Soupape pour moteur à combustion interne. lies alliages de nickel et d'aluminium con tenant une proportion (le nickel faible, mais lion inférieure à 3011/o en poids, assurent un revêtement avantageux pour les soupapes d'un nioietir à combustion interne, [In tel re vêtement résistant, à l'attaque (les produits de combustion d'un carburant contenant des composés (le plomb,
en particulier du plomb tétraéthyle.
ha présente invention a pour objet une soupape pour moteur à. combustion interne, caractérisée en ce qu'elle est pourvue, au moins sur la partie exposée à l'attaque des produits de combustion dit carburant dit mo teur, d'un revêtement en un alliage constitué au moins en partie par du nickel, de l'alumi- niliri et titi métal du groupe VIII du système périodique et de nombre atomique ne dépas sant pas 27. Ce dernier métal peut être du cobalt ou chi fer.
Les soupapes pourvues d'un tel revêtement montrent une résistance excep tionnelle à l'attaque par les produits de com- bustion chauds d'un carburant au plomb, cette résistance étant notablement plus élevée que celle qu'il est. possible d'obtenir dans le cas (le soupapes pourvues de revêtements en un allia-e binaire clé nickel et d'aluminium.
L'invention comprend, en outre, un pro cédé pour la fabrication d'une telle soupape, caractérisé en ce qu'on immerge une partie ait moins de la soupape à revêtir dans Lin bain fondu constitué de nickel, de cobalt et d'alu minium, et en ce qu'on la soumet ensuite à un traitement calorifique de diffusion. La surface de la soupape à revêtir est de préfé rence préalablement dégraissée et décapée, par exemple par un traitement avec un acide approprié.
Immédiatement après, il est gêné ralement avantageux de prévoir sur la sur face à traiter un mince revêtement d'un mé tal à, bas point de fusion, tel que le cadmium, dans le but de protéger la surface contre une oxydation appréciable avant l'application de l'alliage ternaire. Ce revêtement protecteur peut être appliqué au moyen d'un bain élec trolytique normal.
Une soupape qui a été protégée par un mince revêtement d'un métal protecteur tel que le cadmium, perd tout ou pratiquement tout ce revêtement métallique protecteur par immersion dans un bain fondu de l'alliage ternaire, dans les conditions de température régnant dans ce bain et, de cette manière, elle présente une surface propre sur laquelle un revêtement uniforme de l'alliage ternaire peut être déposé et peut adhérer.
Dans le cas de soupapes fabriquées en mé taux ferreux, sur lesquelles on désire pro duire un revêtement de nickel-fer-aluminium, on peut appliquer premièrement sur la sur face propre de la soupape à revêtir, une mince couche de cadmium ou d'un autre métal à bas point de fusion, comme indiqué ci-dessus, immerger ensuite la surface dans un bain d'un alliage de nickel et d'alumi nium, et soumettre alors la soupape à Lui traitement calorifique suffisant pour assurer la diffusion des métaux pour produire un re vêtement de nickel-fer-aluminium.
Lors de l'application de l'alliage de revête ment, la soupape en traitement tourne, de préférence, à une vitesse élevée et uniforme, un courant électrique pouvant passer à tra vers le bain et la soupape, tandis que cette dernière tourne. L'épaisseur du revêtement de l'alliage sir la surface de la. soupape peut être réglée en réglant la vitesse de rotation de la soupape. Il semble qu'au-dessus d'une cer taine -vitesse, le revêtement tend à devenir phis mince relativement au temps d'immer sion, tandis que, d'autre part, il y a une vi tesse de rotation minimum, qui peut être de 100 tours/minute, au-dessous de laquelle le revêtement obtenir est quelque peu épais et inégal.
L'emploi d'un courant électrique est efficace aussi bien quand la soupape consti tue l'anode que la cathode, et aussi que l'on utilise un courant continu ou un courant alternatif, bien qu'un courant continu soit préférable. L'avantage obtenu à l'aide d'iul faible courant électrique passant à travers la soupape dépend de facteurs qui ne sont pas complètement élucidés, mais il est probable que l'emploi d'un faible courant favorise la formation d'in revêtement uniforme satisfai sant, adhérant bien au métal de base, en inhibant toute oxydation de la surface de la soupape en traitement.
Après le revêtement de la surface de la soupape avec l'alliage, comme indiqué plus haut, la soupape est soumise à un traitement calorifique de diffusion, qui peut être effec tué en portant la soupape à une haute tem pérature, par exemple 1000 C, dans -Lin four.
