matériau composite à matrice métallique chargée en lubrifiant solide. [0013] En outre, la projection est réalisée par une technique de projection dynamique par gaz froid. [0014] Selon une caractéristique, le lubrifiant solide peut être un composé choisi parmi : le graphite, le bisulfure de molybdène (MoS2), le bisulfure de tungstène (WS,), le nitrure de bore hexagonal (h-BN) le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le monoxyde de zinc (Zn0), le monoxyde de fer (FeO), des composés inorganiques fluorés tels que le NaF2 ou CaP2, ou un mélange de ceux-ci. [0015] De préférence, le pourcentage massique du lubrifiant solide dans le matériau composite à matrice métallique est compris entre 1 et 20%. [0016] Selon un mode de réalisation, la matrice métallique du revêtement composite peut comprendre un acier. [0017] Avantageusement, la teneur en carbone de l'acier est inférieure à 0,8%. [0018] Selon un autre mode de réalisation, la matrice métallique du revêtement composite peut comprendre un alliage de cuivre tel que le laiton ou le bronze. [0019] Avantageusement, le revêtement peut être réalisé sur une pièce d'un moteur à combustion de véhicule automobile, telle qu'un alésage d'un carter cylindre, une came d'un arbre à cames et/ou une tête de bielle. [0020] De préférence, le lubrifiant solide comporte des particules à forte dureté choisies parmi : l'alumine, les oxydes et nitrures de titane, les carbures ou oxydes de chrome, les carbures ou oxydes de silicium, les alliages de nickel ou un mélange de ceux-ci. [0021] De préférence, le pourcentage massique en particules à forte dureté dans le matériau composite est compris entre 1 et 20%. [0022] L'invention concerne également un moteur à combustion pour véhicule automobile comprenant un revêtement obtenu selon un procédé de fabrication tel que défini précédemment. [0023] Avantageusement, le moteur peut comprendre un alésage pour la réception de pistons, la surface de l'alésage comprenant un revêtement obtenu selon un procédé de fabrication comme décrit précédemment. [0024] D'autres buts, avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif. 3 [0025] Dans ce qui va suivre, les bornes d'un domaine de valeurs sont comprises dans ce domaine, notamment dans l'expression « compris entre ». [0026] L'exemple développé ci-après se rapporte à un procédé de fabrication d'un re- vêtement en matériau composite comportant des propriétés de lubrification, sur une pièce pour véhicule automobile. [0027] Dans cet exemple, la pièce pour véhicule automobile est un carter de cylindre de moteur à combustion en alliage d'aluminium, et plus particulièrement, un alésage configuré pour coopérer avec une pluralité de pistons pour le fonctionnement du moteur. [0028] Le procédé de fabrication comprend la projection d'une matrice en matériau mé- tallique et de charges en matériau lubrifiant solide pour la réalisation du revêtement en matériau composite aux propriétés de lubrification. L'ajout de particules à forte dureté dans le composite est également possible pour augmenter sa résistance à l'usure. [0029] Projection dynamique par gaz froid [0030] La projection de la matrice métallique et des charges de lubrifiant solide est réalisée par projection dynamique par gaz froid. [0031] Par projection dynamique par gaz froid, on entend un procédé de métallisation, plus communément appelé « cold spray », dans lequel un matériau sous forme de poudre contenu dans une buse du type «De Laval » est projeté à vitesse supersoniques sur une surface par un gaz sous pression. Ce procédé de projection permet une forte adhérence sur ce substrat en alliage d'aluminium sans préparation de surface préalable. [0032] La température de fonctionnement est inférieure à 450°C en sortie de buse De Laval. [0033] La matrice métallique [0034] Le revêtement composite est réalisé par projection du matériau métallique sous forme de poudre. [0035] La matrice métallique peut comprendre un acier. Par exemple, l'acier choisi peut être un acier inoxydable. [0036] De préférence, la teneur en carbone de l'acier est inférieure à 0,8% de manière à faciliter l'usinage de la pièce. [0037] Selon une alternative à l'acier, la matrice métallique du revêtement composite peut comprendre un alliage de cuivre, tel que le laiton ou le bronze ou un alliage d'aluminium afin d'améliorer la mise en oeuvre du revêtement et son adhésion au carter cylindre en alliage d'aluminium. Un matériau pur tel que le fer, le cuivre, l'aluminium ou l'argent peut également être utilisé pour le même objectif afin d'améliorer la résistance du revêtement à la corrosion. [0038] Le lubrifiant solide [0039] Le lubrifiant solide, projeté sous forme de poudre, confère les propriétés de lubri- fication au revêtement. [0040] Le lubrifiant solide est, avantageusement, un composé choisi parmi : le graphite, le bisulfure de molybdène (MoS,), le bisulfure de tungstène (WS2), le nitrure de bore hexagonal (h-BN) le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le monoxyde de zinc (ZnO), le monoxyde de fer (FeO), des composés inorganiques fluorés tels que le NaF2 ou CaF2 ou un mélange de ceux-ci. [0041] De préférence, le pourcentage massique du lubrifiant solide dans le matériau composite à matrice métallique est compris entre 1 et 20%. [0042] Les particules à forte dureté [0043] Les particules à forte dureté, projetées sous forme de poudre, confèrent les propriétés de résistance à l'usure au revêtement. [0044] Les particules à forte dureté sont, avantageusement, un composé choisi parmi : l'alumine (AL203), les oxydes et nitrures de titane, les carbures ou oxydes de chrome, les carbures ou oxydes de silicium, les alliages de nickel ou un mélange de ceux-ci. [0045] De préférence, le pourcentage massique de particules à forte dureté dans le matériau composite est compris entre 1 et 20%. [0046] L'alésage de carter de cylindres comprend ainsi un revêtement d'un matériau composite tendant à diminuer les frottements lors du déplacement des pistons dans l'alésage du carter de cylindres et garantissant son usure dans le temps. [0047] Bien entendu, on pourra prévoir que le revêtement soit réalisé sur une autre pièce du véhicule automobile nécessitant un revêtement comportant des propriétés de lubrification telle que, par exemple, une came d'un arbre à cames ou une tête de bielle d'un moteur, notamment en remplacement de la bague d'une tête de bielle. [0048] La projection dynamique à froid réalisé à une température inférieure à 450°C en sortie de la buse « De Laval » permet donc de fabriquer un revêtement composite à matrice métallique comprenant des charges de lubrifiants solides dont les propriétés de lubrification sont conservées après projection. Aucune étape préalable visant à augmenter l'adhérence du revêtement à la surface de la pièce n'est nécessaire et le revêtement peut être fabriqué de manière simple et peu coûteuse. 5