Procédé d'obtention d'un revêtement de lubrifiant sur une surface métallique destinée à être déformée
La présente invention concerne un procédé d'obtention d'un revêtement de lubrifiant sur une surface métallique destinée à être déformée et, plus particulièrement, un procédé d'obtention d'un revêtement de lubrifiant de type savon au phosphate qui soit aisément éliminé de la surface métallique à l'aide d'eau, après déformation de ladite surface.
Dans les procédés de formage à froid du métal, par exemple de déformation et d'étirage des métaux, on a coutume d'appliquer un revêtement lubrifiant sur la surface du métal qui doit être déformé. Dans bien des cas, la surface métallique est d'abord munie d'un revêtement chimique, par exemple d'un revêtement au phosphate, au sulfure, à l'oxyde, à l'oxalate, etc. Après quoi, un revêtement d'une substance lubrifiante organique, par exemple d'une huile, d'une cire ou, de préférence, d'un savon (par exemple d'un savon d'acide gras) est appliqué sur la surface métallique comportant le revêtement chi inique. Les deux substances de revêtement sont appliquées sur la surface métallique, par exemple à l'aide de techniques d'application classiques, telles que par immersion, par pulvérisation, au rouleau, etc.
Ces techniques d'application permettent d'appliquer sur la surface métallique un revêtement sensiblement continu à la fois de la substance de revêtement chimique (par exemple de la substance de type phosphate) et de la substance dc revêtement de type lubrifiant organique (par exemple, le savon d'acide gras). Comme on le sait dans la technique, la substance de revêtement de type phosphate réagit avec la surface métallique, par exemple avec une surface de métal ferreux, en formant sur la surface un revêtement de phosphate mixte de fer et de zinc, lorsqu'on utilise une composition de revêtement à base de phosphate de zinc.
De même, l'application d'une composition à base de savon d'acide gras a normalement pour résultat une réaction de cette substance avec le revêtement au phosphate. avec formation du sel métallique de l'acide gras, par exemple d'un stéarate mixte de zinc et de fer lorsque le savon d'acide gras est un savon d'acide stéarique.
Bien que le revêtement résultant, obtenu de la manière ci-dessus, s'avère fournir une pellicule continue.
onctueuse qui forme une excellente couche de séparation entre le métal et la matrice au cours de l'opération de déformation, l'élimination de ce revêtement, une fois le formage terminé, a présenté certaines difficultés. D'une façon générale, à cause de la réaction de la substance chimique de revêtement, par exemple de la substance à base de phosphate, sur la surface métallique et de la réaction ultérieure de la composition de savon avec la substance à base de phosphate, un simple lavage à l'eau n'était pas suffisant, et il était souvent nécessaire d'effectuer une série de lavages alcalins et/ou acides pour obteair une surface qu'on puisse soumettre ensuite à d'autres traitements, de placage ou autres, par exemple.
Cette difficulté qu'il y avait à éliminer le revêtement de lubrifiant après déformation existait même lorsqu'on incorporait des quantités appréciables de substances pigmentaires (par exemple de borax, etc.) dans la composition lubrifiante à base de savon. En outre, à cause des techniques d'application utilisées, il était souvent très difficile.
sinon impossible, de régler de près le poids du revêtement obtenu avec la substance chimique de revêtement et les substances lubrifiantes à base de savon qui étaient appliquées. Cela n'est pas désirable car l'application de revêtements lubrifiants trop lourds a pour résultat l'accumulation d'un excès de substance lubrifiante dans la matrice. tandis que l'application d'une quantité insuffisante de lubrifiant a souvent pour résultat l'obtention de pièces imparfaitement mises en forme ou de pièces présentant des défauts, ou même la rupture de la matrice.
En conséquence, l'invention a pour buts:
- de fournir un procédé perfectionné d'obtention d'un revêtement de lubrifiant sur une surface métallique destinée à être déformée, revêtement qui soit facilement éliminé des pièces mises en forme;
- de fournir un procédé d'obtention de revêtements lubrifiants sur des surfaces métalliques destinées à être déformées, dans lequel la quantité de revêtement lubrifiant appliquée peut être réglée de près;
- de fournir une surface métallique munie d'un revêtement de lubrifiant, destinée à être déformée, obtenue par ledit procédé.
