J E u r o p â i s c h e s European Patent Office ® Numéro de publication: 0 2 8 8 3 6 4
Office européen des brevets A 1
® DEMANDE DE BREVET E U R O P E E N
© Numéro de dépôt: 88400915.0 @ Int. Ci.4: F 02 B 7 7 / 0 2
F 16 J 10/04, C 25 D 15/02
© Date de dépôt: 15.04.88
@ Priorité: 17.04.87 FR 8705515
@ Date de publication de la demande : 26.10.88 Bulletin 88/43
@ Etats contractants désignés: DE ES GB IT
© Demandeur: REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT Boîte postale 103 8-10 avenue Emile Zola
F-92109 Boulogne-Billancourt (FR)
@ Inventeur: Leroy, Serge 36, route de Valmondois F-95690 Nesles La Vallée (FR) Walti, Frédéric
14 Mail Renaissance F-95120 Ermont (FR) Le Douaron, Alain 4, rue Pierre de Coubertin F-91120Palaiseau (FR)
@ Mandataire: Saint Martin, René et al
Régie Nationale des Usines Renault Direction des Recherches et Développements Service 0804 8-10, Avenue Emile-Zola
F-92109 Boulogne Billancourt Cedex (FR)
Procédé d'amélioration de la résistance à l'usure de l'intérieur des moteurs.
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(g) Procédé de revêtement de la face interne d'éléments tels que des chemises de moteur en fonte au moyen d'une couche destinée à améliorer sa résistance à l'usure. L'on amène les différents fluides nécessaires au traitement de la surface considérée en un flux continu qui traverse ledit élément (1) à renforcer, tandis que ce dernier est maintenu immobile.
escription
PROCEDE ET DISPOSITIF POUR L'AMELIORATION DE LA RESISTANCE A L'USURE DE L'INTERIEUR DES MOTEURS ET APPLICATION A DES CHEMISES OU CYLINDRES DE MOTEURS.
La présente invention se rapporte a un procède l'amélioration de la résistance à l'usure de l'intérieur les cylindres d'un moteur, par revêtement de leur urface interne au moyen d'une couche de nickel
;ontenant des particules de carbure de silicium éparties de façon homogènes.
On connaît déjà le principe du renforcement de la
;urface interne d'un cylindre en aluminium sur iquelle on sait fair adhérer un revêtement de nickel ilectrolytique comportant des particules de carbure le silicium.
Cette disposition est intéressante pour deux aisons :
- elle renforce la résistance mécanique de ce métal, apidement usé par le frottement des segments du )iston :
-elle permet une rétention du lubrifiant par les articules dé carbure de silicium qui émergent jartiellement de la surface de nickel déposé.
On peut remédier à la faiblesse mécanique des noteurs en aluminium en renforçant les cylindres jar des chemises en fonte au prix d'un surcoût dû à
;ette opération supplémentaire ou en substituant la bnte à l'aluminium pour la totalité du corps du noteur, ce qui permet d'obtenir des formes com- Dlexes assurant une grande rigidité du carter cylindre.
Toutefois, on se heurte encore à des limites de
@ésistance mécanique, notamment du fait des :empératures élevées liées à l'augmentation des Derformances du moteur par suralimentation ou amélioration de la combustion.
Certaines fontes particulièrement résistances Dourraient être utilisées pour la constitution de ces alocs moteurs ; toutefois, outre leur prix de revient, des difficultés apparaîtraient alors au cours des opérations de fonderie et d'usinage.
Il est par conséquent intéressant de chercher à renforcer la résistance mécanique de la fonte traditionnelle par un revêtement superficiel de nickel, comportant des particules de carbure de silicium, du type de celui déposé électrolytiquement sur l'aluminium selon la technique antérieure.
