EP0237448B1 - Pièces en aluminium et ses alliages dont une face au moins présente au moins une région de zones résistant à l'usure - Google Patents

Pièces en aluminium et ses alliages dont une face au moins présente au moins une région de zones résistant à l'usure Download PDF

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EP0237448B1
EP0237448B1 EP87420053A EP87420053A EP0237448B1 EP 0237448 B1 EP0237448 B1 EP 0237448B1 EP 87420053 A EP87420053 A EP 87420053A EP 87420053 A EP87420053 A EP 87420053A EP 0237448 B1 EP0237448 B1 EP 0237448B1
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EP
European Patent Office
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zones
castings according
width
wear
castings
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EP87420053A
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EP0237448A1 (fr
Inventor
Gérard Laslaz
Serge Terroni
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Pechiney Recherche GIE
Original Assignee
Pechiney Recherche GIE
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F3/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by special physical methods, e.g. treatment with neutrons
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/902—Metal treatment having portions of differing metallurgical properties or characteristics
    • Y10S148/903—Directly treated with high energy electromagnetic waves or particles, e.g. laser, electron beam
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/902—Metal treatment having portions of differing metallurgical properties or characteristics
    • Y10S148/91—Metal treatment having portions of differing metallurgical properties or characteristics in pattern discontinuous in two dimensions, e.g. checkerboard pattern
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12993—Surface feature [e.g., rough, mirror]

Definitions

  • the present invention relates to aluminum parts and its alloys, at least one face of which has at least one region of wear-resistant zones.
  • the published French patent application 2 371 520 describes a method for treating a given exposed region of an article of aluminum or one of its alloys in the presence or not of an agent for alloy, with a laser beam or an electron beam of high energy (at least 10,000 watts / cm2) and of diameter between 250 and 12500 lim, so as to be able to heat the article in a first zone and to melt it in a second zone inside said first zone: a fine-grained structure is thus created at least in said zone, with the aim, inter alia, of improving wear resistance and eliminating or reducing deformations resulting from treatment.
  • Claim 24 of this patent states that "said beam is moved along several separate and spaced paths so as to affect areas forming spaced regions on the exposed surface of said article".
  • the treatment is applied to a casing of cast iron hardened by cementation and consists in directing on the latter a laser emitting a beam such that it forms a point with a diameter of 3000 li m.
  • Japanese patent application published under No. 59,212,572 also teaches a method of curing the inner surface of an internal combustion engine cylinder by means of a laser in which the area ratio of the untreated areas to the areas treated is preferably between 10 and 70% and the dimension of the treated areas is several mm.
  • zones suitable for friction can be obtained on parts by thermally treating their surface so as to locally obtain zones with a width exceeding 250 m.
  • the applicant has sought to develop aluminum parts and its alloys of which at least one face is treated by thermal melting effect so as to develop at least one region of zones resistant to wear and able to friction but such that they conceal very few surface stresses liable to develop cracks or other degradation during their use and also such that they can be used rough treatment, that is to say without rework, expensive operation and delicate on hardened parts and which, by its thermal and mechanical effects, can modify the structure of the treated area and, consequently, its tribological characteristics.
  • the aluminum parts and its alloys at least one face of which has at least one wear-resistant region on the surface consisting of a controlled distribution of zones hardened by localized melting effect are characterized in that said zones, whatever their length and shape, have a width and a depth of between 3 and 150 ⁇ m and that the surface fraction of the zones for each mm 2 of a region is between 5 and 60%.
  • the differences in dimensions between the zones and the inter-zone spaces do not exceed 10 ⁇ m, which therefore avoids any re-machining of the parts before use.
  • the treatment changes little the geometric profile of the treated part and only involves a slight change in the roughness.
  • the presence of spaces between the zones appreciably improves the ability of the parts to friction by creating on the surface and on a fine scale an alternation of hardened zones and soft spaces, a very effective arrangement generally in resistance to wear. by adhesion, fatigue or abrasion and also effective in friction since the soft inter-zone spaces constitute traps for lubricant, or even traps for wear debris.
  • the invention in fact involves in principle the statistical idea of reducing the width and depth of the zones and of separating them, the distribution on the scale of mm 2 and the shape of the zones having a second order effect with respect to with the width-depth effect and surface fraction.
  • the invention also includes the zones regularly arranged on the surface of the parts in the form of periodic or quasi-periodic arrays of bands, the width and the depth of which are obviously between 3 and 150 ⁇ .Lm.
