WO1994013864A1 - Procede de chromage de pieces de frottement - Google Patents

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WO1994013864A1
WO1994013864A1 PCT/FR1993/001125 FR9301125W WO9413864A1 WO 1994013864 A1 WO1994013864 A1 WO 1994013864A1 FR 9301125 W FR9301125 W FR 9301125W WO 9413864 A1 WO9413864 A1 WO 9413864A1
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chromium plating
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cathode
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Bernard Sutter
Gérard VASSEUR
Jean Reby
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Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
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Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
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    • C25D5/60—Electroplating characterised by the structure or texture of the layers
    • C25D5/615—Microstructure of the layers, e.g. mixed structure
    • C25D5/617—Crystalline layers

Definitions

  • the invention relates to chromium plating of metal parts intended to be subjected to repeated friction and requiring a low coefficient of friction. This is the case for example of valve stems of heat engines, compressors, turbo-compressors etc, and also rods of cylinders, shock absorbers, etc.
  • friction parts made of steel or other material
  • These friction parts are traditionally chromed by means of an electrolytic deposit produced by direct current.
  • the parts are then rectified, in order to bring the surface to the desired state.
  • the purpose of chroming the friction parts is to reduce the friction coefficient and improve the mechanical resistance.
  • the traditional chromium plating process has the drawback of requiring mechanical recovery of the chromed parts, in order to achieve the desired level of surface finish.
  • French patent FR-A-2 586 711 in the name of CETIM has made known in general a new process of electrolytic chromium plating by pulsed current with current inversion, carried out under special conditions, by means of which non chromium deposits are obtained. cracked and corrosion resistant.
  • the use of this particular process for friction parts did not seem desirable since the advantages obtained by this process, namely absence of cracking and resistance to corrosion, are not decisive for the parts friction: the corrosion problem does not arise systematically, and microcracking does not alter the mechanical characteristics.
  • chromium plating leads, for thicknesses of deposit on steel above 2 to 3 micrometers, to the formation of budding nodules of very hard chromium which alter the surface condition.
  • the chromium deposits for mechanical applications are generally of greater thickness (of the order of 3 to 6 micrometers for the valve stems, for example).
  • chromium plating by pulsed currents leads to a significant reduction in the size of the nodules as well as to a greater fineness of grain, in comparison with conventional chromium plating.
  • This improved surface finish makes it possible to suppress or limit the finishing step.
  • budding nodules arranged in strings we are rather dealing with regularly distributed crystals, very refined and much more numerous.
  • Ta duration of the anode pulses
  • Qc amount of cathode current
  • Qa amount of anode current in the following relationships: 0.01s ⁇ Te ⁇ 200 s
  • C / dm 2 Coulomb per square decimeter of electrode surface.
  • Chromium plating can be preceded or followed by chromium plating by direct current.
  • Figures 1 and 2 attached show the surface appearance seen by scanning electron microscopy of a chrome sample in the traditional way and a chrome sample by pulsed current. We see in Figure 1 the appearance "orange peel" of the surface, which consists of relatively large reliefs whose clean surface is smooth. The traces of machining on the non-chromium steel sample are re- produced after chromium plating.
  • the table indicates, for each test, the values of Ta and Te, the deposition rate (in ⁇ m / h), the time to obtain a deposit of 5 p (in min), the thickness of the deposition at the end of the test (in wm), and an assessment concerning the presence and the number of nodules, by observing the surface, on the one hand, with a video camera (magnification: x 500) and, on the other part, with an optical microscope (magnification: x 700), thanks to which a score between 0 and 4 has been assigned, where 0 indicates that nodules are present and 4 indicates that there are nodules.

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Abstract

Pour chromer des pièces de frottement, on utilise un chromage électrolytique par courant pulsé avec inversion du courant en opérant avec les paramètres suivants: Ic = densité de courant cathodique moyenne; Ia = densité de courant anodique moyenne, le courant étant continu, hachuré ou à fond continu avec surimposition d'un signal périodique; Tc = durée des impulsions cathodiques; Ta = durée des impulsions anodiques; Qc = quantité de courant cathodique; Qa = quantité de courant anodique dans les relations suivantes: 0,01 s « Tc « 200 s et de préférence « 50 s, 1 ms « Ta « 100 s et de préférence » 7 ms, 20A/dm2 « Ic « 200A/dm?2, 1A/dm2¿ « Ia « 5 Ic.

