Brevet FR3158548A1 — publié le 20250725

L’invention concerne un organe de friction (1) d’un dispositif de freinage, ledit organe étant prévu pour être fixé sur une roue de véhicule, ledit organe présentant une surface de friction (13) prévue pour entrer en contact avec une garniture de frottement d’un composant mobile du dispositif de freinage, caractérisé en ce que ladite surface de friction est recouverte d’un premier revêtement (11) comportant des marqueurs luminescents, et d’un second revêtement (12) de protection contre l’usure, superposé au premier. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un tel organe. Figure [3] ORGANE DE FRICTION DOTE DE MARQUEURS LUMINESCENTS ET PROCEDE DE FABRICATION ASSOCIE La présente invention concerne un organe de friction présentant une surface de friction prévue pour entrer en contact avec une garniture de frottement. L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’un tel organe. L’invention s’applique en particulier au domaine du freinage des véhicules. État de la technique L’Union européenne va légiférer pour réduire les émissions de particules fines générées par les véhicules, dans la mesure où les sources d’émissions autres que les gaz d’échappement représentent à présent environ 80 % des émissions de particules provenant de l’usage des véhicules. Ces émissions de particules proviennent de l’usure de la route, des pneus et des freins. Des plafonds d’émissions pour les particules générées par les systèmes de freinage sont définis. L’Union européenne va par conséquent intégrer ces plafonds à la prochaine norme Euro 7 toujours en discussion. Afin de s’adapter à cette norme, l’application de revêtements sur les pistes frottantes des disques de frein par projection thermique est la solution retenue par un grand nombre d’acteurs du secteur de l’automobile. Ces revêtements, qui ont pour fonction de protéger les organes de friction dans les dispositifs de freinage, présentent des propriétés de résistance à l’usure et à la corrosion, et se composent généralement de particules de carbures incluses dans une matrice en acier inoxydable. Une couche intermédiaire entre l’organe de friction et le revêtement anti-usure est généralement interposée, pour promouvoir l’adhérence du revêtement anti-usure. Toutefois, il est nécessaire de contrôle l’usure qui se produit au niveau de ces revêtements, afin de remplacer le disque quand ce dernier est usé. Il est connu de l’état de la technique, comme par exemple du document US 4 457 566 B1, de réaliser un indicateur visuel sous la forme d’un trou dans la couche du revêtement anti-usure uniquement (celui contenant les particules de carbures), la couche intermédiaire ne faisant qu’office de promoteur d’adhérence. Quand on ne voit plus le trou, c’est que le revêtement anti-usure est consommé et que l’organe de friction est à changer. Cet indicateur visuel réalisé mécaniquement par usinage, fraisage ou tout autre moyen possible (laser, électro-érosion), présente l’avantage d’être facile à mettre en œuvre industriellement sur produit fini (après rectification de la surface frottante de l’organe de friction). L’usinage mécanique est très compétitif avec des temps de cycle courts et des process très largement maitrisés dans l’industrie automobile. Néanmoins, ce type d’indicateur visuel ne donne pas entière satisfaction. En effet, ce type d’indicateur visuel (trous dans la couche anti-usure) crée une faiblesse dans la couche supérieure qui peut se traduire par des détachements de particules de la couche supérieure du revêtement. C’est ce qu’on appelle en anglais le « métal pick-up » qui consiste en un détachement de particules dures du disque qui viennent ensuite faire office de troisième corps entre l’organe de friction et la garniture de frottement. Ce dernier favorise l’usure abrasive et ainsi l’apparition de nombreuses stries sur les pistes frottantes de l’organe de friction. Il s’ensuit des conséquences fonctionnelles telles que du bruit, des vibrations, des perte d’efficacité au freinage. Une autre faiblesse dans la couche supérieure peut se traduire par un écaillage de la couche complète des deux revêtements allant jusqu’à la corrosion puis la destruction de l’organe de friction (initiation et propagation de fissures et décollement des revêtements). Extension d’une fissure jusqu’à la fonte avec décollement du revêtement et corrosion de la fonte le long des lamelles de graphite Un but de la présente invention est de remédier à au moins un des inconvénients de l’état de la technique. Un autre but de l’invention est de faciliter la lecture de l’usure des organes de friction sans avoir obligatoirement à démonter les roues du véhicule. À cet effet, l’invention concerne un organe de friction d’un dispositif de freinage, ledit organe étant prévu pour être fixé sur