BE825282A - Traitement de surface pour pieces en alliages ferreux devant resister a l'usure et accomoder - Google Patents

Description

  "Traitement de surface pour pièces en alliages ferreux devant résister à l'usure et accomoder"

  
La présente invention se rapporte à un procédé de traitement des surfaces en alliages ferreux en vue d'améliorer leurs qualités de friction, de résistance à l'usure et au grippage et de leur conférer une bonne capacité d'accomodation et une bonne tenue à la fatigue, par formation à la surface  <EMI ID=1.1> 

  
diffusion. 

  
Nota par "capacité d'accomodation" il faut entendre la facilité qu'ont les surfaces de mieux répartir les charges

  
qui les pressent lorsque initialement elles ne se trouvaient pas parallèles et conformes. 

  
A l'heure actuelle, plusieurs procédés sont connus qui permettent de réaliser de telles couches à la surface de n'importe quelle pièce métallique. C'est le cas en particulier

  
du brevet français N[deg.] 1 530 559 du 6 Mai 1967 et de ses cinq certificats d'addition où sont décrits des procédés de réalisation dé couches composites de friction constituées par des revêtements métalliques dont le dépôt est suivi d'un traitement thermique adapté.

  
Dans ce brevet, deux techniques sont proposées :
Première technique 
- d'abord dépôt de couches successives de métaux sur les pièces à traiter,
- puis diffusion, dans une atmosphère de préférence neutre ou réductrice, selon un cycle thermique comprenant deux phases distinctes : d'abord chauffage à une température inférieure d'au moins 20[deg.]C au point de fusion du plus fusible des métaux en présence, puis chauffage à une température comprise entre ce point de fusion et 800[deg.]C. Deuxième technique
- d'abord dépôt sur la pièce d'une couche d'un alliage de deux ou plusieurs métaux. 
- puis cuisson de la pièce ainsi revêtue, éventuellement en une seule étape. 

  
Cette deuxième technique autorise, par rapport à la  première, une diminution du temps de maintien à la température de diffusion choisie. 

  
Dans les deux cas, après diffusion, la pièce traitée présente en allant de l'intérieur vers l'extérieur :
- le métal de base,
- une couche de métal résiduel,
- une couche formée de composés métalliques d'une épaisseur supérieure à 10 microns et de dureté supérieure à 500 Vickers sous 0,15 N,
- une couche résiduelle superficielle d'épaisseur inférieure à 4 microns d'un des métaux en présence.

  
La technique précédente est applicable aux alliages ferreux et un exemple est décrit dans le brevet précédemment

  
 <EMI ID=2.1> 

  
et d'étain, la température de la dernière étape du traitement thermique étant signalée être égale à 600[deg.]C. Dans ce cas, la pièce présente après traitement et en allant de l'intérieur vers l'extérieur :
- l'alliage ferreux de base,
- une couche résiduelle de cuivre,
- une couche d'alliage cuivre-étain formée de plusieurs phases et de dureté Vickers comprise entre 500 et 800 sous 0,15 Newton,
- une couche d'étain superficielle de 1 micron d'épaisseur.

  
Ces techniques de mise en oeuvre de couches de diffusion à base de cuivre et d'étain appliquées aux alliages ferreux présentent toutefois des inconvénients dont les principaux sont les suivants :
- Les couches formées présentent une grande porosité.

  
Il résulte de cette morphologie de couche, lors du frottement, une usure rapide de la zone poreuse et un accroissement progressif important du coefficient de frottement ; il peut même se produire, à un certain degré d'usure, un collage épidermique

  
et un grippage.

  
- La présence d'une couche de cuivre à faibles caractéristiques mécaniques sous une couche de composés fragiles à hautes ca.ractéristiques mécaniques, entralne une fragilité globale prononcée de la couche composite qui l'empêche de suivre sans se briser des déformations importantes du substrat.
- Le fait que la dureté de la couche intermédiaire faite de composés métalliques soit supérieure à 500 Vickers entraîne une fragilité très grande de cette couche qui peut conduire en cours de frottement à des écaillages.

  
Suivant le procédé précité, -dans le cas de l'alliage de cuivre et d'étain déposé au départ sur la pièce, cet alliage était obtenu à partir de bains connus, par exemple des bains

  
à base de cyanures, de pyrophosphates ou de fluoborates.