Description

PROCEDE DE CHROMAGE DE PIECES DE FROTTEMENT
L'invention concerne le chromage de pièces métal¬ liques destinées à être soumises à des frottements répé¬ tés et nécessitant un coefficient de frottement de préfé¬ rence faible. C'est le cas par exemple de queues de soupapes de moteurs thermiques, compresseurs, turbo-compresseurs etc, et aussi des tiges de vérins, d'amortisseurs, etc.
Ces pièces de frottement, en acier ou autre maté¬ riau, sont traditionnellement chromées au moyen d'un dépôt electrolytique réalisé par courant continu. Les pièces sont ensuites rectifiées, afin d'amener la surface dans l'état désiré. Le chromage des pièces de frottement a pour but de diminuer le coefficient de frottement et d'améliorer la résistance mécanique. Le procédé de chromage traditionnel présente l'inconvénient de nécessiter une reprise mécanique des pièces chromées, pour atteindre le niveau de fini de sur¬ face désiré.
Le brevet français FR-A-2 586 711 au nom du CETIM a fait connaître de façon générale un nouveau procédé de chromage electrolytique par courant puisé avec inversion de courant, réalisé dans des conditions particulières, grâce auquel on obtient des dépôts de chrome non. fissurés et résistant à la corrosion. L'utilisation de ce procédé particulier pour les pièces de frottement ne paraissait pas souhaitable dans la mesure où les avantages obtenus selon ce procédé, à savoir absence de fissuration et résistance à la corrosion, ne sont nullement décisifs pour les pièces de frottement : le problème de la corrosion ne se pose pas de façon systématique, et la microfissuration n'altè¬ re pas les caractéristiques mécaniques.
On a maintenant découvert avec surprise que 1'ap- plication du procédé de chromage par courant puisé, tel qu'enseigné par le document précité, aux pièces de frottement ou qui requièrent un fini de surface très bon, apporte des avantages insoupçonnés : en fait, on peut supprimer 1'étape de reprise pour rectification, ce qui permet également de ne pas avoir à déposer une surépais¬ seur de chrome.
On s'est en effet aperçu que le chromage tradi¬ tionnel entraînait, pour des épaisseurs de dépôt sur acier au-dessus de 2 à 3 micromètres, la formation de no- dules bourgeonnants de chrome très dur qui altèrent l'état de surface. Or les dépôts de chrome pour les applications mécaniques sont généralement d'épaisseur supérieure (de l'ordre de 3 à 6 micromètres pour les queues de soupape, par exemple). De façon surprenante, le chromage par courants puisés conduit à une diminution im¬ portante de la taille des nodules ainsi qu'à une finesse de grain plus grande, par comparaison avec le chromage classique. Cet état de surface amélioré permet de suppri¬ mer ou de limiter l'étape de finition. En fait, au lieu de nodules bourgeonnants disposés en chapelets, on a plutôt affaire à des cristaux répartis régulièrement, très affinés et beaucoup plus nombreux.
La surface ainsi obtenue n'est donc plus agressi¬ ve envers les pièces antagonistes. L'invention a pour objet un procédé de chromage electrolytique par courant puisé avec inversion de courant pour l'obtention de dépôts de chrome qui présentent un état de surface directement apte à l'utili¬ sation ou permettent une limitation des opérations de finition postérieures au chromage, caractérisé en ce que l'on opère avec les paramètres suivants : le = densité de courant cathodique moyenne la = densité de courant anodique moyenne le courant étant continu, hachuré ou à fond con¬ tinu avec surimposition d'un signal périodique Te = durée des impulsions cathodiques
Ta = durée des impulsions anodiques Qc = quantité de courant cathodique Qa = quantité de courant anodique dans les relations suivantes : 0,01s ^ Te ^ 200 s
10-3s Ta ._< 100 s 20A/dm2 <: le ^ 200A/dm2
Figure imgf000005_0001
où s = seconde
