CH617499A5 - Support for electromagnetic brake or clutch - Google Patents

Description

L'invention est relative à une armature de frein ou d'embrayage électromagnétique comprenant un revêtement de friction.

On a décrit dans le brevet N° 512023 des armatures de frein ou d'embrayage électromagnétique portant des revêtements de structure hexagonale à rapport réticulaire c/a de la maille de leur réseau cristallin voisin de 1,633. Le rapport c/a est le rapport à la distance c qui sépare deux plans voisins parallèles au plan de base 0001 dans le réseau à la distance a entre deux atomes adjacents dans un même plan de ce type. Ces revêtements sont, au surplus, doués de propriétés magnétiques les rendant propres à la réalisation des freins et embrayages électromagnétiques. Les propriétés ferromagnétiques de ces revêtements sont cependant le plus souvent inférieures à celles, par exemple, de certains alliages classiques au fer, au cobalt et au nickel, qui possèdent des structures cristallines différentes.

L'invention a donc pour but de constituer une armature de frein ou d'embrayage électromagnétique présentant à la fois,

d'une part, des caractéristiques de friction aussi satisfaisantes que possible, lors de l'engagement des armatures et, d'autre part, une contribution efficace à la fermeture du circuit magnétique qui tend à serrer les armatures complémentaires l'une contre l'autre.

L'armature selon l'invention est caractérisée par le fait que l'armature comprend au moins une saillie annulaire formée à sa surface, une première couche d'un matériau magnétique recouvrant la totalité de la surface et de la saillie annulaire et affleurant à l'aplomb de celle-ci, et que le revêtement de friction est formé sur les parties de cette surface autres que celle occupée par la saillie, les surfaces extérieures du revêtement de friction et les surfaces extérieures des affleurements du matériau magnétique étant toutes sensiblement contenues dans le même plan, et le revêtement de friction étant constitué d'un matériau dont substantiellement toutes les phases appartiennent au système cristallin hexagonal, les plans de base 0001 de la majeure partie des cristaux du revêtement étant orientés de façon sensiblement parallèle à la surface du revêtement.

De préférence, le matériau magnétique est constitué d'un matériau tel que du verre ou des alliages Fe-Co-Ni, qui présentent les propriétés ferromagnétiques désirées.

De préférence, les cristaux du matériau à structure hexagonale présentent, à raison de plus de 75% d'entre eux, une orientation sur leurs plans de base 0001 sensiblement parallèle aux parties de surface sur lesquelles ce revêtement est formé.

Des métaux, oxydes ou carbures métalliques particulièrement appropriés à la constitution des revêtements, sont indiqués dans le tableau I. On y fait figurer également le rapport réticulaire c/a de la maille de leur réseau cristallin.

Tableau I

Matériau c/a

Cobalt 1,624

Magnésium 1,623

Néodyme 1,612

Titane 1,587

Tungstène (forme hexagonale) 1,61

Yttrium 1,572

Nickel (forme hexagonale) ... 1,59

MO2C 0,969

MO2C 1,574

NbC 0,861

Nb2C

Ta2C 1,59

WC 0,976

W2C 1,578

V2C 1,59

Cr2Oa 2,761

Ti02 1,246

Les revêtements de friction peuvent être constitués par ces matériaux pris soit à l'état pur, soit alliés entre eux. Ils peuvent encore être combinés ou alliés avec des matériaux, eux-mêmes non hexagonaux, ceux-ci étant pris, dans les phases obtenues,

dans des proportions compatibles avec la préservation de la structure hexagonale initiale. De tels matériaux non hexagonaux sont, par exemple, constitués par des métaux tels que le molybdène, le chrome, l'aluminium, le cuivre, le fer, le nickel (forme non hexagonale), le niobium; des carbures tels que B4C, TaC, TiC, Cr3C2, VC, ZrC; ou des oxydes tels que Zr02, AI2O3, etc.

On a constaté que les corps hexagonaux qui présentent les meilleures qualités de frottement, c'est-à-dire le risque de grippage le plus faible, sont ceux dont le rapport réticulaire c/a est de l'ordre ou voisin de 1,633.

