BE709883A - - Google Patents

Description

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  "Procédé de traitement superficiel de pièces métalliques" 
La présente invention a pour objet un procédé de traitement de pièces métalliques, destiné à améliorer les propriétés de la surface de ces pièces, notamment pour augmenter la résistance à l'usure et diminuer le coefficient de frottement. 



   On   connaît   déjà divers procédés de traitement super- ficiel ayant pour but d'introduire la   sur@@ce   de la   @@     @@@   un élément non métallique. Lorsque l'on procéda par imme   -,,ion   de la pièce dans une solution à basse température,   co@@   

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 par exemple, dans la phosphatation, on produit un simple dépôt qui n'a qu'un effet momentané et disparaît rapidement par frottement. lorsque le traitement est assuré de façon à créer une diffusion de l'élément incorporé, comme dans la nitruration, ou une action chimique, comme dans la sulfura- tion, il est nécessaire d'opérer à des températures élevées qui altèrent les qualités mécaniques de la pièce traitée. 



   Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on soumet la pièce métallique à l'électrolyse, cette pièce constituant l'anode,   c'est-à-dire   reliée au pale positif de la source de courant, dans un bain constitué par un mélange de   thiocyanates.,   et plus particulièrement un mélange eutectique de 25% de thiocyanate de sodium et de   75%   de thiocyanate de potassium. 



   En utilisant un tel mélange de sels fondus, on obtient l'incorporation à la surface de métal de l'élément soufre S, notamment sous forme de sulfures. Cette incorpora.. tion améliore dans de grandes proportions les qualités de frottement. 



   En .outre, le mélange eutectique des thiocyanates de sodium et de potassium présente la propriété de fondre à   125 0   ce qui permet d'effectuer le traitement à une température relativement basse, de l'ordre de 150 à 200 C, ce qui rend ce traitement commode et moins onéreux. 



   Au bain de thiocyanates fondus on peut ajouter.un ferricyanure, un ferrocyanure ou un mélange de ceux-ci. Cette addition est faite en faible proportion. Une proportion avan- tageuse est: 0,9% de ferricyanure; 0,1% de ferrocyanure. 



   Cette addition présente l'avantage de faciliter-la mise en oeuvre du procédé dans lé cas de traitement de pièces de forme   complexe.   

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   En outre, on améliore encore le traitement en   procédant .   à la base du creuset qui sert de cathode, au soufflage dans le bain de sels fondus d'un gaz inerte, tel que azote ou réducteur, tel qu'hydrogène. Avec cette insufflation la ten- sion anode-cathode se trouve diminuée à densité de courant égale. 



   Le procédé selon l'invention s'applique à toutes pièces métalliques, et notamment celles dont la surface contient en proportion importante du fer ou du nickel. Il donne des résultats particulièrement importants avec des pièces en acier, lorsque celles-ci ont été préalablement cémentées trempées, trempées ou nitrurées. 



   Des améliorations importantes des qualités super- ficielles ont été obtenues avec des pièces de métaux divers en procédant, avant traitement, au revêtement de ces pièces par une couche mince de fer ou de nickel par galvanisation. 



   De plus, par un tel dépôt préalable, de quelques microns d'épaisseur, d'une couche de métal homogène, on régu- larise l'action de l'électrolyse et on améliore l'état de surface de la pièce traitée, même pour des pièces en acier* 
Suivant une mise en oeuvre particulière du procédé, le traitement est conduit de façon à produire à la surface de la pièce traitée une structure superficielle à feuillet formant lubrifiant solide. 



   Une telle structure consiste dans des composés tels que bisulfure de molybdène, bisulfure de tungstène, bisulfure de zirconium,   bisélénium   de niobium, bisulfure d'étain, etc.. 



   La formation de la structure superficielle enalubri- fiant solide provient soit directement de la réaction du non- métal du bain d'électrolyse avec le métal de la pièce, soit   @     @@     recouvrant   la pièce d'un métal réagissant avec le non-. 
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 !J1fta:i. du bain è. t él.ectrolY3e. 

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   L'invention sera illustrée par les exemples ci-après suivant lesquels, comme   le   montre la figure 1, la pièce .métallique 10 à traiter est immergée dans un creuset 11 contenant le bain 12 de sets fondus. La pièce 10 est reliée au pôle positif 13 d'une   source   de courant électrique 14 tandis que le creuset 11 est relié au pôle négatif   15.   



   Les résultats du traitement ont été mesurés selon la méthode dite de FAVILLE. Selon cette méthode (figure   2),   la pièce traitée 10 a été serrée entre deux mors 16 et 17 taillés en V. L'éprouvette   10A   est   entraînée   en rotation à la vitesse de 350 tours par minute, On exerce sur les mors   16-17   un serrage progressif avec une force f croissant de 5kg f par seconde. 



   EXEMPLES 
1.- Dans un bain contenant en poids 25% de thiocyanates de sodium NaSCN et 75% de thiocyanate de potassium   KSCN   fondus et maintenus à 190 C, on immerge une éprouvette cylindrique de frottement de 6,5 mm de diamètre et 40 mm de longueur en acier de nuance   16   NC 6 cémentée et trempée de dureté 63 RG. 



   La pièce immergée dans le bain de sels fondus est reliée au pôle positif d'une source de courant, le creuset contenant le bain étant relié au   pôle   négatif. On procède à l'électrolyse pendant 15 minutes avec une densité de courant de 2,5 ampères par décimètre carré avec une tension anode- cathode de 0,8 à 2 volts. 



