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DESCRIPTION
PROCEDE DE PEINTURE D'UN MOTEUR DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne, d'une manière générale, un procédé pour la peinture d'un moteur par électrodéposition, et plus particulièrement un procédé dans lequel des composants du moteur choisis à l'avance sont revêtus, avant l'assemblage et la peinture, d'un matériau céramique électriquement non conducteur.
ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE
L'électrodéposition est un procédé bien connu pour peindre des objets électriquement chargés par immersion dans un bain de peinture ayant une charge électrique de polarité opposée à celle de l'objet.
Dans ce procédé de peinture, jusqu'à 90%-voire davantage-de la peinture adhère à la pièce à traiter. D'autre part, les revêtements de peinture appliqués par le procédé d'électrodéposition présentent des films à caractéristiques très uniformes et l'épaisseur du film de peinture peut être contrôlée avec précision. D'autre part, il n'existe pratiquement pas de traînées, de coulées ou de gouttes dans le film de peinture.
Pour un certain nombre de raisons toutefois, le procédé d'électrodéposition n'a pas encore été appliqué jusqu'à présent à la peinture de moteurs assemblés, quoique ce procédé soit particulièrement efficace pour revêtir complètement une pièce présentant des arêtes vives, des pointes et des surfaces extérieures cachées ou inaccessibles. Tout d'abord, il existe des surfaces d'un moteur assemblé tels que les collecteurs d'échappement et les corps de turbocompresseurs qui deviennent très chauds pendant le fonctionnement du moteur. Si ces surfaces sont revêtues de peinture, celle-ci brûlera
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pendant le fonctionnement en produisant de la fumée et des dégagements indésirables.
Pour éviter que la peinture ne brûle, il est nécessaire de masquer soigneusement les surfaces soumises ultérieurement à des températures de fonctionnement élevées avant l'opération de peinture ou, en variante, de dénuder les surfaces après leur peinture. Ces deux opérations demandent beaucoup de travail et sont difficiles à contrôler.
L'immersion de la pièce à traiter dans un bain de peinture fluide, qui constitue une étape essentielle du procédé d'élctrodéposition, rend plus difficiles les conditions pour obtenir un masquage efficace ou pour enlever la peinture ultérieurement. D'autre part, la peinture appliquée par le procédé d'électrodéposition a une excellente aptitude à la pénétration et peut facilement s'écouler au-delà des joints, des étanchéités, des paliers et des fermetures temporaires dans les ouvertures du moteur. Ceci est évidemment très indésirable et peut gravement endommager le moteur.
La présente invention vise à surmonter les difficultés décrites ci-dessus. Il est souhaitable d'avoir un procédé efficace et économique pour peindre un moteur assemblé. Il est également souhaitable d'avoir un procédé dans lequel des parties du moteur assemblé choisies à l'avance ne sont pas revêtues de peinture au cours de la réalisation du procédé de peinture et, d'autre part, il est essentiel que cette peinture ne pénètre pas dans les cavités internes et les ouvertures du moteur.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
Conformément à un aspect de la présente invention, un procédé pour peindre un moteur, ayant des cavités internes et des passages, comprend le revêtement de la surface extérieure d'un composant du moteur choisi à l'avance avec un matériau céramique électrique-
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ment non conducteur avant l'assemblage. Le moteur est ensuite assemblé et, après l'assemblage, il présente des surfaces extérieures électriquement conductrices et électriquement non conductrices. Un débit de gaz est envoyé dans les cavités internes et les passages du moteur et la pression du gaz dans ces cavités internes et passages est maintenue à une valeur choisie à l'avance. Le moteur est nettoyé et immergé dans un bain de peinture électriquement chargé.
Le moteur est connecté ensuite à une source de charges électriques ayant une polarité opposée à celle de la peinture. Le moteur chargé est maintenu dans le bain de peinture de polarité opposée pendant une durée de temps suffisante pour former un film de peinture ayant une épaisseur d'au moins 0,013 mm (0,0005") sur les surfaces extérieures électriquement conductrices du moteur. Le moteur est enlevé ensuite du bain de peinture, la source de charges électriques du moteur est déconnectée et le moteur est rincé. Au cours de l'opération de rinçage, essentiellement toute la peinture située sur les surfaces extérieures électri-quement non conductrices du moteur est éliminée.