Il est exposé, dans la description qui suit, à titre d'exemple, un mode de réalisation d'une installation pour fabriquer un revêtement de friction, cette description se référant en particulier aux dessins dans lesquels :

la fig. 1 représente, de façon schématique, une telle installation, certaines des parties de cette installation étant vues en coupe;

la fig. 2 montre, en perspective, un élément de détail de cette installation;

la fig. 3 représente, à échelle agrandie, une vue de face d'une partie de l'installation de la fig. 1 ;

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la fig. 4 est un graphique par points, mettant en évidence la relation entre le rapport réticulaire c/a et le coefficient de friction d'un certain nombre de matériaux hexagonaux;

la fig. 5 est un graphique mettant en évidence les variations du coefficient de friction, en fonction de la température pour certains matériaux de revêtement;

les fig. 6 à 9 représentent une partie d'une armature sur laquelle sont réalisés des dépôts représentés schématiquement à différents stades de leur élaboration.

Se proposant de réaliser un dépôt d'un matériau de friction sur un support 2, on pourra avoir recours à l'installation représentée schématiquement dans la fig. 1 ; cette installation comprend un générateur 4 produisant un jet de plasma 6, associé à un dispositif (schématisé en 8), par exemple du genre tamis vibrant, d'injection d'une poudre de la matière destinée à constituer le revêtement, dans le jet de plasma 6, au niveau ou à proximité de la sortie 10 du générateur.

Le générateur de plasma peut être constitué de toutes façons connues. Il peut, en particulier, être constitué comme représenté dans la fig. 1. Il comprend un bloc central 12 assurant, par l'intermédiaire d'une entretoise isolante 14, l'isolement électrique entre les pièces anodique 16 et cathodique 18. Ce bloc central comporte un diffuseur 20 alimenté en gaz plasmagène par une canalisation 22, ce diffuseur canalisant les gaz vers la chambre d'arc 24. Il comporte également une canalisation anodique d'alimentation électrique 25.

Le générateur comporte, en outre, un bloc arrière 26 rendu solidaire du bloc central 12 par l'intermédiaire de vis en matière isolante 28. La cathode 18, avantageusement constituée par un barreau de tungstène thorié, est fixée sur ce bloc arrière par l'intermédiaire d'une pièce 30 et d'un bloc porte-pinces 32 permettant des déplacements relatifs longitudinaux de la cathode et de l'anode. Un écrou 34 assure, en rattrapant le jeu dans le filetage, un bon contact électrique une fois que le réglage de la position de la cathode a été effectué. Enfin, le bloc arrière reçoit la canalisation cathodique 36 d'alimentation électrique.

Ce générateur comporte, enfin, un bloc avant 38 rendu solidaire du bloc central par l'intermédiaire de vis métalliques 40. L'anode 16, avantageusement en cuivre rouge ou en cuprotellure, est immobilisée dans le bloc avant, par l'intermédiaire d'une bride 42.

Un circuit de refroidissement 44, alimenté par un conduit contenu dans la canalisation anodique 25, permet une circulation d'eau, d'abord au contact de l'anode 16, l'eau traversant ensuite le bloc central, puis le bloc arrière où elle assure le refroidissement de la cathode, avant d'être évacuée par un conduit logé dans la canalisation cathodique 36.

L'anode 16 constitue, avantageusement, la tuyère d'éjection du plasma et présente, de façon connue, un profil intérieur qui est fonction de la nature du plasma que l'on veut utiliser, et des conditions de vitesse et de température que l'on veut réaliser. Un ou plusieurs injecteurs 46 faisant partie du dispositif d'injection de poudre 8 débouchent, comme il sera décrit ci-après plus en détail, dans le jet de plasma à proximité de la sortie de la tuyère, c'est-à-dire encore dans celle-ci ou à l'extérieur de celle-ci, la poudre étant entraînée dans ce ou ces injecteurs par l'intermédiaire d'un écoulement gazeux, avantageusement de même composition que le gaz plasmagène. Les particules du matériau pulvérulent, injectées par le ou les injecteurs 46 dans le jet de plasma, sont alors entraînées par celui-ci dans la direction d'émission de ce jet de plasma.

Le support 2 peut être interposé, par l'intermédiaire de tout moyen adéquat, en travers du trajet des particules entraînées par le jet de plasma.