  • the zones can be arranged in the form of continuous bands separated from each other by a distance of between 20 and 1000 wm, these bands having either any direction, or appearing at least one network of parallel bands.
  • these zones can also be arranged in the form of discontinuous strips separated along their length and from one another by a distance of between 20 and 1000 ⁇ m; these bands having as previously either any direction, or appearing at least one network of parallel bands.
  • the invention applies in particular to any aluminum alloy, the tribological properties of which can be improved by a surface melting treatment. It also applies to all parts where the zones consist of a molten aluminum alloy with a filler element or a filler compound such that said alloy has better tribological properties than the base alloy.
  • This element can be for example iron or nickel.
  • zones corresponding to the characteristics of the invention can be obtained by any process making it possible to locally modify by fusion-resolidification the nature or the structure of the surface of the part over a shallow depth and over a narrow width so as to give it by effect thermal and / or chemical better ability to friction.
  • Obtaining axial, circular or helical bands or any other shape can be easily achieved by controlling the relative movement of the part and the beam by means of a microprocessor.
  • FIGS. 1, 2 and 3 show, with regard to FIGS. 1, 2 and 3, different arrangements of zones produced according to the invention on a region of an active face of a part while FIG. 4 relates to a micrograph of a region portion of a part according to the invention and FIGS. 5, 6 and 7 to micrographic sections of parts according to the prior art (FIGS. 5 and 7) and according to the invention (fig. 6).
  • Parts in A-S5U3 that is to say containing by weight 5% of silicon, 3% of copper and the balance in aluminum and impurities
  • A-S17U4G (17% Si, 4% Cu, ⁇ 1 % Mg) produced in the same way were divided into two batches numbered 1 and 2, both comprising the two types of alloy.
  • Lot 1 was subjected to a laser treatment to obtain areas according to the prior art and lot 2 to another laser treatment to obtain areas according to the invention.
  • the parts according to the invention and which therefore have zones of small width and shallow depth have a rate of deformation of the surface profile such that it is no longer necessary to machine them.
  • the surface of the parts of lot 1 was treated according to overlapping unidirectional parallel bands (lot 1 A) or not (lot 1 B): distance between band 2000 lim) while that of lot 2 was treated according to a network of parallel bands crossing at right angles and spaced from each other by 200 jim.
  • the iron was replaced by a galvanic nickel deposit so as to produce a 10% nickel alloy on the surface after fusion and the parts of the 2 batches were subjected to friction-wear measurements. using the CAMERON-PLINT tribometer.
  • This tribometer consists of a segment in chromed cast iron which presses on the surface to be checked and which is driven in an alternating movement so as to approximate approximately the friction which occurs between the segments inserted in the piston and the jacket of an engine. internal combustion.
  • the support load was 100 N, the room temperature 100 ° C, the frequency of movement 12 Hz and the test time 30 min.
  • the surface was previously lubricated with an oil of the Neutral 150 type.
  • the present invention finds its application in the manufacture of aluminum parts and its alloys intended to be subjected to friction such as for example mechanical parts (engine liners and pistons, valve seats, brake drums and discs, toothed pulleys of transmission, dies, gears, bearings, spans of drive shafts, ball bearings, etc.) and electrical contact parts where friction and passage of electrical current are combined (connectors, sliding contact, electric motor collector , etc ).
  • mechanical parts engine liners and pistons, valve seats, brake drums and discs, toothed pulleys of transmission, dies, gears, bearings, spans of drive shafts, ball bearings, etc.
  • electrical contact parts where friction and passage of electrical current are combined

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Description

  • La présente invention est relative à des pièces en aluminium et ses alliages dont une face au moins présente au moins une région de zones résistant à l'usure.
    • EXPOSE DU PROBLEME
  • L'homme de l'art sait que les pièces en aluminium et ses alliages soumises à des frottements doivent posséder des caractéristiques technologiques telle que, notamment, la résistance à l'usure et la tenue au grippage au moins sur leur face "active", c'est-à-dire celle qui se trouve au contact de la pièce antagoniste. Le plus souvent, ces caractéristiques ne sont nécessaires qu'en de régions représentant une portion seulement de ladite face, et en des zones bien localisées desdites régions.
  • Ces zones résultent généralement d'un traitement de durcissement superficiel des pièces obtenues par différents moyens.