une roue de véhicule, ledit organe présentant une surface de friction prévue pour entrer en contact avec une garniture de frottement d’un composant mobile du dispositif de freinage, caractérisé en ce que ladite surface de friction comprend un premier revêtement comportant des marqueurs luminescents, et un second revêtement de protection contre l’usure, superposé au premier revêtement. Ainsi, quand la couche d’usure sera consommée, la sous couche laissera apparaître ces marqueurs luminescents qui ne seront visibles que sous une lampe UV. La couche d’usure reste ainsi intègre ce qui permet d’éviter les écueils de l’art antérieur et il n’est pas nécessaire de démonter les roues pour contrôler la visibilité des marqueurs sur un disque de frein. Suivant des modes de réalisation particuliers, les marqueurs luminescents sont des polymères de coordination à base de terres rares, préférentiellement à base de lanthanide. Il est possible de faire cohabiter plusieurs métaux de natures différentes au sein du même polymère de coordination. Lorsque ces métaux sont des terres rares, ils se répartissent de façon aléatoire (du fait de leurs propriétés chimiques semblables) en constituant de véritables « alliages moléculaires ». Il est donc possible de constituer des familles extrêmement nombreuses de polymères de coordination présentant les mêmes propriétés physico-chimiques (stabilités thermique et chimique, granulométrie…), mais des propriétés physiques, notamment optiques, différentes. Suivant des modes de réalisation, le premier revêtement est préférentiellement en acier inoxydable. En effet, ce type de revêtement présente des propriétés de résistance à la corrosion optimale pour des applications de freinage. Suivant des modes de réalisation, le second revêtement de protection contre l’usure est en acier inoxydable chargé en carbures, préférentiellement choisis dans la liste définie par les carbures de Titane, les carbures de Tungstène, les carbures de Chrome. En effet, ce type de revêtement présente des propriétés de résistance à l’usure optimale pour des applications de freinage. Suivant des modes de réalisation, le premier revêtement est réalisé par projection thermique suivant une épaisseur comprise entre 50 et 300 microns. Cette fourchette permet à la fois une résistance à l’usure suffisante et des conditions de frottement convenables. Suivant des modes de réalisation, l’organe de friction peut être aussi bien un disque de frein qu’un tambour de frein. Selon un autre aspect de l’invention, il est proposé un procédé de fabrication d’un disque de dispositif de freinage, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : - Une étape de fonderie du disque, - Une étape d’usinage et de perçage du disque, - Une étape de dépôt, préférentiellement par projection thermique, sur la surface de friction d’un premier revêtement comportant des marqueurs luminescents, - Une étape de dépôt, préférentiellement par projection thermique, sur le premier revêtement d’un second revêtement de protection contre l’usure. Suivant des modes de réalisation particuliers, les marqueurs luminescents sont des polymères de coordination à base de terres rares, préférentiellement à base de lanthanide. Il est possible de faire cohabiter plusieurs métaux de natures différentes au sein du même polymère de coordination. Lorsque ces métaux sont des terres rares, ils se répartissent de façon aléatoire (du fait de leurs propriétés chimiques semblables) en constituant de véritables « alliages moléculaires ». Il est donc possible de constituer des familles extrêmement nombreuses de polymères de coordination présentant les mêmes propriétés physico-chimiques (stabilités thermique et chimique, granulométrie…), mais des propriétés physiques, notamment optiques, différentes. Suivant des modes de réalisation, le premier revêtement est préférentiellement en acier inoxydable. En effet, ce type de revêtement présente des propriétés de résistance à la corrosion optimale pour des applications de freinage. Suivant des modes de réalisation, le second revêtement de protection contre l’usure est en acier inoxydable chargé en carbures, préférentiellement choisis dans la liste définie par les carbures de Titane, les carbures de Tungstène, les carbures de Chrome. En effet, ce type de revêtement présente des propriétés de résistance à l’usure optimale pour des applications de freinage. Suivant des modes de réalisation, le premier revêtement est réalisé par projection thermique suivant une épaisseur comprise entre 50 et 300 microns. Cette fourchette permet à la fois une résistance à l’usure suffisante et des conditions de frottement convenables. Brève description des FIGURES L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : la FIG. 1 est une vue suivant une coupe transversale d’un exemple de réalisation non limitatif d’un organe de friction. la FIG. 2 est une vue de dessus d’un exemple de réalisation non limitatif d’un organe de friction. la FIG. 3 est une vue suivant une coupe transversale d’un détail de la FIG. 1 . Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si c'est cette partie qui est uniquement suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique. Sur les figures et dans la suite de la description, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence. Description détaillée des Figures. Les Figures 1 à 3 représentent un mode de réalisation d’un organe de friction 1 d’un dispositif de freinage (non représenté), ledit organe étant prévu pour être fixé sur une roue de véhicule, ledit organe présentant une surface de friction 13 prévue pour entrer en contact avec une garniture de frottement d’un composant mobile du dispositif de freinage. L’organe de friction peut être issu d’une pièce de fonderie 10 en fonte lamellaire. La surface de friction comprend un premier revêtement 11 comportant des marqueurs luminescents, et un second revêtement 12 de protection contre l’usure, superposé au premier revêtement. Quand la couche d’usure est consommée lors du frottement avec la garniture de frottement, la sous couche laisse apparaître ces marqueurs luminescents qui ne sont visibles que sous une lampe UV. La couche d’usure reste ainsi intègre ce qui permet d’éviter les écueils de l’art antérieur et il n’est pas nécessaire de démonter les roues pour contrôler la visibilité des marqueurs sur un disque de frein. Suivant un mode préférentiel, les marqueurs luminescents sont des polymères de coordination à base de terres rares, préférentiellement à base de lanthanide. Les terres rares sont les éléments chimiques compris entre le lanthane (La) et le lutécium (Lu) dans le tableau périodique (série des lanthanides), auxquels s’ajoute l’yttrium (Y). Elles constituent la plus longue série d’éléments aux propriétés chimiques semblables du tableau périodique (15 éléments). Bien que chimiquement semblables, ces métaux présentent des propriétés physiques, notamment optiques et magnétiques, différentes. Du fait de leurs propriétés physiques uniques, on retrouve les terres rares dans de nombreuses applications telles que les aimants haute performance, l’éclairage ou l’affichage, par exemple. Réputés non-toxiques, les terres rares sont très répandues dans l’écorce terrestre. Les polymères de coordination sont des édifices mono, bi ou tridimensionnels dans lesquels des métaux (les terres rares, par exemple) sont liés entre eux par des molécules organiques appelées « ligands ». Ces ligands jouent un rôle important dans la luminescence des polymères de coordination. Ce sont en effet eux qui absorbent la radiation ultraviolette d’excitation, transmettent cette énergie au métal qui, à son tour, se dés-excite en émettant une lumière dans le visible ou l’infrarouge. Ce mécanisme d’excitation/désexcitation porte le nom de « effet d’antenne ». Et il est particulièrement intéressant dans le domaine du marquage, car il permet d’exciter (et donc visualiser) toutes les terres rares avec un seul et même signal d’excitation. Il est possible de faire cohabiter plusieurs métaux de natures différentes au sein du même polymère de coordination. Lorsque ces métaux sont des terres rares, ils se répartissent de façon aléatoire (du fait de leurs propriétés chimiques semblables) en constituant de véritables « alliages moléculaires ». Il est donc possible de constituer des familles extrêmement nombreuses de polymères de coordination présentant les mêmes propriétés physico-chimiques (stabilités thermique et chimique, granulométrie…), mais des propriétés physiques, notamment optiques, différentes. Bien sûr, pour être technologiquement acceptables, ces marqueurs doivent présenter une luminescence aussi intense que possible, de façon à pouvoir être utilisés à des teneurs aussi faibles que possible. En effet, une teneur faible en marqueur permet de limiter le coût du marquage et de rendre son identification difficile. Les composés de ce type commercialisés actuellement sous forme d’« alliages moléculaires » sont utilisés à des teneurs de l’ordre de quelques ppm (1 ppm = 1 g de marqueur par tonne de matériaux). Malheureusement, certaines compositions de l’alliage conduisent à des transferts d’énergie entre les différentes terres rares qui provoquent une diminution de l’intensité de luminescence. Pour éviter cela, il a récemment été montré qu’il est possible de fabriquer des particules de polymères de coordination à base de terres rares de type « cœur-coquille », c’est-à-dire des particules dont les parties internes et externes ne présentent pas la même composition. Dans ces particules, les transferts d’énergie entre les métaux du cœur et ceux de la coquille sont drastiquement