Le support 2 constitue un organe de frein ou d'embrayage, destiné à entrer en contact frottant avec un élément analogue. Dans le cas où ces éléments sont destinés à comporter des revêtements de friction annulaire 48 (fig. 1), les moyens de retenue du support 2, dans le trajet des particules entraînées par le jet de plasma, comportent avantageusement un axe schématisé en 50 traversant le support 2 en son centre et susceptible d'entraîner celui-ci en rotation. Les parties du support, qui ne doivent normalement pas être recouvertes par le matériau de revêtement, peuvent, pendant l'opération de dépôt, être recouvertes par un cache 51 schématisé en traits mixtes.

Le support 2 est soumis préalablement à la réalisation d'un dépôt de matière fondue, à un sablage ou à un traitement analogue, dans le but de lui conférer une surface, présentant des creux et des aspérités, coopérant à l'ancrage mécanique ultérieur du revêtement de friction sur sa surface.

On règle corrélativement la vitesse d'éjection du plasma 6, d'une part, la dimension et le débit des particules de la matière introduite dans ce jet de plasma, d'autre part, à des valeurs telles que, compte tenu de la nature du gaz plasmagène et de la puissance du générateur, les particules puissent être fondues dans leur masse pendant la durée de leur séjour dans le jet de plasma, plus particulièrement dans le dard du plasma, et que l'on produit en outre une barrière gazeuse 52 transversale à la direction du jet de plasma, entre la sortie 10 du générateur et le support 2, sous un débit et une vélocité aptes à briser et à dévier les gaz chauds du jet de plasma chargé des particules fondues et projetées sur le support.

Avantageusement, cette barrière gazeuse est formée sensiblement au niveau de l'extrémité 54 du dard de plasma.

Les moyens 56 aptes à réaliser cette barrière gazeuse peuvent être constitués par tout organe présentant une fente d'éjection de gaz 56a, s'étendant sur une certaine longueur. Ces moyens peuvent, par exemple comme représenté dans la fig. 2, être constitués par un élément de tube à fente longitudinale 56a, alimenté par une source (non représentée) de gaz, notamment d'air sous pression, cet élément étant placé de façon que la fente d'éjection 56a produise une barrière gazeuse 52, située approximativement dans un plan perpendiculaire à la direction du jet de plasma 6, et passant sensiblement au niveau de l'extrémité de la flamme formée par le plasma.

L'effet de cette barrière gazeuse est alors de briser l'écoulement gazeux du jet de plasma et de dévier les gaz chauds, ce qui permet de réduire réchauffement du support 2 au cours de l'opération de dépôt. La barrière gazeuse dévie, en outre, les particules non fondues entraînées tangentiellement au jet de plasma et qui sont animées d'une énergie cinétique relativement faible. Par contre, les particules fondues, qui sont contenues dans le jet de plasma, sont animées d'une énergie cinétique considérable et traversent la barrière gazeuse pratiquement sans déviation.

Ce procédé permet, par conséquent, de limiter, dans une proportion importante, réchauffement du support sous l'effet des gaz chauds non déviés qui peuvent encore avoir, lors de leur arrivée sur le support, une température de plusieurs milliers de degrés. Au surplus, elle permet la formation, sur le support, d'un dépôt homogène à partir d'une matière homogène essentiellement fondue dans sa masse, ce dépôt revêtant une forme annulaire 48 lorsque le support est entraîné en rotation.

On a en effet constaté que la fusion des particules dans leur masse représente une condition essentielle à l'obtention d'un dépôt présentant la cohésion désirée. Pour y parvenir, on est donc amené à agir sur les divers paramètres qui sont disponibles pour régler les conditions de fonctionnement du générateur, en particulier la température du jet de plasma.

La température du jet de plasma dépend, de façon connue, de plusieurs paramètres, notamment de la composition du gaz plasmagène, du débit d'alimentation du générateur en gaz plasmagène, du profil de l'anode-tuyère d'éjection 16, de la puissance électrique dissipée entre les électrodes, etc.