Si on le désire, après l'application d'une mince couche de cadmium ou d'in autre mé tal à. bas point de fusion, et avant l'applica tion de l'alliage de revêtement, la soupape peut être immergée dans un bain d'alumi nium fondu, afin de la pourvoir d'un revête ment d'aluminium sur lequel l'alliage est dé posé ensuite. Pour le recouvrement de la sou pape, ou d'une partie de celle-ci, avec un tel dépôt d'aluminium, la technique décrite dans le cas de l'application de l'alliage de revête ment est également avantageuse,
c'est-à-dire que la soupape tourne à une vitesse uniforme et qu'un faible courant électrique passe pen dant la rotation.
La technique d'application préférée est donnée dans les paragraphes précédents, mais l'application de ces revêtements peut être su jette à quelques variations, dont. plusieurs sont évidentes pour les personnes spécialisées. Ainsi, par exemple, une soupape ne conte nant pas de nickel, peut recevoir un revête ment de ce métal, par exemple par électro lyse, avant l'application de l'alliage de revê tement, et cette dernière application peut suivre l'application d'un mince revêtement protecteur de cadmium sur le nickel déposé, pour le protéger de l'oxydation.
En outre, dans le cas où la soupape doit être recouverte immédiatement après le net toyage et le décapage, l'application initiale d'un revêtement protecteur d'un métal à. bas point de fusion tel que le cadmium peut être jugée superflue.
Dans l'application de ces revêtements d'alliages ternaires aux soupapes de moteurs à combustion interne, ou à des parties de ces soupapes, il est évident, pour ceux qui sont. au courant des questions métallurgiques impli quées, que les proportions des trois métaux dans les revêtements doivent être choisies en tenant compte de la nécessité évidente d'ob tenir des revêtements uniformes et adhérents.
Comme il a été dit, les revêtements en alliage de nickel, de cobalt et d'aluminium sont préférés, et l'alliage utilisé pour l'obten tion d'in tel revêtement pourra contenir au moins 33 % d'aluminium, au plus 6511/o de nickel et au plus 651/o de cobalt, les teneurs respectives en nickel et en cobalt étant toute fois habituellement supérieures à. 211/o. On a.
trouvé qu'un alliage contenant 61% d'alumi- nium, 26% de nickel et 131/o de cobalt est particulièrement efficace.
Un alliage ternaire de cette composition approximative a une ri gidité, c'est-à-dire une résistance à la défor mation à haute température, par exemple de 850 à 950 C, comparable à celle d'un alliage binaire contenant 60% d'aluminium et 40% de nickel et.
un point de fusion comparable à celui < l'un alliage binaire contenant 700/0 d'aluminium et. 30% de nickel. Le point de fusion de ce dernier alliage binaire est infé rieur à celui d'un alliage binaire contenant 60% d'aluminium et 40% de nickel. Ce point de fusion inférieur facilite l'application d'un <RTI
ID="0003.0024"> revêtement sur la. soupape, et à ce point de vue l'alliage binaire contenant 70% d'alumi- nium et 30% de nickel. est préférable à l'al- liage binaire contenant seulement 60% <RTI
ID="0003.0044"> d'alu- minium, mais, d'autre part, l'alliage binaire avant la plus forte teneur en aluminium se déforme et coule, quand il est. soumis à. une température de 8500C pendant quelques heures.
Il s'ensuit que l'alliage ternaire pré cité possède à la fois la rigidité de l'alliage binaire contenant 60% d'aluminium et 401/o de nickel et la propriété de s'appliquer faci- lement de l'alliage binaire contenant 70% d'aluminium et 30% de nickel.
Une combinai- son satisfaisante de ces deux propriétés ne peut pas être trouvée pour tout alliage bi naire d'aluminium et de nickel.
Dans le cas des alliages niekel-fer-alumi- nium, d'après ce qu'on sait de ce type d'al liage, on arrive à la conclusion qu'on peut obtenir des alliages ternaires appropriés déri vant d'un bon alliage de nickel. et d'alumi- nium, comme par exemple un alliage à 40% de nickel et 60% d'aluminium,
dans lequel jusqu'à \?0% du nickel peuvent être rem- placés par du fer.
Bien que les revêtements désirés consistent essentiellement en alliages ternaires de nickel, d'aluminium et de cobalt ou de fer, des quantités très faibles d'autres métaux addi tionnels peuvent être également présentes; ainsi, en appliquant des alliages de nickel, de cobalt et d'aluminium, des quantités minimes de fer, de chrome, de titane ou de manganèse peuvent être présentes.