réduits et l’intensité de luminescence globale est fortement augmentée. Il sera par exemple préféré pour la présente invention d’utiliser comme marqueurs, des poudres microcristallines cœur-coquille de polymères de coordination à base de lanthanide de formule chimique générale ([Ln(cpbOH)]∞)1-x@([Ln′(cpbOH)]∞)x avec Hcpb = acide 1,4-carboxyphénylboronique. Leurs propriétés luminescentes sont radicalement différentes de celles des polymères de coordination hétéro-lanthanides, également appelés "alliages moléculaires", qui présentent la même structure cristalline et la même composition chimique. L'étude des propriétés photophysiques des polymères de coordination cœur-coquille à base de lanthanide révèle qu'il est possible de contrôler efficacement les transferts d'énergie intermétalliques entre les ions lanthanides. En outre, des composés multiémissifs, sous une irradiation unique, dans les régions visibles et infrarouges sont facilement réalisables. Des polymères de coordination microstructurés à base de lanthanide peuvent également être utilisés avec les acides téréphtalique (H2bdc) et trimésique (H3tma) comme ligands, ces composés de coordination à base d'ions lanthanide étant d'excellents candidats pour la croissance épitaxiale moléculaire en 3D. Suivant des modes de réalisation, le premier revêtement est préférentiellement en acier inoxydable. En effet, ce type de revêtement présente des propriétés de résistance à la corrosion optimale pour des applications de freinage. Suivant des modes de réalisation, le second revêtement de protection contre l’usure est en acier inoxydable chargé en carbures, préférentiellement choisis dans la liste définie par les carbures de Titane, les carbures de Tungstène, les carbures de Chrome. En effet, ce type de revêtement présente des propriétés de résistance à l’usure optimale pour des applications de freinage. Suivant des modes de réalisation, le premier revêtement est réalisé par projection thermique suivant une épaisseur comprise entre 50 et 300 microns. Cette fourchette permet à la fois une résistance à l’usure suffisante et des conditions de frottement convenables. Suivant des modes de réalisation, l’organe de friction peut être aussi bien un disque de frein qu’un tambour de frein. Selon un autre aspect de l’invention, il est proposé un procédé de fabrication d’un disque de dispositif de freinage, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : - Une étape de fonderie du disque (10), par exemple en fonte lamellaire, - Une étape d’usinage et de perçage du disque, - Une étape de dépôt, préférentiellement par projection thermique, sur la surface de friction d’un premier revêtement comportant des marqueurs luminescents, - Une étape de dépôt, préférentiellement par projection thermique, sur le premier revêtement d’un second revêtement de protection contre l’usure. Avantageusement, les étapes de dépôt sont réalisées par projection thermique. Le matériau sous forme de poudres est projeté dans une source thermique, telle qu’un faisceau laser, où il est chauffé puis rapidement fondu. Un jet de gouttelettes pâteuses se forme et chacune d’elles est accélérée en direction de la surface du disque sur laquelle elles s’écrasent, s’étalent et se solidifient. Le revêtement ainsi formé est donc composé d’un empilement de particules plus ou moins fondues (lamelles) puis solidifiées sur le disque de frein. La Personne du Métier saura ajuster les paramètres du procédé pour éviter les particules infondues, les porosités, les inclusions. D’autres étapes pour être rajoutées, comme par exemple une étape de rectification du revêtement anti-usure 12, et une étape de traitement contre la corrosion appliqué sur les surfaces de l’organe de friction en dehors de la surface de friction 13. Suivant des modes de réalisation particuliers, les marqueurs luminescents sont des polymères de coordination à base de terres rares, préférentiellement à base de lanthanide comme énoncé ci-avant. Suivant des modes de réalisation, le premier revêtement est préférentiellement en acier inoxydable. En effet, ce type de revêtement présente des propriétés de résistance à la corrosion optimale pour des applications de freinage. Suivant des modes de réalisation, le second revêtement 12 de protection contre l’usure est en acier inoxydable, par exemple 316L, 430L, chargé en carbures, préférentiellement choisis dans la liste définie par les carbures de Titane, les carbures de Tungstène, les carbures de Chrome. On pourra choisir une répartition volumique des carbures de 20 à 100% dans la couche supérieure. En effet, ce type de revêtement présente des propriétés de résistance à l’usure optimale pour des applications de freinage. Suivant des modes de réalisation, le premier revêtement 11 est réalisé par projection thermique suivant une épaisseur comprise