Il est pratique — pour déterminer expérimentalement les valeurs de ces paramètres — de prendre en considération la vitesse d'éjection du plasma, laquelle est fonction, entre autres, de

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la puissance dissipée dans le générateur, étant donné que cette vitesse d'éjection influence la vitesse d'entraînement des particules injectées dans le plasma, donc leur temps de séjour au sein de celui-ci. En effet, un plasma de vitesse trop faible serait trop froid et ne permettrait pas la fusion complète des particules. Cependant, il existe également une vitesse supérieure limite d'éjection du plasma. Au-delà de cette limite, le plasma serait évidemment très chaud. Le temps de séjour des particules dans ce jet serait Cependant trop court pour que les particules soient fondues. Il sera donc nécessaire, dans chaque cas, de déterminer les limites inférieure et supérieure de la vitesse d'éjection du plasma. Ces limites dépendent, évidemment, également du point de fusion du matériau utilisé, puisque ce point de fusion détermine la quantité de chaleur qui devra être fournie à ces particules pour les fondre.

Un autre paramètre important dont il y a lieu de tenir compte réside, évidemment, également dans les dimensions moyennes des particules de la poudre. Si ces dimensions sont trop faibles, les particules fondent et se volatilisent avant d'arriver sur le support 2. Si leurs dimensions sont trop importantes, elles ne pourront pas être complètement fondues pendant la durée de leur séjour au sein du plasma.

Corrélativement, il est nécessaire de régler le débit d'injection des poudres dans le jet de plasma. La température du jet de plasma est, en effet, également fonction de ce débit.

A titre indicatif, on peut donc à ce stade indiquer que pour un plasma constitué par 20% d'hydrogène et 80% d'argon, et avec un matériau fondant entre environ 1500 et environ 3000° C, la vitesse d'éjection des particules devra être comprise entre environ 100 et environ 500 m/s, les poudres injectées dans le jet de plasma, surtout lorsqu'elles présentent un point de fusion très élevé, devront l'être sous un débit se situant autour de 500 g/h à 1 kg/h et présenter des dimensions moyennes de particules d'environ 20-40 |x.

Il pourra d'ailleurs y avoir lieu de tenir compte des points de fusion des matières à fondre, notamment pour déterminer leurs points d'injection dans le jet de plasma. Cette injection peut se faire soit encore dans la tuyère 16, par l'intermédiaire d'un injec-teur 46 débouchant à l'intérieur de la tuyère, notamment comme représenté dans la fig. 1, surtout lorsqu'il s'agit de matières à points de fusion élevés, soit par l'intermédiaire d'injecteurs 46a (représentés en traits mixtes dans la fig. 1) débouchant dans le dard de plasma, en aval de sa sortie de la tuyère 16, à une distance qui pourra être d'autant plus grande que le point de fusion de la matière à fondre sera moins élevé. On peut d'ailleurs avoir recours à une pluralité de ces injecteurs, en particulier lorsque l'on veut injecter simultanément plusieurs de ces matières dans le jet de plasma.

A supposer, par exemple, que l'on veuille déposer un revêtement à base de carbure de tungstène W2C, de cobalt et de fer (qui fondent respectivement à 2850, 1495 et 1100°C), on pourra injecter le carbure de tungstène à l'intérieur de la tuyère, le cobalt par l'intermédiaire d'un injecteur 46a placé à 1 mm, et le fer par l'intermédiaire d'un injecteur 46b (fig. 3) placé à 3 mm de la sortie de la tuyère.

On notera d'ailleurs à cet égard que, pour former un revêtement d'alliage, on pourra: a) avoir recours à l'introduction, dans la tuyère ou à proximité de la sortie de celle-ci, soit d'un mélange des constituants, soit d'un alliage préformé de ces constituants, ou b) procéder aux introductions des constituants par des injecteurs distincts débouchant, dans la tuyère et le dard de plasma, à des distances de la sortie de la tuyère fonction de leurs points de fusion respectifs.

Dans le cas b), on détermine chaque fois expérimentalement les proportions de chacun des constituants qu'il convient d'utiliser pour obtenir un revêtement de composition donnée, composition qui peut par exemple être déterminée par l'analyse à la microsonde de Castaing. Les proportions des constituants injectés peuvent varier de façon assez sensible en fonction, notamment, de la constitution du gaz plasmagène employé et de la puissance électrique dissipée dans le chalumeau.