A/dm2 = Ampère par décimètre carré de surface d'électrode dt = Dérivée du temps en seconde C/dm2 = Coulomb par décimètre carré de surface d'électrode. Le chromage en courant puisé peut éventuellement être précédé ou suivi d'un chromage par courant continu. Les figures 1 et 2 annexées montrent l'aspect de surface vu par microscopie électronique à balayage d'un échantillon chromé de façon traditionnelle et d'un échantillon chromé par courant puisé. On voit sur la figure 1 l'aspect en "peau d'orange" de la surface, laquelle est constituée de reliefs relativement importants dont la surface propre est lisse. Les traces d'usinage sur l'échantillon d'acier non chromé sont re- produites après chromage. En revanche, sur la figure 2, l'échantillon traité par courant puisé a un aspect granu¬ leux fin et homogène ; on ne constate par ailleurs qu'une faible hérédité de l'usinage du support. Quoique le procédé indiqué permette le plus sou¬ vent d'atteindre l'aspect de surface désiré, on a cherché à affiner ces résultats, et pour cela on a conduit les essais rapportés au tableau I ci-après.
Pour ces essais, on a choisi la = le = 30A/dm2, £-e qui représente une valeur moyenne courante. Le tableau indique, pour chaque essai, les valeurs de Ta et Te, la vitesse de dépôt (en um/h), le temps d'obtention d'un dé¬ pôt de 5 p (en min), l'épaisseur du dépôt au terme de l'essai (en wm), et une appréciation concernant la pré- sence et le nombre de nodules, en observant la surface, d'une part, avec une caméra vidéo (grossissement : x 500) et, d'autre part, avec un microscope optique (grossisse¬ ment : x 700), grâce à quoi on a attribué une note entre 0 et 4, où 0 indique que des nodules sont présents et 4 indique qu'il n'y a pas de nodules.
On a reporté ces résultats sur le graphique de la figure 3 portant en abscisse Ta et en ordonnées Te, à échelle logarithmique. On a hachuré les zones sortant du domaine de l'invention. A l'intérieur de celui-ci, on constate qu'il est possible de tracer des courbes de niveau qui dégagent un domaine préférentiel de niveau 4, sensiblement homothétique au domaine initial, sensible¬ ment délimité par les conductions Te ^ 50s ; Ta ≥ 7 ms et Qa/Qc <j 1/20. Bien entendu, ces conditions sont définies pour la = le = 30A/dm2, mais il faut s'attendre à ce que des conditions semblables prévalent pour d'autres valeurs d'intensité.
Ainsi, l'invention permet-elle à l'homme du mé- tier d'obtenir à volonté le degré de fini de surface, en modulant les paramètres du courant puisé. TABLEAU I
Figure imgf000007_0001

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de chromage de pièces de frottement, caractérisé en ce que l'on utilise un chromage electroly¬ tique par courant puisé avec inversion du courant en opérant avec les paramètres suivants. le = densité de courant cathodique moyenne la = densité de courant anodique moyenne le courant étant continu, hachuré ou à fond con¬ tinu avec surimposition d'un signal périodique Te = durée des impulsions cathodiques Ta = durée des impulsions anodiques
Qc = quantité de courant cathodique Qa = quantité de courant anodique dans les relations suivantes : 0,01s ^ Te ^ 200 s 10~3s _< Ta N< 100 s
20A/dm2 ^ le <: 200A/dm2 lA/dm2 ^ la s; 5 le
Figure imgf000008_0001
où s = seconde
A/dm2 = Ampère par décimètre carré de surface d'électrode dt = Dérivée du temps en seconde C/dm2 = Coulomb par décimètre carré de surface d'électrode.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que :
Te ^ 50 s Ta > 7 ms Qc :> 20 Qa
PCT/FR1993/001125 1992-12-07 1993-11-17 Procede de chromage de pieces de frottement Ceased WO1994013864A1 (fr)

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FR9214699A FR2698888B1 (fr) 1992-12-07 1992-12-07 Procédé de chromage de pièces de frottement.

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