entre 50 et 300 microns. Cette fourchette permet à la fois une résistance à l’usure suffisante et des conditions de frottement convenables. A noter que les procédés de dépôt par projection thermique sont adaptés pour déposer le premier revêtement 11 puisque les marqueurs luminescents à base de terres rares se décomposent à 500°C ce qui les rend par conséquent intégrables dans des poudres projetées via des procédés de projection thermique. On pourra alors encapsuler ces marqueurs luminescents dans des nano capsules intégrables dans les poudres projetées ou les intégrer directement dans les poudres projetées pour certains procédés de rechargement par laser (laser cladding en anglais). A noter également que les utilisateurs pourront aisément acquérir une lampe UVA ou UVB selon le marqueur utilisé et procédé au diagnostique. A noter également que l’organe de friction peut être un disque de frein ou bien un tambour de frein. La surface de friction 13 d’un disque de frein, solidaire de la roue, reçoit la sollicitation d’une garniture de friction déplacée par l’étrier du dispositif de freinage, tandis que la surface circonférentielle intérieure d’un tambour de frein reçoit la sollicitation d’une garniture de friction déplacée par les segments du dispositif de freinage. Dans les deux cas, l’usure de la surface de friction 13 doit être contrôlée. L’organe de friction selon l’invention et son procédé de fabrication associé, permettent : - de conserver intègre le revêtement anti-usure, qui permet d’éviter les détachements de particules, les amorces de fissures et de points de corrosion, - de ne pas avoir à démonter les roues, pour les disques de frein, pour contrôler la visibilité des marqueurs, - de procéder à un contrôle simple aussi bien dans un réseau automobile qu’en dehors, puisque l’acquisition d’une lampe UV est simple et peu coûteuse. Bien entendu l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits. Organe de friction (1) d’un dispositif de freinage, ledit organe étant prévu pour être fixé sur une roue de véhicule, ledit organe présentant une surface de friction (13) prévue pour entrer en contact avec une garniture de frottement d’un composant mobile du dispositif de freinage, caractérisé en ce que ladite surface de friction comprend un premier revêtement (11) comportant des marqueurs luminescents, et un second revêtement (12) de protection contre l’usure, superposé au premier revêtement. Organe de friction selon la revendication 1, caractérisé en ce que les marqueurs luminescents sont des polymères de coordination à base de terres rares, préférentiellement à base de lanthanide, tandis que le premier revêtement (11) est préférentiellement en acier inoxydable. Organe de friction selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le second revêtement (12) de protection contre l’usure est en acier inoxydable chargé en carbures, préférentiellement choisis dans la liste définie par les carbures de Titane, les carbures de Tungstène, les carbures de Chrome. Organe de friction selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier revêtement (11) est réalisé par projection thermique suivant une épaisseur comprise entre 50 et 300 microns. Organe de friction selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’organe de friction (1) est un disque de frein. Dispositif de freinage comportant un disque conforme à la revendication 5. Procédé de fabrication d’un disque de dispositif de freinage, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : - Une étape de fonderie du disque (10), - Une étape d’usinage et de perçage du disque, - Une étape de dépôt, préférentiellement par projection thermique, sur la surface de friction d’un premier revêtement (11) comportant des marqueurs luminescents, - Une étape de dépôt, préférentiellement par projection thermique, sur le premier revêtement d’un second revêtement (12) de protection contre l’usure. Procédé de fabrication d’un disque de dispositif de freinage, selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les marqueurs luminescents sont des polymères de coordination à base de terres rares, préférentiellement à base de lanthanide, tandis que le premier revêtement (11) est préférentiellement en acier inoxydable. Procédé de fabrication d’un disque de dispositif de freinage, selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le second revêtement (12) de protection contre l’usure est en acier inoxydable chargé en carbures, préférentiellement choisis dans la liste définie par les carbures de Titane, les carbures de Tungstène, les carbures de Chrome. Procédé de fabrication d’un disque de dispositif de freinage, selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le premier revêtement (11) est réalisé par projection thermique suivant une épaisseur comprise entre 50 et 300 microns.