  
Cependant ces bains présentent les principaux inconvénients suivants :
- la composition de l'alliage déposé varie d'un point à un autre de la pièce traitée et ceci dans de grandes proportions. Or, lorsque la teneur en étain du revêtement mixte est inférieureà 17 % en poids, l'alliage au cours de la friction se recouvre de cuivre, ce qui pra-

  
 <EMI ID=3.1> 

  
'courantes qui doivent frotter sur les pièces en alliages ferreux traitées, -en. particulier les aciers. 

  
Lorsque la teneur en étain dépasse 23 % en poids, la fragilité des alliages formés devient excessive et supprime ainsi toute possibilité d'accommodation de la couche composite formée. De plus les pièces recouvertes de ces alliages riches en étain voient leur tenue à la fatigue diminuer dans des proportions pouvant atteindre 25 ou 30 %.

  
- ces bains sont chimiquement instables, c'est-à-dire qu'ils évoluent rapidement dans le temps et ne permettent pas d'une pièce à l'autre de déposer un alliage de composition donnée constante, ce qui se traduit pour une  température de diffusion adaptée à une composition d'al-  liage cuivre-étain donnée, par des fusions partielles de l'alliage dans certaines zones de la pièce, altérant  irréversiblement les états de surface.  L'objet de la présente invention est un procédé permet-  <EMI ID=4.1> 

  
production, un revêtement de surface des alliages ferreux possédant de bonnes qualités de friction, sans grippage et  avec une usure réduite, capable de suivre sans se briser des  déformations éventuelles même importantes de son substrat et ne fluant pas en surface.

  
A cet effet, l'invention propose un procédé de traitement de surface d'alliages ferreux par un dépôt d'un alliage cuivreétain suivi d'un traitement thermique de diffusion, caractérisé en ce que le dépôt est effectué par voie galvanique dans un

  
 <EMI ID=5.1> 

  
bain contenant des ions cuivre monovalents, des ions étain;;  tétravalents un hydroxyde alcalin, un cyanure alcalin, des  carbonates alcalins, des stannites alcalins et un citrate aléa- ' lin, lesdits produits intervenant dans des proportions parfaite- ! ment définies qui, selon 1 ' originalité de 1'invention, doivent 

  
 <EMI ID=6.1>  

  
être conjointement respectées, et en ce que le traitement thermique de diffusion est effectué à une température comprise entre
500 et 580[deg.]C.

  
Pour obtenir une couche de friction présentant les qualités énoncées ci-dessus, la pièce, après avoir subi des traitements de dégraissage et de décapage connus en soi est recouverte d'un alliage cuivre-étain par voie galvanique dans un bain selon l'invention dont les conditions de marche sont réglées dans les limites données ci-après :
- rapport massique étain métal/cuivre métal compris entre 1,5 et 4,
- teneur en citrate alcalin comprise entre 0,1 et 0,3 gramme&#65533;par gramme de cuivre métal dans le bain,
- pH compris entre 13,5 et 14 et maintenu entre ces valeurs par ajustement de la teneur en hydroxyde alcalin du bain;

  
- concentration en hydroxyde alcalin libre comprise entre
12 et 20 grammes par litre,
- concentration en carbonates alcalins compris entre 30 et
200 grammes par litre,
- rapport hydroxyde alcalin/cyanure alcalin compris entre 1 et 1,5, 
- teneur en stannite alcalin comprise entre 15 et 30 mg/1, <EMI ID=7.1>  <EMI ID=8.1> 
- densité de courant anodique comprise entre 1,5 et 7A/dm<2>.

  
Après dépôt de l'épaisseur désirée, la pièce après rinçage et séchage subit le traitement thermique de diffusion à une température comprise entre 500 et 580[deg.]C en atmosphère neutre ou réductrice pendant une durée comprise entre 1 et 3 heures.

  
La Demanderesse a découvert qu'il était possible par ce procédé d'assurer la formation d'une couche de friction non poreuse, de composition constante dans toute son épaisseur et en tout point de la pièce traitée.

  
par ailleurs, la couche de friction réalisée selon l'invention est peu fragile et présente de bonnes caractéristiques de tenue à la fatigue ; cette couche possède en outre la propriété inattendue d'offrir une surface de friction à faible coefficient de frottement sans qu'il apparaisse en surface de

  
 <EMI ID=9.1> 

  
rieurs précités.

  
L '-examen micrographique d'une coupe effectuée dans une telle pièce révèle en surface la présence d'une couche, parfaitement régulière quel que soit l'endroit considéré sur cette pièce, parfaitement, adhérente, de dureté comprise entre 250 et

  
 <EMI ID=10.1> 

  
 <EMI ID=11.1> 

  
cuivre ; elle est faite de composés Cu/Sn durs mais non fragiles.