L'invention a pour objet un procédé d'obtention d'un revêtement de lubrifiant sur une surface métallique, destinée à être déformée, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on applique une substance à base de phosphate sur la surface métallique, on forme sur celle-ci un revêtement sensiblement discontinu de ladite substance, revêtement ne réagissant à peu près pas avec ladite surface métallique et l'application de ladite substance étant effectuée de manière à obtenir un revêtement sensiblcment sec pratiquement dès mise en contact avec la surface métallique, on applique une composition à base clc savon d'acide gras sur la surface ainsi revêtue et on forme sur la surface revêtue un revêtement sensiblement discontinu de ladite composition, ces deux revêtements ne réagissant ni entre eux ni avec la surface métallique.
le dernier revêtement ne réagissant à peu près pas avec la surface métallique et avec le revêtement à base de phosphate et l'application de la composition à base dc savon étant effectue de manière à former un revête- ment à peu près sec pratiquement dès mise en contact avec la surface. L'application de la substance de revc- tement, par le procédé ci-dessus, petit être réglée de manière à obtenir un poids de revêtement désiré. et le revêtement résiduel restant sur la surface métallique après l'opération de déformation est facilement éliminé à l'eau.
I'lus particulièrement. lors de la mise en oeuvre du procédc selon l'invention, la substance à base de phosphate qui est d'abord appliquée sur la surface métalli quc à déformer est de préférence une solution aqueuse contenant du phosphate. On peut utiliser diverses solutions de ce type, telles que connues des spécialistes de la technique, y compris des solutions aqueuses de phosphate de métal alcalin et des solutions acides aqueuses de divers phosphates métalliques tels, par exemple, que les phosphates de zinc, de manganèse, etc. Parmi cellesci. les solutions aqueuses de phosphate acides sont prc- férables. les solutions aqueuses de phosphate acide de zinc étant particulièrement préférables.
Ces solutions ont typiquement un pH compris entre 1,3 et 5,0 environ, et contiennent des ions zinc et des ions phosphate en des quantités comprises, respectivement, entre I et 15 g/litrc environ, et entre 6 et 45 ,/litre environ. Comme le savent les spécialistes de la technique, ces solutions peuvent être préparées à partir de n'importe quelle source appropriée d'ions zinc et phosphate, par exemple à partir d'oxyde de zinc et d'acide phosphorique, ainsi qu'à partir d'autres substances contenant du zinc et du phosphate tant que les ions ajoutés en même temps que le zinc et le phosphate ne nuisent ni à la solution de revê- tement elle-même, ni au revêtement obtenu.
Outre les ions zinc et les ions phosphate, ces solutions de traitement peuvent également contenir d'autres substances, par exemple des ions nickel, des ions nitrate, etc. Lorsque ces ions supplémentaires sont présents, il est désirable qu'ils soient utilisés en des quantités pouvant atteindre jusqu'à 12g par litre environ, des quantités de 0,1 à 5,0 g par litre étant préférables.
Selon un mode de réalisation préférable de l'invention, la compo- sition à base de phosphate contient les constituants suivants, en les quantités indiquées:
Constituants Grammes par litre
Zinc 1 Åa 15
P04 6 à 45
Nickel 0.1 à 5
Nitrate 0,5 à 8
On petit. dans le procédé selon l'invention, utiliser diverses compositions lubrifiantes à base de savon d'acide gras. y compris celles à base d'un savon de métal alcalin d'un acide gras contenant environ 8 à 22 atomes de carbone.