    • ART ANTERIEUR
  • C'est ainsi par exemple, que la demande publiée de brevet français 2 371 520 décrit un procédé de traitement d'une région exposée déterminée d'un article en aluminium ou en un de ses alliages en présence ou non d'un agent d'alliage, avec un faisceau laser ou un faisceau d'électrons de forte énergie (au moins 10.000 watts/cm2) et de diamètre compris entre 250 et 12500 lim, de manière à pouvoir chauffer l'article dans une première zone et à le fondre dans une deuxième zone à l'intérieur de ladite première zone : on crée ainsi une structure à grains fins au moins dans ladite zone, dans le but, entre autres, d'améliorer la résistance à l'usure et d'éliminer ou de réduire les déformations résultant du traitement.
  • La revendication 24 de ce brevet énonce que "ledit faisceau est déplacé le long de plusieurs trajets séparés et espacés de manière à affecter des zones formant des régions espacées sur la surface exposée dudit article".
  • De même, la demande publiée de brevet français 2 367 117 revendique "un procédé de traitement d'une surface métallique de portée d'un composant caractérisé en ce qu'il consiste à ne traiter thermiquement que des zones de portée pour modifier leurs propriétés métallurgiques et améliorer leur résistance à l'usure".
  • Selon un exemple particulier de ce procédé, le traitement est appliqué à une chemise de cylindre en fonte durcie par cémentation et consiste à diriger sur cette dernière un laser émettant un faisceau tel qu'il forme un point d'un diamètre de 3000 lim.
  • La demande de brevet japonaise publiée sous le n° 59 212 572 enseigneégalement un procédé de traitement de durcissement de la surface intérieure d'un cylindre de moteur à combustion interne au moyen d'un laser dans lequel le rapport surfacique des zones non traitées aux zones traitées est de préférence compris entre 10 et 70 % et la dimension des zones traitées est de plusieurs mm.
  • Ces documents enseignent donc que des zones aptes au frottement peuvent être obtenues sur des pièces en traitant thermiquement leur surface de manière à obtenir localement des zones d'une largeur dépassant 250 m.
  • La demanderesse cherchant à appliquer de tels enseignements, a constaté en effet qu'on pouvait, certes, obtenir un durcissement localisé aux zones de traitement, mais que dans le cas de l'aluminium et de ses alliages, ce durcissement s'accompagnait en cas de fusion localisée, d'une part, d'une déformation de la pièce telle qu'elle nécessitait un réusinage avant utilisation, d'autre part, parfois de fissurations et d'amorces de criques de fatigue dues aux constraintes superficielles développées par les surchauffes locales résultant du traitement.
    • BUT DE L'INVENTION
  • C'est pourquoi, la demanderesse a cherché à mettre au point des pièces en aluminium et ses alliages dont au moins une face est traitée par effet thermique de fusion de manière à développer au moins une région de zones résistant à l'usure et aptes au frottement mais telles qu'elles recèlent très peu de contraintes superficielles susceptibles de développer des fissurations ou autre dégradation lors de leur utilisation et telles également qu'elles puissent être utilisées brutes de traitement, c'est-à- dire sans réusinage, opération onéreuse et délicate sur des parties durcies et qui, par ses effets thermique et mécanique, peut modifier la structure de la zone traitée et, par suite, ses caractéristiques tribologiques.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • Selon l'invention, les pièces en aluminium et ses alliages dont au moins une face présente en surface au moins une région résistant à l'usure constituée par une répartition contrôlée de zones durcies par effet de fusion localisée sont caractérisées en ce que lesdites zones, quelles que soient leur longueur et leur forme, ont une largeur et une profondeur comprises entre 3 et 150 µm et que la fraction surfacique des zones pour chaque mm2 d'une région est comprise entre 5 et 60 %.
  • Ainsi, les faces actives des pièces inventées présentent-elles à leur surface, et en des régions choisies convenablement en fonction de l'usage qu'on veut en faire, des zones durcies répondant aux deux caractéristiques suivantes :
    • - d'une part, une forme plus ou moins allongée, mais une largeur et une profondeur très faibles comparées aux pièces de l'art antérieur;
    • - d'autre part, une répartition dine desdites zones, puisque pour chaque mm2 de surface appartenant à une région, elles représentent 5 à 60 % de ladite surface, c'est-à-dire qu'elles sont espacées les unes des autres par une distance inférieure à 1 mm.
  • Outre ces caractéristiques, on a constaté qu'il était intéressant lorsque les zones s'entrecroisaient de limiter la fraction de surface de recouvrement desdites zones pour chaque mm2 d'une région à 50 % de la surface totale des zones.