  
 <EMI ID=12.1> 

  
l'effet sur une pièce mécanique du procédé selon l'invention..

  
Il s'agit d'un moto-réducteur à roue et vis tangentes  dans lequel la vis est en acier XC 48 trempé haute fréquence

  
 <EMI ID=13.1> 

  
sortie est de 28 tr/mn. 

  
 <EMI ID=14.1> 

  
 <EMI ID=15.1>  <EMI ID=16.1>  - avec une roue en acier XC 48 recuit traitée selon l'invention, c'est-à-dire d'abord recouverte d'une couche de 20 microns d'alliage cuivre-étain à 20 % d'étain puis traitée thermiquement pendant deux heures à 550[deg.]C en atmosphère d'azote, il est possible de transmettre <EMI ID=17.1> 

  
au bout de 2 000 heures de fonctionnement.

  
Dans cet exemple donné à titre non restrictif, la roue en acier XC 48 recuit avait subi le traitement selon l'invention de la façon suivante :
- d'abord la pièce a été dégraissée et décapée,
- puis la pièce a été rincée, puis immergée dans un bain galvanique pour recevoir un dépôt conjoint de cuivre et d'étain de 20 microns d'épaisseur ;

   le bain était composé comme indiqué précédemment dans la description de l'invention et les conditions suivantes ont été adoptées :
- rapport en poids étain métal/cuivre métal dans le bain égal à 3,
- teneur en hydroxyde alcalin libre égale à 18 g par litre de bain,
- teneur en citrate alcalin égale à 0,25 g dudit citrate par gramme de cuivre dans le bain,
- teneur en carbonates alcalins égale à 80 g par litre de bain,
- teneur en stannite de sodium égale à 25 mg par litre de bain,
- rapport hydroxyde alcalin libre/cyanure alcalin libre égal à 1,2,
- pH égal à 13,8,
- température du bain 55[deg.]C, - densité de courant cathodique 4 A/dm2,
- densité de courant anodique 2 A/dm2,
- enfin la roue ainsi revêtue a été lavée, séchée puis  maintenue pendant deux heures sous atmosphère d'azote à la température de 550[deg.]C.

  
Dans un deuxième exemple non limitatif, on a procédé à des essais de fatigue en flexion rotative sur éprouvettes en acier au carbone du type XC 38 recuit ; lorsque les éprouvettes sont non traitées, leur limite d'endurance est de 40 hbar ;  par contre lorsque les éprouvettes sont traitées conformément

  
à l'invention, leur limite d'endurance est de 52 hbar, c'est-àdire une augmentation de 30 % par rapport aux éprouvettes non traitées. 

REVENDICATIONS

  
1) Procédé de traitement de surface d'alliages ferreux par dépOt d'un alliage cuivre-étain suivi d'un traitement thermique de diffusion, caractérisé en ce que le dépôt est effectué par voie galvanique dans un bain contenant des ions cuivre monova-

  
 <EMI ID=18.1> 

  
cyanure alcalin, des carbonates alcalins, des stannites alcalins, et un citrate alcalin et en ce que le traitement thermique de diffusion est effectué à une température comprise entre 500 et 580[deg.]C.

Claims (1)

1. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que

   le rapport massique étain métal/cuivre métal dans le bain est compris entre 1,5 et 4.

   3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce

   que la teneur en citrate alcalin du bain est comprise entre

   0,1 et 0,3 gramme dudit citrate par gramme de cuivre métal

   dans le bain.

   4) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que

   la concentration en stannite alcalin du bain est comprise entre 15 et 30 mg par litre.

   5) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que

   le rapport hydroxyde alcalin libre/cyanure alcalin libre est compris entre 1 et 1,5.

   6) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que

   la concentration en hydroxyde alcalin libre du bain est comprise entre 12 et 20 grammes par litre.

   7) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que

   la concentration en carbonates alcalins du bain est comprise entre 30 et 200 grammes de carbonates par litre.

   8) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pH du.bain est compris entre 13,5 et 14, ledit pH étant maintenu entre ces deux valeurs en faisant varier la teneur en hydroxyde alcalin du bain.

   9) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que <EMI ID=19.1>

   10) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que

   la densité de courant cathodique est comprise entre 3 et 10 A/dm2.

   11) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que

   la densité de courant anodique est comprise entre 1,5 et 7 A/dm2.

   12) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que

   le traitement thermique de diffusion s'effectue en atmosphère neutre ou réductrice pendant une durée comprise entre 1 et

   3 heures.

   13) Pièces traitées par un procédé selon l'une quelconque

   des revendications précédentes .