La pression dans les cavités internes et les passages du moteur est supprimée et le film de peinture formé sur les surfaces extérieures électriquement conductrices du moteur est soumis à un traitement de durcissement.
D'autres caractéristiques du procédé de peinture d'un moteur comprennent l'élimination des oxydes de surface et le nettoyage du composant choisi à l'avance avant l'application d'un revêtement d'émail de porcelaine sur les surfaces prédéterminées du composant choisi à l'avance. Après séchage, le composant choisi à l'avance est chauffé pendant une certaine période de temps, à une température suffisante pour faire fondre le revêtement de porcelaine.
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BREVE DESCRIPTION DE LA FIGURE.
La figure est un diagramme synoptique des étapes principales du procédé mettant en oeuvre la présente invention.
MEILLEUR MODE DE REALISATION DE L'INVENTION
Les étapes principales du procédé de peinture d'un moteur selon le mode de réalisation préféré de la présente invention sont représentées schématiquement sur la figure. Le procédé comprend l'application initiale d'un revêtement de céramique électriquement non conducteur sur la surface extérieure d'au moins un composant du moteur choisi à l'avance, c o m m e indiqué par le bloc 10. Le revêtement de céramique électriquement non conducteur estde préférenceun émail de porcelaine appliqué sur au moins la surface extérieure d'un élément de l'échappement du moteur, tel que le collecteur d'échappement ou le corps d'un turbocompresseur.
Les surfaces à revêtir du composant choisi à l'avance doivent être préparées et nettoyées avant la déposition du revêtement céramique. Il est particulièrement important que les surfaces à revêtir par la porcelaine soient essentiellement exemptes d'oxydes et de graisses ou d'huiles. Dans le mode de réalisation préféré de la présente invention, les composants choisis à l'avance sont amenés par un transporteur dans une machine à grenailler, où des petites particules abrasives sont envoyées sous pression contre les surfaces du composant qui ont été choisies pour recevoir le
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revêtement de porcelaine. Les particules abrasives rêve peuvent avantageusement être projetées sur les surfaces intérieures et extérieures du composant choisi à l'avance.
Après élimination des oxydes de surface indésirables, le composant choisi à l'avance peut être
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nettoyé davantage en l'essuyant manuellement ou avec un jet d'air sous haute pression si cela est nécessaire, afin d'éliminer essentiellement toutes les matières étrangères nuisibles des surfaces choisies à l'avance.
En variante et si nécessaire, le composant choisi à l'avance peut être nettoyé par dégraissage à la vapeur, par immersion dans une solution de nettoyage ou par d'autres moyens.
Le revêtement d'émail de porcelaine est appliqué de préférence aux surfaces choisies à l'avance et préparées du composant choisi à l'avance, en immergeant le composant dans un réservoir contenant une suspension d'émail de porcelaine. Il peut être nécessaire d'éviter intentionnellement de revêtir des surfaces des composants choisis à l'avance qui sont assemblés après montage sur des surfaces correspondantes des composants voisins du moteur. Ces surfaces doivent être masquées avant l'application du revêtement céramique.
Lorsque le revêtement céramique est appliqué par trempage, c'est-à-dire par immersion, les surfaces intérieures et extérieures du composant choisi à l'avance peuvent être revêtues simultanément d'une manière avantageuse. Il est particulièrement souhaitable de revêtir les surfaces intérieures et extérieures des composants du système d'échappement du moteur tels que les corps de turbocompresseurs et les collecteurs d'échappement. Le revêtement céramique appliqué à la surface extérieure de ces composants forme un revêtement électriquement non conducteur qui empêche la formation sur ceux-ci d'un film de peinture pendant l'opération ultérieure de revêtement par électrodéposition, qui assure un fini de surface fortement souhaitable et qui protège également ces composants fonctionnant à haute température contre l'oxydation ultérieure.
