Procédé pour nettoyer une surface métallique de manière à augmenter son coefficient de frottement sans modification appréciable de son état, et dispositif pour la mise en aeuvre de ce procédé La présente invention a pour objet un procédé pour nettoyer une surface métallique de manière à augmenter son coefficient de frottement sans modi fication. appréciable de son état et un dispositif pour la mise en #uvre de ce procédé.
Comme on le sait, le nettoyage d'une surface métallique, c'est-à-dire l'élimination de tout maté riau étranger, présente, dans certains cas, une très grande importance. Cela est surtout nécessaire lors qu'il s'agit des surfaces de friction servant à la trans mission de puissance dans des systèmes mécaniques, tels que, par exemple, les machines de traction sur voie ferrée, où l'effort de traction est transmis par contact roue-rail. Cet effort pourrait être théorique ment multiplié si l'on pouvait débarrasser entière ment les surfaces actives de la roue et du rail des couches de graisses et autres pollutions organiques, ainsi que des couches d'oxydes et de gaz adsorbés.
Divers procédés ont été proposés pour le net toyage de surfaces métalliques, tels que, par exemple, le nettoyage par distillation de solvant, le nettoyage au bain de solvants, le nettoyage par ultrasons, le nettoyage par chauffage à haute température sous vide, le nettoyage dans un bain électrolytique, etc. Toutefois tous ces procédés connus présentent des inconvénients ; ainsi, les uns ne peuvent pas être ap pliqués aux surfaces des pièces en fonctionnement tandis que les autres n'éliminent que les impuretés. or ganiques et non les oxydes ou les gaz adsorbés. D'au tres ne s'adaptent pas au traitement de pièces de forme quelconque (par exemple les rails).
L'établissement de surfaces propres peut être éga lement obtenu par des procédés suivant lesquels on enlève de la matière à l'endroit où la surface est pol luée, pour obtenir une nouvelle surface propre, tels que l'usinage par outils tranchants ou abrasifs et par électroérosion. Il est évident que de tels procédés ne peuvent pas être utilisés dans les cas où un nettoyage fréquent de- la même surface est nécessaire et où une perte de matière n'est pas acceptable.
Le but du procédé selon l'invention est d'élimi ner les inconvénients précités. Il est caractérisé par le fait que l'on chauffe ladite surface, point par point, dans un milieu diélectrique gazeux, au moyen d'étin celles électriques produites par des impulsions de courant d'une durée inférieure à 50 microsecondes.
Le procédé est donc basé sur l'échauffement du métal sous l'action d'étincelles électriques, avec la particularité que si chaque étincelle ne dure qu'un temps très court, de l'ordre de quelques microsecon des, il n'y a qu'une petite masse de métal localisée au point d'impact de l'étincelle sur la surface, qui s'échauffe et qui atteint des températures très éle vées. A ces températures les matières organiques pré sentes sont volatilisées et les gaz adsorbés sont arra chés de la surface. De plus, on peut réduire les oxy des ainsi surchauffés en opérant en milieu réducteur ou en injectant dans l'étincelle un jet de gaz réduc teur.
A l'effet thermique, qui est prépondérant, s'ajou tent des effets. électrostatiques et des effets mécani ques (aspiration par le canal ionisé lors de son ex tinction) qui arrachent les pollutions de la surface. Lorsqu'il s'agit par exemple de nettoyer la sur face des rails de chemins de fer pour augmenter l'adhérence roues-rails, des conditions favorables à la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention sont les suivantes : écart électrodes - surface 2 à 8 mm, tension d'amorçage de l'étincelle 15 à 20 KV, -fré quence de répétition 4000 décharges par seconde.
Le milieu diélectrique gazeux utilisé sera normalement l'air ambiant, ou de l'air projeté sous pression, ou bien encore un gaz injecté dans l'espace entre les électrodes et la surface à traiter.
L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus défini. Ce dispositif est caractérisé par un générateur élec trique, muni d'au moins une électrode destinée à être placée en regard de la surface métallique à chauffer, et fournissant des impulsions de courant d'une du rée inférieure à 50 microsecondes, pour donner nais sance à des étincelles éclatant entre ladite surface et l'électrode, cette dernière étant animée d'un mouve ment relatif par rapport à ladite surface, ou inverse ment.
Le nettoyage des bandages des roues de locomo tives constitue une importante application du procédé selon l'invention. Dans ce cas, les électrodes et éven tuellement des tuyères d'injection d'un milieu diélec trique gazeux seront installées en un point approprié du châssis de la locomotive, en regard des bandages de roues à nettoyer. Une autre application consiste dans le nettoyage des rails de chemins de fer, et dans ce cas, un véhicule quelconque se déplaçant sur la voie portera les électrodes et les .tuyères, pour net toyer le boudin des rails au fur et à mesure de sa progression.