Mais les tentatives effectuées dans ce sens se sont avérées infructueuses, car le revêtement obtenu se révèle insuffisamment adhérent au bloc sous-jacent ; de plus, le procédé utilisé impliquant une immersion totale de l'élément à revêtir dans un bac contenant le produit de revêtement, ce dernier se dépose alors non exclusivement à la surface des cylindres à renforcer, mais encore sur certaines zones où la présence de particules abrasives est indésirables ; on constate de plus que la concentra- tion desdites particules déposées est peu homo- gène, rendant de ce fait inégale la résistance à l'usure du revêtement obtenu.
La présente invention a pour but de résoudre les difficultés ci-dessus ; elle sera décrite à titre d'exemple non limitatif au regard de la figure unique ci-jointe, qui représente un schéma vu en coupe du
dlspositlT UtinsaDie pour ta mise en utsuvie uu 5 procédé selon l'invention.
L'étude analytique des causes de la mauvaise adhérence d'une couche rapportée de nickel com- portant de façon homogène des particules de carbure de silicium sur de la fonte, a révélé 0 l'importance de l'état de propreté de la surface à
revêtir.
Elle doit être dépourvue de toute trace d'huile ou de graisse, d'oxydes et de particules de carbone émergeant à sa surface.
5 @ Un premier élément de réponse aux préoccupa- tions ci-dessus est apporté en soumettant le support de fonte pendant 5 à 10 minutes à un décapage électrolytique dans une solution d'acide sulfurique concentré avec une densité de courant
?0 élevée.
Ce traitement, précédé et suivi d'un rinçage à l'eau déminéralisée, succède de préférence à un dégraissage chimique.
Le décapage électrolytique ci-dessus permet de
?5 désoxyder la fonte sans dissolution de fer, ce qui aurait pour conséquence d'augmenter la quantité de particules de carbone à sa surface dont la présence est nuisible à l'adhérence ultérieure du dépôt de nickel.
30 Dans les conditions de pH et de densité de courant ci-dessus, l'oxyde de fer est attaqué par l'acide sulfurique, tandis que le fer de la fonte est passivé.
L'importance de l'action mécanique du à la grande 35 quantité d'oxygène dégagée au cours de cette opération permet de décrocher les particules de carbone situées à la surface du support traité.
Ce dernier est maintenant prêt à subir un revêtement de nickel électrolytique comportant des 40 particules de carbure de silicium. Il faut toutefois s'appliquer à éviter toute exposition du support à l'air afin d'empêcher une nouvelle oxydation de la fonte, surtout après son attaque sulfurique.
Ceci est particulièrement difficile à obtenir par les 45 procédés antérieurs, dits "au trempé", selon les- quels les phases de traitement se succèdent par déplacement aérien de la pièce d'un bac à l'autre.
Le procédé selon l'invention pallie l'inconvénient ci-dessus par l'utilisation du dispositif de la figure 50 unique ci-jointe.
Dans l'exemple qui va être décrit, la pièce traitée est une chemise 1 en fonte lamellaire, représentative de la fonte grise utilisée pour les moteurs à futs intégrés.
55 Toutefois, le principe reste le même si on traite directement la surface des cylindres d'un bloc moteur en fonte non chemisé.
Le procédé consiste à effectuer la circulation des différents liquides successifs nécessaires à la 60 gamme de traitement directement à l'intérieur de la chemise 1, ou des cylindres du bloc moteur concerné.
A cette fin, la chemise 1 est fermée de façon
z
étanche à ses extrémités supérieure et inférieure respectivement par les éléments d'obturation 2 et 3 ; ces derniers présentent des cavités internes 4-5 qui permettent le positionnement d'un panier de titane 6, rempli de billes de nickel de 3 à 5 mm de diamètre, fermé à ses extrémités par des couvercles 7-8 reliés à des bornes positives 9-10 ; une pince 11 constitue la borne négative du dispositif par contact avec la face extérieure de la chemise à traiter.
On notera encore un canal d'arrivée de fluide 12 traversant l'élément supérieure 2 et un canal 13 d'évacuation, dans l'élément inférieur 3.