Le revêtement céramique formé sur la surface intérieure de ces composants constitue donc une protection contre l'oxydation
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et la corrosion pour les passages d'échappement internes et constitue également une isolation thermique efficace qui peut améliorer le rendement de fonctionnement du moteur.
Après déposition de l'émail de porcelaine, l'enduit est séché, de préférence, en faisant passer le composant dans une chambre avec de l'air chaud en circulation. Le revêtement est ensuite fondu en le chauffant à une certaine température et est maintenu à cette température pendant une durée de temps suffisante pour fondre le revêtement d'émail de porcelaine.
Dans un mode de réalisation de la présente invention présenté à titre d'exemple, les corps de turbocompresseurs et les collecteurs d'échappement sont enduits par trempage dans une suspension d'émail de porcelaine pour fonte. Les surfaces intérieures et extérieures des objets sont revêtues. Après trempage, les corps et les collecteurs sont séchés à l'air chaud puis placés
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dans un four chauffé à une température d'environ 760 C (1400 F) et maintenus dans le four pendant environ 0, 5 heure. En variante, le revêtement de porcelaine peut être fondu par chauffage thermique assuré par des lampes a forte intensité, des sources d'énergie électromagnétiques ou d'autres moyens de chauffage.
D'autres revêtements céramiques électriquement non conducteurs convenant pour l'application sur des composants de moteurs choisis à l'avance avant la peinture comprennent les verres réfractaires et les céramiques à base d'oxydes et sans oxydes. Outre le trempage, le revêtement peut être appliqué à la flamme ou par projection de plasma.
Après application du revêtement céramique électriquement non conducteur sur au moins la surface extérieure d'un composant de moteur choisi à l'avance, le moteur est assemblé comme indiqué au bloc 12 du diagramme synoptique du procédé. Le moteur assemblé comprend
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un certain nombre de constituants individuels, dont certains ont des surfaces qui ne sont pas revêtues et qui sont électriquement conductrices, et d'autres composants qui ont été choisis à l'avance pour recevoir le revêtement électriquement non conducteur. Le moteur assemblé de cette manière présente donc des surfaces extérieures électriquement conductrices et d'autres électriquement non conductrices.
Il peut être souhaitable d'essayer le moteur immédiatement après l'assemblage et avant la peinture.
Une importante caractéristique du revêtement d'émail de porcelaine appliqué sur les composants du moteur choisis à l'avance consiste en ce que le moteur peut être essayé et peut fonctionner pendant une durée prolongée sans aucune détérioration de ce revêtement. Si le moteur est essayé immédiatement après l'assemblage, les fluides du moteur tels que l'huile et le liquide de refroidissement sont évacués du moteur avant sa préparation pour la peinture.
Avant la peinture, on place des couvercles sur les ouvertures du moteur telles que le trou de remplissage pour l'huile de carter, l'entrée d'air, l'ouverture d'échappement du moteur, l'enveloppe d'eau de refroidissement et les ouvertures du volant. Ces couvercles sont généralement réalisés en plastique ou en caoutchouc non conducteurs et sont maintenus en place sur l'ouverture par des moyens de serrage classiques.
Avant le prétraitement et la peinture, des accessoires pour conduites d'air sont installés dans des ouvertures choisies du moteur telles que les ouvertures recouvertes mentionnées ci-dessus. Les ouvertures sont choisies pour assurer le passage du fluide entre les accessoires montés dans les ouvertures et toutes les cavités intérieures et les passage du moteur. Dans le mode de réalisation de la présente invention décrit à titre d'exemple, cinq accessoires pour conduites d'air
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sont installés dans les couvercles correspondants sur l'évent du carter, l'entrée d'air, l'échappement du moteur, les purges de fluide de refroidissement et les ouvertures du logement du volant du moteur.