   La pièce ainsi traitée est lavée pendant 2 heures dans l'eau courante pour dissoudre les sels du bain séchés, puis brossée avec une brosse métallique et soumise à l'essai 
FAVILLE, Placée entre deux mors, taillas en V à 90  en acier 
16 NC 6 cémenté trempé non traité, cette pièce est mise en 

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 rotation à 350 tours/minute tandis que l'on imprime aux mors une force de serrage! croissante à raison de 5 kilogrammes- force par seconde. 



   L'essai est arrêté soit au grippage, soit au moment où le fluage de l'éprouvette qui s'échauffe compense le rapprochement des mors. L'indice de qualité est fourni par   la valeur f dt, t exprimant la durée de l'essai. o   
Alors qu'une éprouvette non traitée grippe générale- ment dans les premières secondes de l'essai, l'éprouvette traitée au bain sus-indiqué flue sans grippage, après 75 ,secondes. L'indice de qualité dépasse 30 000 kgf/s. 



   A l'examen par diffraction électronique, on constate la présence à la surface de la pièce de sulfure de fer FeS sur une profondeur de 15 microns environ. C'est à la pré- sence de ce sulfure de fer que semblent pouvoir être attri- buées les qualités de frottement obtenues. 



   2. - On améliore l'état de surface en ajoutant au bain eutectique de l'Exemple 1: 
0,1 % de ferrocyanure de potassium 
0,9 % de ferricyanure de potassium 
Dans le bain ainsi constitué, on a traité par électro- lyse avec la densité de courant de 1,5 ampères par décimètre carré pendant 15 minutes, des engrenages de diamètre primitif 180 mm.module 12, les engrenages traités servant de cathode. 



  Ces engrenages présentent des qualités de frottement remarqua- bles. 



   3.- Dans un bain de sels fondus identiques à celui de l'Exemple 2, on traite une éprouvette en acier préalable- ment traité par nitruration sur une profondeur de 0,5 mm. 



   Le traitement électrolytique effectué dans les   ,,conditions'des   Exemples 1 et 2 a pour résultat de tripler l'indice de qualité de l'essai   FAVILLE.   

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     4.-   Pour améliorer l'état de surface, en abaissant la différence de potentiel anode-cathode, on souffle à la base du creuset un mélange d'azote et d'hydrogène comportant en volume 60% d'azote et 40% d'hydrogène. 



   Lors du traitement d'une éprouvette   FAVILLE   dans un bain eutectique de 2kg contenu dans un creuset de 100 mm de diamètre, sous une densité de courant de 2,5 ampères par décimètre carré, la différence de potentiel anode-cathode passe de 1,2 à 1 volt lorsque l'on souffle 1 litre de mélange gazeux par minute. 



   5. - Une pièce d'acier cémentée trempée traitée comme dans l'Exemple 1, présente en surface des irrégularités probablement dues aux différences de potentiel locales. 



  La rugosité de la pièce est augmentée à la suite du traitement par électrolyse: elle passe de 3 à 5 micro-inches   CLA   (Center Line Average) ou norme AFNOR (Association Française de Normalisation) PNE   05-012   à 25-30 micro-inches CLA. 



   En procédant,avant l'électrolyse.. au recouvrement de la pièce à traiter par un dépôt électrolytique de 3 à 4 microns d'épaisseur de fer ou d'un alliage comportant plus de 50 % de fer, la rugosité finale, après traitement électro- lytique au bain de thiocyanates fondus est seulement de 10 à 12 micro-inches CLA. 



   6. - On traite une éprouvette en molybdène pur de   6,5     mm   de diamètre et de 40 mm de hauteur, immergée dans un bain igné composé de  50     %   de sulfure de potassium, 50 % de soufre en fleur. 



   La température du bain est maintenue à 300 C. On souf- fle dans le bain à la partie inférieure du creuset, un gaz réducteur, l'hydrogène, avec un débit de 2 litres par minute. 

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  Le creuset métallique contenant le bain étant utilisé comme cathode et l'éprouvette placée à l'anode, la densité du cou- rant continu est de   150     A/dm2.   Après un traitement de 20 minutes dans de telles conditions, on constate: - que la surface de l'éprouvette est recouverte d'une couche de 5 microns de bisulfure de molybdène, commhe parfaitement adhérente au métal qui ne peut être enlevée par un brossage métallique; - que le test de frottement FAVILLE-LEVALLY, pratiqué a sec, est particulièrement remarquable ;

   alors qu'une éprou- vette en molybdène non traitée frottant sous une charge de 150 kg f sur des mors en acier XC 32 grippe instantanément, une éprouvette semblable, traitée selon l'invention, frotte dans les mêmes conditions pendant   15   minutes avec un   coeffi-   cient de frottement constant de   0,06.  

Claims (1)

1. REVENDICATIONS 1 1 - Procédé de traitement superficiel de pièces métalliques pour améliorer leurs qualités de frottement et de résistance à l'usure, consistant à traiter lesdites pièces par électrolyse dans un bain de sels fondus, caractérisé en ce que, la pièce traitée constituant l'anode, on utilise un bain de sels fondus constitué par des thiocyanates, et notam- ment un mélange eutectique de 25 % de thiocyanate de sodium et de 75 % de thiocyanate de potassium, à la température de 150 à 200 C.

   2 - Procédé de traitement superficiel de pièces métalliques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajoute au bain un ferricyanure, un ferrocyanure eu un mélange de ceux-ci.

   3 - Procédé de traitement superficiel de pièces métalliques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 1*on assure un soufflage de gaz inerte ou réducteur dans le bain de sels fondus.

   4 - Procédé de traitement superficiel de pièces métalliques suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on procède avant traitement au revêtement des pièces traitées par une couche mince de métal par galvanisation.

   5 - Procédé de traitement superficiel de pièces métalliques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on produit à la surface de la pièce traitée une structure à feuillet formant lubrifiant solide tel que bisulfure de molybdène ou analogue.