Le générateur d'impulsions peut être de n'im porte lequel des types connus: à tubes électroniques à transistors ou à éléments statiques (résistances, selfs, condensateurs), basé sur un des principes con nus. L'électrode est conçue de manière que son usure soit négligeable. Elle est donc constituée d'un maté riau à haute conductibilité thermique, à grande capa cité calorifique et à point de fusion élevé, tel que, par exemple,
le cuivre à 60 1% de tungstène. Un dis- positif mécanique, ou autre, la déplace par rapport à la surface à nettoyer, de manière que successive- ment chacun des points de cette surface soit atteint par une étincelle. L'électrode peut porter un disposi tif permettant d'injecter dans l'étincelle un jet de gaz chimiquement réducteur. Ce gaz peut être par exem ple de l'hydrogène.
Il va sans dire que le dispositif pourrait être pré vu de manière que ce soit la surface à nettoyer qui se déplace, l'électrode restant immobile, ou encore que l'une et l'autre se déplacent. Tout ceci dépendra du genre de surface à nettoyer.
Method for cleaning a metal surface so as to increase its coefficient of friction without appreciable modification of its state, and device for the implementation of this method The present invention relates to a method for cleaning a metal surface so as to increase its coefficient of friction without modification. appreciable of its condition and a device for the implementation of this process.
As is known, the cleaning of a metal surface, that is to say the elimination of any foreign material, is, in certain cases, of very great importance. This is especially necessary when it comes to the friction surfaces used for the transmission of power in mechanical systems, such as, for example, traction machines on railways, where the tractive force is transmitted by wheel-rail contact. This effort could theoretically be multiplied if it was possible to completely rid the active surfaces of the wheel and rail of layers of grease and other organic pollution, as well as layers of oxides and adsorbed gases.
Various methods have been proposed for cleaning metal surfaces, such as, for example, cleaning by solvent distillation, cleaning in a solvent bath, cleaning by ultrasound, cleaning by heating at high temperature under vacuum, cleaning. in an electrolytic bath, etc. However, all of these known methods have drawbacks; thus, some cannot be applied to the surfaces of the parts in operation while the others only remove impurities. or gans and not the oxides or adsorbed gases. Others do not adapt to the treatment of parts of any shape (eg rails).
The establishment of clean surfaces can also be achieved by processes whereby material is removed at the point where the surface is polluted, to obtain a new clean surface, such as machining by sharp or abrasive tools and by electroerosion. It is obvious that such methods cannot be used in cases where frequent cleaning of the same surface is required and loss of material is not acceptable.
The aim of the process according to the invention is to eliminate the aforementioned drawbacks. It is characterized by the fact that said surface is heated, point by point, in a gaseous dielectric medium, by means of electric sparkles produced by current pulses of a duration of less than 50 microseconds.
The process is therefore based on the heating of the metal under the action of electric sparks, with the particularity that if each spark lasts only a very short time, of the order of a few microsecons, there is no than a small mass of metal located at the point of impact of the spark on the surface, which heats up and reaches very high temperatures. At these temperatures, the organic matter present is volatilized and the adsorbed gases are scoured from the surface. In addition, the oxides thus overheated can be reduced by operating in a reducing medium or by injecting a jet of reducing gas into the spark.
The thermal effect, which is preponderant, is added to the effects. electrostatic and mechanical effects (suction through the ionized channel when it is switched off) which tears the pollution from the surface. When, for example, it is a question of cleaning the surface of the rails of railways in order to increase the wheel-rail adhesion, conditions favorable to the implementation of the method which is the subject of the invention are as follows: electrode gap - area 2 to 8 mm, spark ignition voltage 15 to 20 KV, repetition frequency 4000 discharges per second.
The gaseous dielectric medium used will normally be ambient air, or air sprayed under pressure, or even a gas injected into the space between the electrodes and the surface to be treated.
The subject of the invention is also a device for implementing the method defined above. This device is characterized by an electric generator, provided with at least one electrode intended to be placed opposite the metal surface to be heated, and supplying current pulses with a value of less than 50 microseconds, to give rise to to sparks bursting between said surface and the electrode, the latter being driven by a movement relative to said surface, or vice versa.
The cleaning of the tires of locomotive wheels constitutes an important application of the method according to the invention. In this case, the electrodes and possibly the nozzles for injecting a gaseous dielectric medium will be installed at an appropriate point on the locomotive frame, opposite the wheel tires to be cleaned. Another application consists in cleaning the rails of railroads, and in this case, any vehicle moving on the track will carry the electrodes and the nozzles, to clean the rod of the rails as it progresses. .
The pulse generator can be of any of the known types: with electronic tubes, transistors or with static elements (resistors, inductors, capacitors), based on one of the known principles. The electrode is designed so that its wear is negligible. It therefore consists of a material with high thermal conductivity, high calorific capacity and high melting point, such as, for example,
copper 60 1% tungsten. A mechanical device, or the like, moves it with respect to the surface to be cleaned, so that each of the points of this surface is successively reached by a spark. The electrode may carry a device making it possible to inject a jet of chemically reducing gas into the spark. This gas can be, for example, hydrogen.
It goes without saying that the device could be designed so that it is the surface to be cleaned which moves, the electrode remaining stationary, or else both of them move. This will all depend on the kind of surface to be cleaned.