Les accessoires sont normalement adaptés à une extrémité, de manière à correspondre à un orifice ou à un trou correspondant réalisé dans le couvercle et possèdent un dispositif de déconnexion rapide pour flexibles pneumatiques à l'autre extrémité opposée. Comme indiqué par le bloc 14, des conduites d'air flexibles sont accouplées aux accessoires et un débit d'air sous pression est envoyé par les accessoires dans les cavités internes et les passages du moteur. Le débit d'air dans le moteur est réglé de manière à obtenir une pression suffisante pour empêcher la pénétration des agents de nettoyage, des agents de traitement de surfaces, de rinçage ou de la peinture dans les cavités et les passages du moteur pendant tout le prétraitement, l'immersion du moteur dans le bain de peinture et le cycle de rinçage final.
On a constaté qu'une pression d'air d'environ 5 psi (34 kPa) suffit pour empêcher cette pénétration des fluides indésirables dans les paliers, les joints, les ouvertures et les autres points de pénétration vers les zones intérieures du moteur.
Avant de déposer la peinture par le procédé d'électro- déposition, les surfaces à revêtir doivent être exemptes de saletés, d'huile ou d'autres substances étrangères indésirables. Dans le mode de réalisation préféré de la présente invention, le moteur assemblé et mis sous pression est soumis à un lavage alcalin dans une hotte de pulvérisation ou un réservoir. Après nettoyage avec la solution alcaline, le moteur est rincé et reçoit ensuite un revêtement de conversion pour assurer une résistance améliorée à la corrosion et l'adhérence du revêtement de peinture formé ultérieurement. Dans le présent mode de réalisation, on applique un revêtement
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de phosphate de fer suivi par un rinçage à l'eau déminéralisée.
Normalement, le procédé de prétraitement représenté par le bloc 16 peut comprendre environ 3 à 9 étapes, en fonction de l'état initial de propreté de l'objet et de la qualité requise pour le revêtement de peinture final.
Après les opérations de prétraitement, on forme un film de peinture sur les surfaces extérieures électriquement conductrices du moteur. Dans le mode de réalisation préféré de la présente invention, on utilise un système d'électrodéposition cathodique pour former le film de peinture alors que le moteur est immergé dans un réservoir contenant une peinture conçue spécialement pour l'électrodéposition telle qu'une peinture d'électrodéposition cathodique du commerce à bas point de cuisson. Dans le système cathodique, le moteur est chargé négativement tandis que les particules de peinture portent une charge électrique positive. Le moteur devient donc la cathode d'un circuit électrique.
Dans le mode de réalisation de la présente invention décrit à titre d'exemple, une charge négative d'environ 350 V est appliquée au moteur, c'est-à-dire que la différence de tension entre le moteur et les électrodes ou anodes chargeant la peinture est d'environ 350 V.
L'étape de formation du film de peinture par électrodéposition est représentée par le bloc 18 du diagramme synoptique. Pendant cette étape, le moteur est maintenu dans le réservoir d'électrodéposition sous la surface de la peinture pendant une durée suffisante pour former un film de peinture ayant l'épaisseur souhaitée sur les surfaces du moteur électriquement conductrices. On a constaté que, si on utilise les paramètres mentionnés ci-dessus, on peut former un film ayant une épaisseur d'environ 1,6 mils (0,04 mm) en maintenant le moteur chargé négativement dans le bain de peinture
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pendant environ 210 secondes.
On a constaté qu'un moteur diesel à 6 cylindres de forte capacité tel que le moteur
Caterpillar (R) série 3406 nécessite initialement une intensité de courant d'environ 160 ampères, qui diminue lorsque le revêtement se forme, pour atteindre environ 20 ampères lorsque le revêtement atteint une épaisseur d'environ 1,6 mils (0,04 mm). Le moteur est maintenu de préférence dans le réservoir d'électrodéposition pendant une durée de temps suffisante pour former un revêtement d'au moins environ 0,5 mil (0,0013 mm), et pouvant atteindre de préférence environ 3 mil (0,076 mm). Des revêtements encore plus épais peuvent être réalisés si le moteur est maintenu dans le bain de peinture pendant une durée plus longue.