Ces canaux 12-13 constituent un circuit fermé comportant en série une pompe 14 de circulation et une ou plusieurs bâche 15 de stockage chauffée permettant l'alimentation de la pièce 1 traitée par les différents liquides constituant le cycle de traitement
- eau déminéralisée de rinçage, - dégraissage chimique,
-attaque sulfurique électrolytique,
- bain de nickel comportant les particules résis- tantes telles que du carbure de silicium.
Le dépôt mixte de nickel et de particules intervient donc par circulation en continu et en l'absence d'air dans la chemise 1 d'une solution fortement concen- trée en sel de nickel et fonctionnant à bas pH.
Un tel bain est utilisé car il permet un passage plus important de courant, et donc d'obtenir des dépôts plus rapides ; de plus, il n'est pas difficile à entretenir.
On pourrait également utiliser un bain de Watts de composition ci-dessous :
- sulfate de nickel = 300 g/l - chlorure de nickel = 30 g/l -acide borique = 40 g/l - pH = 4,4 (à la sonde) -température = 50° C
ou encore un nickel sulfamate tel que : - sulfamate de nickel = 600 g/l - chlorure de nickel = 60 g/l -acide borique = 90 g/l - pH = 3,5
-température = 50° C
A la première solution ci-dessus préférentielle- ment utilisée, on ajoute 20 à 100 g/l de particules de carbure de silicium, dont la taille moyenne est de 4 à 5 microns.
La densité de courant continu appliquée à la chemise 1 est de 25 à 70 A/dm2, pendant 10 à 15 minutes. On obtient ainsi un revêtement dont la dûreté peut atteindre 360 Vickers et même au-delà grâce à l'ajout de composés organiques dans l'électrolyte.
Au lieu de courant continu, on peut également utiliser un courant puisé, dont la densité est constante pour un temps limité (dit d'impulsion), puis nulle pendant un temps mort ; la somme des deux durées ci-dessus constitue la période T du cycle et le rapport cyclique R est le rapport de temps d'impulsion sur la période T.
De bons résultats sont obtenus en utilisant un courant puisé dont la fréquence varie entre 50 et 100 Hz et pour un rapport cyclique de l'ordre de 90 %.
Dans ces conditions, on obtient des duretés de
revêtement sensiblement supérieures à cells résul- tant de l'application de courant continu.
Dans les deux cas, la quantité de particules de carbure de silicium est de l'ordre de 3 à 5 % du 5 poids total du revêtement déposé et ce dernier possède une épaisseur résiduelle de 60 à 80 microns, après usinage de finition de la chemise.
Compte tenu du renouvellement constant de l'électrolyte sur la surface à traiter selon le procédé 10 de l'invention, on n'assiste pas à un appauvrisse- ment en ions comme dans certains procédés antérieurs ; de ce fait, on constate une vitesse de déposition du revêtement plus élevée.
De plus, le rinçage effectué en continu entre 15 chaque opération est particulièrement efficace, au regard notamment des rinçages par trempage ; il a notamment pour effet de retirer les particules non adhérentes de carbone apparues lors du décapage préliminaire.
20 Enfin, on constate bien qu'il n'y a plus de contact de la surface à traiter avec l'air ambiant entre deux phases de traitement, et donc pas de risque d'oxydation avant le dépôt de nickel.
Compte tenu de la qualité du revêtement et de son 25 adhérence, des usinages de finition peuvent être réalisés dans de bonnes conditions. On ajuste ainsi la segmentation et la surface du fût, ce qui permet de limiter l'usure du moteur et diminue sa consom- mation d'huile.
30
Revendications
35 1/ Procédé de revêtement de la face interne d'éléments tels que des chemises de moteur en fonte au moyen d'une couche destinée à améliorer sa résistance à l'usure, caractérisé 40 par le fait que l'on amène les différents fluides nécessaires au traitement de la surface consi- dérée en un flux continu qui traverse ledit élément (1) à renforcer, tandis que ce dernier est maintenu immobile.