Ces compositions sont, de façon désirable, des solutions aqueuses contenant le savon d'acide gras. par lui-même. ou également des compositions qui contiennent des constituants qui réagissent en formant le savon in silu dans la composition. par exemple des composilions contenant un acide gras, une graisse ou une huile.
cl une substance alcaline telle qu'un hydroxyde ou qu'un carbonate de métal alcalin. Une composition de concen- tré de lubrifiant qui s'est révélée particulièrement inté ressaute est une cornpnsition qui est constituée par un mélange de 3 à 75 % environ. en poids. d'un pyrophos- phate de métal alcalin ou d'un tétraborate de métal alcalin. de 15 à 97 0/# environ. en poids. d'un savon d'acide gras et de l'eau.
en une quantité pouvant repue venter jusqu'à environ 8(1 8() du poids de la composition.
îl:ins laqucllc au moins 0,2 /o du poids de la composition lubrifiante, mais moins de 50 n/" du poids du savon présent dans la composition est un savon d'acide gras choisi parmi les savons d'acides gras de lithium. de po tassium. d'ammonium, de calcium. de magnésium. de #inc ou d'aluminium. le restant du savon d'acide gras
tant un savon d'acide gras de sodium. Des compositions de concentrés de lubrifiants de ce type sont décrites dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N' > 3313729.
Une composition préférée de ce type contient les constituants suivants, en les quantités indiquées:
Constituants Poids"/"
Savon sodique de suif 74,5
Pyrophosphate tétrapotassique 25.0
Stéarate de lithium 0.5
Il est désirable que les compositions de concentrés de lubrifiant à base de savon de ce type soient dissoutes dans une quantité suffisante d'eau pour obtenir une composition lubrifiante aqueuse de travail ayant une viscosité appropriée pour permettre sa pulvérisation. Toutefois. il est désirable que la viscosité de la composition lubrifiante de travail soit aussi élevée que possible, tout en permettant la pulvérisation, car l'utilisation de solutions extrêmement diluées de basse viscosité nécessite l'application de quantités plus élevées de solution pour obtenir les poids de revêtements désirés sur la surface métallique.
Par exemple. les compositions lubrifiantes de travail utilisées contiennent la substance concentrée en une quantité d'environ 12 à 480 g/litre, une quantité d'environ 60 à 240 g/litre étant préférable. Lorsqu'on utilise la compo sition lubrifiante particulièrement préférée, telle que dé crite ci-dessus, une solution lubrifiante de travail conte liant le concentré en une quantité d'environ 120g/litre s'est révélée donner d'excellents résultats.
Bien que la viscosité de la composition lubrifiante de travail varie, évidemment, selon la concentration du constituant ainsi que selon la nature de ces substances et de la technique d'application utilisée, dans bien des cas, des compositions lubrifiantes aqueuses de travail, du type ci-dessus, ayant une viscosité d'environ 2000 à 10 000 centipoises se sont révélées particulièrement intéressantes.
Lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'inven tion, la composition à base de phosphate ainsi que la composition à base de savon peuvent être appliquées de n'importe quelle manière appropriée permettant d'obtenir un revêtement à peu près sec, qui soit sensiblement discontinu et qui ne réagisse pratiquement ni avec la surface métallique ni avec l'autre substance de revête ment. A cet égard, il faut noter que lorsqu'on se réfère à un revêtement à peu près sec, on veut dire qu'il n'y a pratiquement pas migration des constituants de revête ment des compositions appliquées,
c'est-à-dire de la substance à base de phosphate ou de la substance à base dc savon une fois que la composition a été mise en contact avec la surface à traiter. C'est ainsi qu'il ne se produit pratiquement pas de coulée de la substance pul xerisée en excès et que les constituants de revêtement de la composition appliquée restent sensiblement sur la ïonc de surface avec laquelle ils sont initialement mis en contact. En outre, lorsqu'on dit que les revêtements nc réagissent à peu près pas , on veut dire que la majeure quantité du revêtement n'a pas réagi.
On peut utiliser n'importe quel mode d'application permettant d'obtenir ce revêtement à peu près sec des substances de revêtement appliquées, et selon lequel les revêtements obtenus sont sensiblement discontinus et n'ont à peu près pas réagi ni les uns avec les autres ni avec la surface métallique. D'une façon générale. des applications de type pulvérisation. et particulièrement celles pour lesquelles les substances appliquées sont sous forme relativement finement divisée, ou sous forme de brouillard . sont préférables. Dans de nombreux cas.
l'utilisation de techniques de pulvérisation atomisées par des gaz se sont révélées donner des résultats particulièrement satisfaisants, et c'est pour cette raison que ces techniques d'application sont préférées à l'heure actuelle.