En variante, le moteur peut être revêtu par une réaction d'électrodéposition anodique, dans laquelle le moteur est chargé positivement tandis que les particules de peinture sont chargées négativement.
Après formation d'un film de peinture ayant
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le 1 l'épaisseur souhaitée sur les surfaces électriquement conductrices souhaitées, la charge électrique est supprimée et le moteur est retiré du bain de peinture. La peinture en excès, qui comprend essentiellement toute la peinture provenant des surfaces électriquement non conductrices du moteur, est éliminée par une série de rinçages, désignés par le bloc 20. Le rinçage final est de préférence un rinçage à l'eau déminéralisée.
Après le rinçage, les conduits d'air sous pression sont déconnectés des accessoires qui ont été montés temporairement sur le moteur, ce qui supprime la pression dans les cavités internes et les passages du moteur.
Comme indiqué par le bloc 22, le moteur est ensuite placé dans un four où le film de peinture formé sur les surfaces du moteur électriquement conductrices subit un traitement thermique. Dans le mode de réalisation de la présente invention présenté à titre d'exemple, le moteur est placé dans un four chauffé à environ 180 F (82 C) et
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est maintenu dans le four à cette température pendant environ 1 heure.
Après enlèvement du four et démontage des accessoires et couvercles installés au préalable, un moteur peint conformément à la présente invention est essentiellement prêt pour l'expédition ou le montage sur un véhicule. Aucune opération supplémentaire n'est nécessaire pour enlever la peinture ou retirer prudemment les matériaux de masquage appliqués à certains endroits.
D'autre part, la peinture à basse température de cuisson utilisée dans le mode de réalisation de la présente invention représenté à titre d'exemple permet le placement de décalcomanies, plaques indicatrices et de filtres d'huile et/ou de carburant sur le moteur avant la peinture. Si elles sont placées avant la peinture, les décalcomanies et les plaques indicatrices peuvent être imprimées avantageusement sur un film constitué d'un matériau électriquement non conducteur. D'autre part, un film de peinture ne se forme pas au cours de l'opération de peinture par électrodéposition sur les cuves de filtres à huile et à carburant peintes à l'avance.
POSSIBILITES D'APPLICATIONS INDUSTRIELLES
Les moteurs peints par le procédé mettant en oeuvre la présente invention présentent un fini et un aspect de qualité supérieure. D'autre part, comme il n'existe pas de dépôts de peinture sur les composants d'échappement chauds du moteur, il ne se produit pas de combustion de peinture au début du fonctionnement. Cette caractéristique est très souhaitable au cours des essais initiaux des véhicules montés dans les installations de montage des véhicules, et ceci est particulièrement utile en cas de travail dans un local fermé tel que les générateurs montés dans les bâtiments et pour les applications marines.
Comme mentionné ci-dessus, le revêtement d'émail de porcelaine appliqué sur les composants du moteur
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fonctionnant à haute température, assure également une excellente protection contre l'oxydation et la corrosion, ce qui prolonge la durée d'utilisation de ces composants.
D'autre part, l'émail de porcelaine est disponible avec un certain nombre de formulations conçues pour s'adapter aux caractéristiques de dilatation thermique d'un grand nombre de substrats tels que la fonte, l'acier ou l'aluminium. Si les caractéristiques de dilatation thermique sont correctement harmonisées, les composants revêtus de porcelaine présentent une excellente résistance aux chocs et conservent leur aspect et leurs propriétés d'isolation thermique.
D'autre part, si le revêtement d'émail de porcelaine est également appliqué sur les surfaces intérieures des composants fonctionnant à haute température, l'oxydation interne est essentiellement éliminée, ce qui empêche des dommages ultérieurs aux composants situés en aval tels que aubes de turbines, convertisseurs catalytiques ou pièges à particules.
D'autres aspects, objectifs et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la figure, de la description et des revendications en annexe.