Procédé de traitement superficiel de pièces métalliques pour augmenter leur résistance à l'usure et diminuer le coefficient de frottement La présente invention a pour objet un procédé de traitement de pièces métalliques, destiné à augmenter la résistance à l'usure et diminuer le coefficient de frot tement de ces pièces.
On connaît déjà divers procédés de traitement super ficiel ayant pour but d'introduire à la surface de la pièce un élément non métallique. Lorsque l'on procède par immersion de la pièce dans une solution à basse température, comme par exemple, dans la phosphatation, on produit un simple dépôt qui n'a qu'un effet momen tané 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 sulfuration, il est néces saire d'opérer à des températures élevées qui altèrent les qualités mécaniques de la pièce traitée.
Le procédé selon l'invention, qui consiste à traiter lesdites pièces par électrolyse dans un bain de sels fon dus, est caractérisé en ce que la pièce traitée constituant l'anode, on utilise un bain de sels fondus composé d'un mélange de thiocyanate de sodium et 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 125,1 C 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 pro portion avantageuse est<B>:</B> 0,9 % de fenricyanure ; 0,1 % de ferrocyanure. Cette addition présente l'avantage de faciliter la mise en oeuvre du procédé dans le cas de traitement de pièces de forme complexe.
En outre, on améliore encore le traitement en procé dant à la base du creuset qui sert de cathode, au souf flage dans le bain de sels fondus d'un gaz inerte, tel que azote ou réducteur, tel qu'hydrogène. Avec cette insuffla tion la tension anode-cathode se trouve diminuée à den sité de courant égale.
Le procédé selon l'invention s'applique à toutes piè ces 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 préalable ment cémentées trempées, trempées ou nitrurées.
Des améliorations importantes des qualités superfi cielles 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 régularise l'action de l'électrolyse et on améliore l'état de surface de la pièce traitée, même pour des pièces en acier.
L'invention sera illustrée par les exemples ci-après suivant lesquels, =comme le montre la fig. 1, la pièce métallique 10 à traiter est immergée dans un creuset 11 contenant le bain 12 de sels fondus. La pièce 10 est reliée au pôle positif 13 d'une source de courant électri que 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 (fig. 2), la pièce traitée 10 a été serrée entre deux mors 16 et 17 taillés en V. L'éprouvette 10A est entraînée en rota tion à la vitesse de 350 tours par minute. On exerce sur les mors 16-17 un serrage progressif avec une force f croissant de 5 kg f par seconde.
<I>Exemples</I> 1. Dans un bain contenant en poids 25 % de thio- cyanates de sodium NaSCN et 75 % de thiocyanate de potassium
KSCN fondus et maintenus à 190 C, on im merge 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 RC.
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 pro cède 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 de bain séchés, puis brossée avec une brosse métallique et soumisse à l'essai Faville. Placée entre deux mors, taillés en V à <B>900</B> en acier 16 NC 6 cémenté non traité, cette pièce est mise en rotation à 350 tours/minute tandis que l'on imprime aux mors une force de serrage f 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 St f dt, t exprimant la durée de l'essai.
Alors qu'une éprouvette non traitée grippe générale ment dans les premières secondes de l'essai, l'éprouvette traitée au bain susindiqué flue sans grippage, après 75 secondes. L'indice de qualité dépasse 300001cgf/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 présence de ce sulfure de fer que semblent pouvoir être attribuées 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 ampère 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 remarquables.
3. Dans un bain de sels fondus identique 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 condi tions des exemples 1 et 2 a pour résultat de tripler l'in dice de qualité de l'essai Faville.
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 com- portant en volume 60% d'azote et 40 % d'hydrogène.
Lors du traitement d'une éprouvette Faville dans un bain eutectique de<B>2 kg</B> contenu dans un creuset de 100 mm de diamètre, sous une densité de courant de 2,5 ampères par décimètre carré, la différence de poten tiel 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 trai tement par électrolyse: elle passe de 3 à 5 micro-inches CLA (Center Line Average) ou norme AFNOR (Asso ciation 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 501% de fer, la rugosité finale, après traitement électrolytique au bain de thiocyanates fondus est seule ment de 10 à 12 micro-inches CLA.