  • Dans ces conditions, on observe que outre l'augmentation importante de la résistance à l'usure provoquée par la présence de zones durcies, les contraintes de déformation provoquées par la fusion-resolidification au niveau des zones étaient beaucoup plus faibles que celles observées sur des zones de largeur et de profondeur plus importantes ou recouvrant plus largement la surface ou encore s'entrecroisant de façon plus fré quente.
  • De même, on note que les différences de cotes entre les zones et les espaces interzones ne dépassent pas 10 µm, ce qui évite donc tout réusinage des pièces avant utilisation. Autrement dit, le traitement modifie peu le profil géométrique de la pièce traitée et ne fait intervenir qu'une légère modification de la rugosité.
  • Par ailleurs, la présence d'espaces entre les zones améliore notablement l'aptitude des pièces au frottement en créant en surface et sur une fine échelle une alternance de zones durcies et d'espaces mous, disposition très efficace généralement en résistance à l'usure par adhésion, fatigue ou abrasion et efficace également en frottement puisque les espaces interzones mous constituent des pièges à lubrifiant, voire des pièges aux débris d'usure.
  • Toutefois, dans la fourchette de largeur et de profondeur des zones revendiquées, on a remarqué qu'il était préférable de s'en tenir aux valeurs comprises entre 10 et 100 ¡.Lm pour obtenir les meilleurs résultats.
  • L'invention en elle-même n'impose :
    • - ni régularité de forme des zones : dans le cas d'une zone de forme quelconque, la notion de largeur citée plus haut peut être définie comme étant deux fois la dimension 1/2 qui conduit dans les techniques dites se squelletisation utilisées en analyse d'image à une disparition de la zone,
    • - ni une disposition régulière des zones en surface.
  • L'invention fait en effet intervenir dans son principe l'idée statistique de réduire la largeur et la profondeur des zones et de les séparer, la distribution à l'échelle du mm2 et la forme des zones ayant un effet de second ordre par rapport à l'effet largeur-profondeur et fraction surfacique.
  • Toutefois, pour des raisons de commodité de création de ces zones à la surface des pièces, l'invention englobe également les zones disposées régulièrement à la surface des pièces sous forme des réseaux périodiques ou quasi périodiques de bandes dont la largeur et la profondeur sont évidemment comprises entre 3 et 150 ¡.Lm.
  • C'est ainsi que les zones peuvent être disposées sous forme de bandes continues séparées les unes des autres par une distance comprise entre 20 et 1000 wm, ces bandes ayant soit une direction quelconque, soit figurant au moins un réseau de bandes parallèles. Mais ces zones peuvent être également disposées sous forme de bandes discontinues séparées suivant leur longueur et les unes des autres par une distance comprise entre 20 et 1000 µm; ces bandes ayant comme précédemment soit une direction quelconque, soit figurant au moins un réseau de bandes parallèles.
  • L'invention s'applique en particulier à tout alliage d'aluminium, dont les propriétés tribologiques sont susceptibles d'être améliorées par un traitement de fusion superficielle. Elle s'applique également à toutes les pièces où les zones sont constituées par un alliage d'aluminium fondu avec un élément d'apport ou un composé d'apport tel que ledit alliage ait de meilleures propriétés tribologiques que l'alliage de base. Cet élément peut être par exemple du fer ou du nickel.
  • Les zones répondant aux caractéristiques de l'invention peuvent être obtenues par tout procédé permettant de modifier localement par fusion-resolidification la nature ou la structure de la surface de la pièce sur une faible profondeur et sur une faible largeur de manière à lui conférer par effet thermique et/ou chimique une meilleure aptitude au frottement.
  • On peut citer notamment l'utilisation de rayonnements de haute énergie tels que les faisceaux d'électrons et les rayonnements laser convenablement focalisés de manière à créer par fusion des zones de largeur et de profondeur inférieures à 150 lim.
  • L'obtention de bandes axiales, circulaires ou hélicoïdales ou tout autre forme peut être facilement réalisée en commandant le déplacement relatif de la pièce et du faisceau par l'intermédiaire d'un microprocesseur.
  • Par exemple, avec un faisceau laser argon classique d'une puissance de 18 watts suffisamment focalisé pour atteindre une densité de puissance supérieure à 1.106 watts/cm2, on a pu réaliser à la surface de pièces en alliage d'aluminium-silicium un réseau à mailles carrées formé de bandes de largeur 30 µm séparées les unes des autres par une distance de 100 µm et ceci en exposant les pièces à l'action du faisceau pendant moins de 1.10-1 seconde et en déplaçant le faisceau par rapport à la pièce de manière à lui faire décrire une série de trajectoires parallèles dans deux directions perpendiculaires. Mais on peut également utiliser des sources d'énergie capables d'émettre un grand nombre de faisceaux ce qui permet une réalisation plus pratique du réseau.