Toutefois, on peut, dans certains cas, utiliser également d'autres techniques de pulvérisation permettant d'obtenir des revêtements similaires, par exemple en procédant par pulvérisation en l'absence d'air. par pulvérisation élec trostatique. etc.
Lorsqu'on utilise la technique d'application préférée de pulvérisation atomisée à l'aide d'un gaz, il est préfé rable d'utiliser l'air comme gaz atomisant, bien qu'on puisse également utiliser un autre gaz atomisant approprié qui n'affecte pas défavorablement les substances.
Pour ces applications, la substance de revêtement à ap plicjuer est pompée, sous pression, à travers un ajutage approprié à partir duquel elle est atomisée et pulvérisée avec de l'air, également sous pression. Pour l'application de la substance de revêtement à base de phosphate. il s'est avéré qu'il est désirable d'appliquer la substance sous une pression d'environ 0,21 à 2,1 kg/cm2, une pression de 0,35 à l kg/cm2 étant préférable. En outre, il est désirable que la pression de l'air atomisant, pour ces substances à base de phosphate, soit comprise entre environ 0,7 et 4,2 kg/cm2, une pression d'environ 0,7 à 2,1 kg/cm2 étant préférable.
De façon similaire, pour l'application de la composition lubrifiante à base de savon, il est désirable que la substance soit appliquée sous une pression d'environ 0,21 à 2,1 kg/cm2 environ, une pression d'environ 0,35 à 1,4 kg/cm2 étant préférable. La pression de l'air atomisant, pour les compositions à base de savon, s'est avérée être comprise, de façon désirable, entre 0,7 et 4,2 kg/cm2 environ, une pression de 0,84 à 2,1 kg/cm2 étant préférable.
Il est bien évident que, dans chaque cas, les pressions utilisées pour les produits et l'air atomisant dépendent des conditions particulières de cette application, C'est ainsi que le choix des pressions utilisées dépendra de la viscosité des compositions appliquées, du poids de revêtement désiré, ainsi que du nombre et de l'emplacement des ajutages de pulvérisation par rapport à la surface métallique à revêtir. En conséquence, suivant la combinaison particulière des facteurs ci-dessus, on peut également, dans certains cas, utiliser pour le produit et pour le gaz atomisant des pressions non comprises dans les gammes précitées, qui ont été indiquées à titre d'exemple.
Il est désirable que la surface métallique à traiter soit sous forme de feuille ou de bande métallique, et de préférence de feuille ou de bande en métal ferreux. bien qu'on puisse ç'galement traiter d'autres métaux. Il est préférable que la feuille ou la bande métallique soit à une température élevée, afin d'accélérer l'obtention d'un revêtement à peu près sec de la substance appliquée sur la surface métallique.
Il est désirable que la surface métallique soit à une température d'au moins 600 C environ, une température de 70 à 1200 C, environ, étant préféra bloc. Si on le désire, on peut soumellre la surface métal ligue à un préchauffage, préalablement à l'application des substances de revêtement. de manière qu'elle soit à la température élevée préférée lorsque les substances sont appliquées. Toutefois lorsque la feuille ou bande métallique a été soumise à une opération de polissage.
il s'est souvent avéré que la tempéfliture du métal a suffisamment élevée au cours de cette opération pour qu'un préchauffage séparé du métal ne soit pas neces- saire. et que l'application de la substance de revêtement puisse être effectuée sur le métal, à sa sortie du polissoir à plat.
A cet égard, il s'est avéré que tandis que. selon les techniques antérieures, il est, d'une façon générale, nécessaire de soumettre à une opération de nettoyage alcalin le métal provenant du polissoir à plat, et ensuite dc le rincer à l'eau, dans bien des cas, lorsqu'on met en ruvrc le procédé selon l'invention, le nettoyage alcalin et le rinçage à l'eau peuvent être éliminés et la substance de revêtement à base de phosphate peut être appliquée sur le métal à sa sortie de l'opération de polissage à plat. sans qu'intervienne aucune opération de nettoyage ou dc rinçage.