Il faut noter que, si la composition de l'alliage appliqué sur une surface de soupape détermine la nature du revêtement sur la soupape, la composition du revêtement ter miné n'est pas nécessairement identique à celle de l'alliage utilisé pour l'application. Le traitement calorifique subséquent peut pro duire des variations dans la composition de l'alliage sur la soupape. et il peut se pro duire aussi une diffusion du métal de base dans l'alliage.
Il faut noter également que la surface du revêtement résultant du traitement calorifi que de diffusion n'est pas généralement d'une texture qui fasse que la soupape soit le mieux adaptée au rôle qu'elle doit remplir, et qu'un usinage de la surface par meulage et polissage est. ordinairement nécessaire.
Les soupapes traitées peuvent être en mé taux ferreux ou non ferreux, par exemple en acier austénitique, en acier inoxydable, en acier au silicium-chrome résistant à la cha leur, ou en alliage de nickel et de chrome ré sistant à la chaleur. Elles peuvent aussi pré senter un premier revêtement en un alliage de tungstène, de cobalt et de chrome, tel que les alliages utilisés pour la fabrication d'ou tils tranchants à coupe rapide.
Il est donné ci-après un exemple de réali sation de L'invention. La soupape que l'on se propose de munir d'un revêtement résistant à la. corrosion est une soupape d'échappement d'un moteur à combustion interne, fabriquée en acier austénitique.
La soupape est dégraissée par traitement cathodique dans un bain de soude caustique et de carbonate de sodium pendant 10 à 15 minutes, en utilisant une densité de courant d'environ 3,8 ampères/dm2, et placée ensuite pendant. un temps court dans un bain déca pant d'acide sulfurique. Au sortir de ce bain décapant, la. soupape est. lavée et immédiate ment immergée dans un bain électrolytique standard de cadmium, afin de la recouvrir d'un mince revêtement. de cadmium d'une épaisseur de l'ordre de @@/@000 à 21/1"0o de mm.
Après lavage et séchage, la soupape re couverte de cadmium est immergée dans un bain d'aluminium fondu maintenu à environ 8000 C, des précautions étant prises pour que toutes les bulles d'air adhérentes quittent l'objet aussi vite que possible. -Un faible cou rant électrique (par exemple d'une densité de 0,15 à 0,3 ampère/em' et d'un voltage égal à 4 volts) passe de la soupape dans le bain pendant 15 à 60 secondes environ, la soupape tournant pendant ce temps dans un mandrin électrique à une vitesse uniforme qui dépend de la dimension de la tête de soupape.
Pour ijne soupape de moteur ayant une tête d'un diamètre d'environ 45 mm, une vitesse de l'ordre de 300 tours/minute donne un revête ment approprié. Des soupapes ayant des têtes plus petites doivent être soumises à des vi tesses de rotation un peu plus élevées, tandis que les soupapes ayant des têtes plus grandes tournent de préférence un peu plus lente ment. Après ce traitement, la soupape est re tirée du bain, la rotation étant continuée jus qu'à ce que le revêtement d'aluminium soit solidifié.
La soupape recouverte d'aluminium est alors immergée dans un bain fondu de nickel, de cobalt et d'aluminium, ces éléments étant approximativement dans le rapport de 26:13:61, la température du bain étant com prise entre 1050 et 1100 C. Dans ce bain, la soupape est soumise pendant 60 secondes en viron à un courant électrique tout en tour nant à une vitesse uniforme, d'une manière similaire à celle décrite ci-dessus pour l'appli cation du revêtement d'aluminium.
Après que la soupape retirée du bain de l'alliage fondu se soit refroidie, elle est chauf fée pendant environ 1 heure dans un four à 1000 C, et ensuite elle est soigneusement meulée sur un tampon de feutre avec un émeri fin, et soumise à un polissage sembla ble à celui appliqué aux pièces destinées au placage électrolytique.
Si on le désire, l'application initiale d'un revêtement d'aluminium avant l'application de l'alliage ternaire peut être supprimée sans inconvénient majeur.
La soupape terminée résultant de ce trai tement montre une excellente résistance à la corrosion par les produits de combustion chauds d'un carburant au plomb formés pen dant le fonctionnement du moteur, et résiste à une attaque sérieuse, même après des con ditions sévères de fonctionnement du moteur. Cette résistance à la corrosion se montre su périeure à toute résistanec que l'on peut obtenir dans le cas de soupapes pourvues de revêtements binaires de nickel et d'aluminium.