  • On a ainsi créé à fine échelle un ensemble de zones traitées de faibles dimensions (largeur < 150 lim) séparées les unes des autres et formé une surface constituée d'un matériau dur enchâssé dans une matrice plus molle. Les pièces ainsi traitées ne présentaient qu'une déformation mineure du profil de surface, ceci évitant un réusinage; leur application à une chemise de moteur en alliage d'aluminium n'a entraîné aucune dégradation par libération de contraintes et leur comportement tribologique au contact du pis- ton/segment a été meilleur que celle des chemises dont toute la surface avait été traitée avec des faisceaux créant des zones de largeur 3000 µm.
  • L'invention peut être illustrée à l'aide des dessins ci-joints qui représentent en ce qui concerne les figures 1, 2 et 3, différentes dispositions de zones réalisées suivant l'invention sur une région d'une face active d'une pièce tandis que la figure 4 se rapporte à une microphotographie d'une portion de région d'une pièce suivant l'invention et les figures 5, 6 et 7 à des coupes micrographiques de pièces suivant l'art antérieur (fig. 5 et 7) et suivant l'invention (fig. 6).
  • Plus précisément :
    • . la figure 1 représente des zones (1) de forme et de largeur quelconques réparties de façon quelconque mais qui ont toutes une largeur comprise entre 10 et 100 µm et une fraction surfacique pour chaque mm2 de surface comprise entre 5 et 60 %.
    • . La figure 2 représente des zones disposées régulièrement suivant un réseau à mailles carrées constitué de bandes (2) d'une largeur de 40 µm espacées les unes des autres de 360 µm.
    • . La figure 3 représente des zones ponctuelles (3J d'une dimension de 50 µm espacées les unes des autres de 100 µm.
    • . La figure 4 est une microphotographie au grossissement 100 de zones réparties suivant des bandes de 40 µm de large espacées les unes des autres de 200 µm et s'entrecroisant à angle droit et qui sont obtenues sur des pièces en alliage d'aluminium du type A-S17U4G (silicium 17% - cuivre 4% - magnésium < 1 % - solde aluminium).
  • Les figures 5, 6 et 7 seront commentées dans l'exposé de l'exemple qui suit.
    • EXEMPLE D'APPLICATION
  • Des pièces en A-S5U3 (c'est-à-dire contenant en poids 5 % de silicium, 3 % de cuivre et le solde en aluminium et impuretés) et en A-S17U4G (17% Si, 4% Cu, < 1% Mg) élaborées de la même façon ont été partagées en deux lots numérotés 1 et 2 comprenant l'un et l'autre les deux types d'alliage.
  • Le lot 1 a été soumis à un traitement laser pour obtenir des zones suivant l'art antérieur et le lot 2 à un autre traitement laser pour obtenir des zones suivant l'invention.
  • Les conditions de ces traitements sont les suivantes :
    Figure imgb0001
  • Les constatations suivantes ont été faites :
    • Du point de vue relief :
      • . sur le lot 1 (fig. 5) qui représente, vue en coupe et au grossissement 25 une zone (4), on observe un relief macroscopique s'étandant sur toute la largeur de la zone et dont l'amplitude atteint 100 µm, ce qui oblige à réusiner la pièce.
      • . au contraire, sur le lot 2 (fig. 6) qui représente, vue en coupe, et au grossissement 1000 une zone (5), on n'observe aucun relief macroscopique. Seule la microrugosité est légèrement affectée mais elle ne nécessite aucun réusinage.
  • Sur ces figures 5 et 6, on note également un changement radical de structure qui permet une localisation précise de la zone et la mesure de ses dimensions.
  • Sur les 2 lots, on a mesuré une dureté Vickers supérieure à 200 dans la zone et de 80 entre les zones.
  • En conséquence, les pièces suivant l'invention et qui possèdent donc des zones de faible largeur et de faible profondeur présentent un taux de déformation du profil de surface tel qu'il n'est plus nécessaire de les usiner.
  • D'autres pièces du même type ont été préalablement revêtues d'un film de fer par électrolyse en quantité telle qu'elle permettait après fusion de réaliser en surface un alliage à 15 % de fer.
  • Ces pièces ont été partagées également en 2 lots qui ont subi les mêmes traitements que ceux décrits plus haut, sauf en ce qui concerne la disposition des zones traitées.