Cela est évidemment avantageux. car cela réduit à la fois le temps de traitement nécessaire ainsi que l'importance des appareillages de traitement et la place nécessaire à l'installation du système de traitement.
Comme on l'a fait remarquer ci-dessus, la composition à base de phosphate est appliquée sur la surface métallique à traiter préalablement à l'application de la composition à base de savon. Bien qu'on puisse, si on le désire, appliquer la solution de revêtement à base de phosphate à la main, en utilisant un pistolet de pulvéri- sation atomisé à l'aide d'air, il est préférable de faire passer la surface métallique à travers une zone de pulvérisation contenant un certain nombre de becs de pulvérisation atomisés à l'aide d'air.
Il est bien évident que le nombre de becs utilisés dépend de la largeur de la feuille ou bande métallique à recouvrir, ainsi que du motif particulier de pulvérisation et que de l'emplacement des becs utilisés. I1 est désirable que les becs de pulvérisation soient placés dans la zone de pulvérisation de manière qu'on obtienne un recouvrement sensiblement complet de la surface métallique en une seule passe dans la zone de pulvérisation. Dans une installation typique, dans laquelle on doit recouvrir une feuille d'acier ayant une largeur de 50,8 cm, on utilise cinq becs donnant, a plat, un motif de pulvérisation de 15,24cm de long et 5,08 cm de large, ces becs étant placés à une distance d'environ 17,78 cm de la feuille métallique.
Après application de la substance à base de phosphate sur la substance métallique, on fait passer le métal comportant le revêtement, presque immédiatement, dans une seconde zone de pulvérisation dans laquelle la composition à base de savon est appliquée de la même manière que la substance à base de phosphate. Il est bien évident que, bien que, tant la substance à base de phosphate que la composition à base de savon puissent n'être appliquées que sur une face de la feuille ou bande métallique à la fois, l'autre face étant recouverte lors d'une passe ultérieure dans les deux zones de pulvérisation, il est préférable que les becs de pulvérisation soient placés de manière que les faces supérieure et inférieure de la bande métallique soient recouvertes simultanément. De cette manière, on obtient un revêtement lubrifiant total, en une seule passe dans les deux zones de pulvérisation.
Bien qu'on se soit particulièrement référé ci-dessus à l'application d'une substance de revêtement à base de phosphate sur la surface métallique à traiter, il est évident qu'on peut utiliser d'autres substances de revêtement qui fourniront un revêtement similaire, à peu près sec et discontinu qui ne réagit pas avec la surface métallique. De même, on peut également utiliser d'autres substances de type lubrifiant que les compositions à base de savon auxquelles on s'est particulièrement référé ci-dessus, là encore, à condition que les revêtements obtenus soient à peu près secs, discontinus, et ne réagissent ni avec la surface métallique ni avec le phosphate, ou revêtement similaire, précédemment appliqué.
En outre, il doit être bien entendu que, bien qu'on se soit référé en particulier à l'application de ces compositions de revêtement à l'aide d'une pulvérisation atomisée à l'aide d'air, on peut également utiliser d'autres techniques d'application permettant d'obtenir des revêtements comparables. A cet égard, il s'est avéré que l'application des substances de revêtement de manière à obtenir une pulvérisation dans laquelle les particules pulvérisées ont un diamètre d'environ 0,254 à 50,8 microns est typique des caractéristiques de la pulvérisation qui peut être utilisée pour obtenir le revêtement désiré.
Dans les exemples suivants, sauf autre indication, les températures sont en degrés centigrades, et les parties et pourcentages sont en poids.