45 21 Procédé de revêtement selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les différentes étapes de traitement de la surface considérée résultent d'un dégraissage chimique connu en soi et d'un rinçage à l'eau déminéralisée, d'une 50 attaque sulfurique électrolytique et d'un rinçage à l'eau déminéralisée, d'un dépôt de nickel électrolytique comportant des particules résis- tantes telles que du carbure de silicium.
3/ Procédé de revêtement selon la revendica- 55 tion 1, caractérisé en ce que le bain de nickel mis en circulation à l'intérieur de l'élément à traiter est fortement concentré en sel de nickel et fonctionne à bas pH, ce qui permet le passage d'une forte densité de courant et donc 60 un dépôt rapide de métal.
4/ Procédé de revêtement selon les revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que le courant utilisé pour le dépôt électrolytique de nickel est continu et possède une densité de 25 à 70 65 A/dm2 appliquée pendant 10 à 15 minutes.
5/ Procédé de revêtement selon les revendi- ations 1 à 3, caractérisé en ce que le courant tilisé pour le dépôt électrolytique de nickel est ulsé, sa fréquence variant entre 50 et 100 Hz, t possède un rapport cyclique de l'ordre de 5 oo/o.
6/ Dispositif pour la mise en oeuvre du rocédé selon l'une quelconque des revendica- ons précédentes, caractérisé en ce qu'il est onstitué de deux éléments d'obturation (2-3) 10 armant de façon étanche la cavité de l'élément 1) à traiter, cette dernière contenant un panier n titane (6) rempli de billes de nickel de 3 à 5 im de diamètre et relié à la borne positive d'un lénérateur dont la borne négative est mise en 15 :ontact avec la paroi de l'élément (1) à traiter, me circulation de fluide étant établie à l'inté- ieur de ce dernier via des canaux (12-13) situés lans les éléments d'obturation (2-3) et au noins une bâche (15), chauffable, de stockage 20 les fluides mis en circulation au moyen d'une lompe (15).
71 Chemises ou cylindres de moteurs résis- ants à l'usure, caractérisés en ce que l'on iépose sur leur face interne une couche de 25 îickel électrolytique comportant des particules je carbure de silicium, dont l'épaisseur après jsinage de finition est de l'ordre de 60 à 80 nierons.
30
HO
4U
40
OU
OO
OU
bO
4
des brevets
EP 88 40 0915 DOCUMENTS CONSIDERES COMME PERTINENTS
Catégorie Citation du document avec indication, en cas de besoin,
des parties pertinentes Revendication
concernée CLASSEMENT DE LA DEMANDE (Int. CI.4) Y
Y
A A
DE-A-2 620 104 (NIPPON PISTON RING)
* En entier *
FR-A-2 268 871 (SUZUKI)
* Figure 2; page 4, lignes 22-24; en e n t i e r *
FR-A-1 497 312 (WESTINGHOUSE)
* Figure; page 3, en entier * GB-A-1 200 410 (NSU)
* Figure 1; page 4, lignes 1-43 *
Le présent rapport a été établi pour toutes les revendications
2 , 4 , 5 1,3
1 , 3 , 2
F 02 B 77/02 F 16 J 10/04 C 25 D 15/02
DOMAINES TECHNIQUES RECHERCHES (Int. C1.4) F 02 B
F 16 J C 25 D
Lieu de la recherche
LA HAYE Date d'achèvement de la recherche
14-06-1988 Examinateur
WASSENAAR G.
CATEGORIE DES DOCUMENTS CITES X : particulièrement pertinent à lui seul Y : particulièrement pertinent en combinaison avec un
autre document de la même catégorie A : arrière-plan technologique
O : divulgation non-écrite P : document intercalaire
T : théorie ou principe à la base de l'invention E : document de brevet antérieur, mais publié à la
date de dépôt ou après cette date D : cité dans la demande
L : cité pour d'autres raisons
& : membre de la même famille, document correspondant