  • En effet, la surface des pièces du lot 1 a été traitée suivant des bandes parallèles unidirectionnelles se chevauchant (lot 1 A) ou non (lot 1 B) : distance entre bande 2000 lim) alors que celle du lot 2 a été traitée suivant un réseau de bandes parallèles se croisant à angle droit et distantes les unes des autres de 200 jim.
  • L'examen micrographique des surfaces a montré que dans certains cas les zones traitées des lots 1A et 1 B présentaient des fissurations (6)(fig.7) alors que celles du lot 2 (fig.6) en étaient dépourvues.
  • Dans une autre série d'essais, on a remplacé le fer par un dépôt galvanique de nickel de manière à réaliser en surface après fusion un alliage à 10 % de nickel et on a soumis les pièces des 2 lots à des mesures de frottement-usure au moyen du tribomètre CAMERON-PLINT.
  • Ce tribomètre est constitué par un segment en fonte chromée qui appuie sur la surface à contrôler et qui est animé d'un mouvement alternatif de façon à simuler approximativement le frottement qui se produit entre les segments insérés dans le piston et la chemise d'un moteur à combustion interne.
  • Dans le cas présent, la charge d'appui était de 100 N, la température de la pièce de 100°C, la fréquence du mouvement de 12 Hz et la durée d'essai de 30 mn. La surface était au préalable lubrifiée avec une huile du type Neutral 150.
  • Les pièces du lot 1 se sont dégradées rapidement (détachement de débris de grandes dimensions > 1 wm de la surface traitée). Il en a été de même du segment en fonte chromée.
  • Quant aux pièces du lot 2, elles n'ont donné lieu à aucune dégradation visible ni perte de poids mesurable.
  • La présente invention trouve son application dans la fabrication de pièces en aluminium et ses alliages destinées à être soumises à des frottements telles que par exemple les pièces mécaniques (chemises de moteurs et pistons, sièges de soupapes, tambours et disques de freins, poulies crantées de transmission, filières, engrenages, coussinets, portées d'arbres d'entraînement, roulements à billes, etc...) et des pièces électriques de contact où on combine frottement et passage du courant électrique (connectique, contact glissant, collecteur de moteur électrique, etc...).

Claims (11)

1. Pièces en aluminium et ses alliages dont au moins une face présente en surface au moins une région résistant à l'usure constituée par une répartition contrôlée de zones durcies par effet de fusion localisée caractérisées en ce que ces zones, quelles que soient leur longueur et leur forme, ont une largeur et une profondeur comprises entre 3 et 150 µm et que la fraction surfacique des zones pour chaque mm2 d'une région est comprise entre 5 et 60 %.
2. Pièces suivant la revendication 1 caractérisées en ce que lorsque les zones s'entrecroisent, la fraction surfacique de recouvrement desdites zones pour chaque mm2 d'une région est inférieure à 50 % de la surface totale des zones.
3. Pièces selon la revendication 1 caractérisées en ce que les zones ont une largeur et une profondeur comprises entre 10 et 100 lim.
4. Pièces selon la revendication 1 caractérisées en ce que les zones sont disposées sous forme de bandes continues de direction quelconque et séparées les unes des autres par une distance comprise entre 20 et 1000 µm.
5. Pièces selon la revendication 4 caractérisées en ce que les zones sont disposées sous forme d'au moins un réseau de bandes parallèles.
6. Pièces selon la revendication 1 caractérisées en ce que les zones sont disposées sous forme de bandes discontinues, de direction quelconque, séparées suivant leur longueur et les unes des autres par une distance comprise entre 20 et 1000 µm.
7. Pièces selon la revendication 6 caractérisées en ce que les zones sont disposées sous forme d'au moins un réseau de bandes parallèles.
8. Pièces selon la revendication 1 caractérisées en ce qu'elles sont constituées par un alliage dont les propriétés tribologiques sont susceptibles d'être améliorées par un traitement de fusion superficielle.
9. Pièces selon la revendication 1 caractérisées en ce que les zones sont constituées par un alliage de métal de base avec un élément ou un composé d'apport tel que ledit alliage ait de meilleures propriétés tribologiques que le métal de base.
10. Pièces selon la revendication 9 caractérisées en ce que le composé d'apport appartient à la famille du fer ou du nickel.
11. Procédé d'obtention de pièces métalliques selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on applique un rayonnement laser focalisé de manière à créer par fusion des zones de largeur et de profondeur inférieures à 150 µm.
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