Exetiiple I
On prépare une solution de phosphate diacide de zinc qui contient les constituants suivants, en les quantités indiquées:
Zn 0,53 O/o
PO, 1,88 /n
Ni 0,11 /o
NO5 0,20 O/o
HBO le reste
On fait ensuite passer des ébauches de pare-chocs en acier poli, de 78,1 cm de large sur 2,26m de long et 23,87 mm d'épaisseur, directement du polissoir, à une température de 750 C, dans une zone de pulvérisation de 1,22 m, le dispositif transporteur ayant une vitesse de 15,24 m par minute.
Au sein de cette zone de pulvérisation, on pulvérise la solution de phosphatage, à une température de 180 C, sur les faces supérieure et inférieure de la feuille, à l'aide d'un bec de pulvérisation atomisé à l'air, trois becs étant dirigés sur chaque face supérieure et inférieure de la feuille. La pression d'application de la substance des becs de pulvérisation est de 0,49 kg/cm2 et la pression de l'air atomisant est de 0,84 kg/cm2. Le temps de passage des ébauches. dans la zone de pulvérisation, est de 4,8 secondes. Ensuite on fait passer l'ouvrage comprenant le revêtement dans une zone de réaction de 0,91 m maintenue à température ambiante, le temps de passage à travers cette zone étant de 3,6 secondes.
Ensuite on fait passer les feuilles dans une seconde zone de pulvérisation de 1,22m < ndans laquelle une solution lubrifiante contenant 339 g de savon de suif, 113 g de pyrophosphate tétrapotassique. 2 g de stéarate de lithium et suffisamment d'eau pour faire 3,78 litres, est pulvérisée sur les faces inférieure et supérieure des feuilles, à une température d'environ 180 C. Comme dans la zone de pulvérisation précédente, la solution de lubrifiant est pulvérisée simultanément sur les faces supérieure et inférieure des ébauches, à l'aide de cinq becs de pulvérisation supérieure de cinq becs de pulvérisation inférieure. Les becs de pulvérisation utilisés sont atomisées à l'air, l'application de la substance étant effectuée sous une pression de 0,7 kg/cm2, et la pression de l'air atomisant étant de 1 kg/cm2.
Le temps de passage des feuilles, à travers la seconde zone de pulvérisation, est de 4,8 secondes. Les feuilles chaudes, sèches, comportant le revêtement sont ensuite déchargées de l'appareil transporteur et empilées. Il s'avère que le poids total de revêtement au phosphate et de lubrifiant. sur les feuilles est compris entre 1070 et 1605 mg/m2. On met ensuite les feuilles comportant le revêtement sous forme de parcchocs, à l'aide des presses de production usuelles, après quoi les pare-chocs mis en forme sont nettoyés unique- ment à l'eau et sont plaqués de manière satisfaisante. à l'aide des opérations habituelles de production.
Exelrzple 2
On procède comme décrit à l'exemple 1 en utilisant.
pour l'application des produits, une pression de 0,35 kg/ cm2 pour la substance à base de phosphate avec une pression d'air atomisant de 0,7kg/cm2 et une pression de 0,77 kg/cm2 pour le lubrifiant avec une pression d'air atomisant de 1,47 kg/cm2. En procédant ainsi, il s'avèrc que le poids total de revêtement à base de phosphate et de lubrifiant obtenu sur les feuilles est compris entre 642 et 963 mg/m2. Ces feuilles, comme celles obtenues à l'exemple 1, sont, de façon satisfaisante, mises sous forme de pare-chocs et plaquées, à l'aide des procédés de production normaux, en n'effectuant qu'un lavage à Veau entre les opérations de formage et de placage.
Exemple 3
On procède comme à l'exemple 1, à cela près que la pression d'application de la substance à base de phosphate est de 0,7 kg/cm2 avec une pression d'air atomisant de I kg/cm2, et que la pression d'application du lubrifiant est de 0,91 kg/cm2 avec une pression d'air atomisant de 1,4 kg/cm2. Avec ce procédé, on obtient un poids total de revêtement à base de phosphate et à base de lubrifiant de 1498 à 2140 mg/m2 sur les feuilles; celles-ci sont mises sous forme de pare-chocs, nettoyées à l'eau puis plaquées, selon des procédés de production classiques.