Par exemple, pour obtenir un revêtement à 70% d'oxyde de chrome CGO3 et 30% d'un alliage de carbure de tungstène WC ou W2C à 20% de cobalt, les proportions des divers constituants injectés dans le jet de plasma pourront varier de 50 à 90%

d'oxyde de chrome, 10 à 50% de carbure de tungstène WC ou W2C et 10 à 30% de cobalt.

En particulier, pour des proportions données des constituants dans les poudres injectées dans le jet de plasma, on retrouve dans le revêtement formé:

la même quantité de carbure de tungstène, moins de chrome et davantage de cobalt, en utilisant un plasma à 70% d'argon et 30% d'azote,

les mêmes quantités de chrome et de carbure de tungstène, mais moins de cobalt, en utilisant un plasma à 70% d'argon et 30% d'hydrogène,

davantage de chrome et moins de carbure de tungstène et de cobalt, en utilisant un plasma à 70% d'azote et 30% d'hydrogène.

On aura, en outre, avantageusement recours à un gainage 57 du jet de plasma par un écoulement de gaz neutre, tel que l'argon. Cette gaine gazeuse permet, en particulier, l'allongement de la flamme ou du dard du plasma, ce grâce à quoi on accroît d'autant la durée du séjour des particules injectées dans le jet de plasma dans la zone la plus chaude de celui-ci. Par ailleurs, ce gainage a pour effet de protéger le jet de plasma de l'atmosphère ambiante, ce qui résulte en une réduction des turbulences au sein du plasma et permet d'éviter dans une grande mesure les réactions, possibles à haute température, des particules entraînées par le jet de plasma avec l'air ambiant, en particulier avec l'oxygène de l'air.

Cette gaine gazeuse 57 peut être réalisée par tous moyens appropriés, notamment à l'aide d'un système 58 d'éjection de gaz disposé à proximité de la sortie 10 du générateur (ou de la tuyère 16). Ce système, alimenté par le gaz neutre destiné à réaliser le gainage, comporte avantageusement un orifice annulaire d'éjection ou une pluralité d'orifices d'éjection 59 (fig. 3), disposés sur une bague annulaire entourant la sortie du jet de plasma.

On améliore encore fortement la protection du jet de plasma, en ayant recours à une enceinte 60 entourant le jet de plasma et comprenant une ouverture 60a en son bout opposé à la sortie de la tuyère, cette enceinte étant pourvue de moyens de refroidissement (schématisés en 61), mettant notamment à profit une circulation forcée d'eau.

Selon une variante, on peut opérer dans un caisson étanche dans lequel, après avoir fait le vide, on aurait introduit un gaz inerte tel que l'argon.

Selon une autre variante encore, on réalise les dépôts dans un caisson sous vide. Le libre parcours moyen des molécules se trouve ainsi augmenté.

On peut vérifier de façon assez simple le degré de fusion des particules de la poudre injectée dans le plasma — et par conséquent régler les conditions de fonctionnement du générateur — notamment si ces particules fondues sont reçues dans un bac contenant de l'eau dans laquelle elles sont trempées. On observe que, si elles ont été fondues dans leur masse, elles se solidifient sous forme de sphérules.

L'examen aux rayons X des dépôts, obtenus par le procédé, révèle en outre, lorsque le matériau constitutif du dépôt présente une structure cristalline hexagonale, une orientation préférentielle des cristaux sur leurs plans de base 0001, parallèlement à la surface sur laquelle est réalisé le dépôt.

On a observé qu'il existe, au moins en première approximation, pour les matériaux hexagonaux, une relation entre les rapports réticulaires c/a de ces derniers et leurs coefficients de friction. Cette relation apparaît dans le tableau de la fig. 4, dans lequel on a reporté les valeurs des coefficients de friction F (axe des ordonnées) de divers matériaux hexagonaux en fonction de leurs rapports réticulaires (axe des abscisses).

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Les mesures ont été faites en ultra-vide (10-11 torr) à l'aide de deux disques, pourvus de revêtements déposés dans les conditions sus-décrites, et engagés en friction sous une charge de 5 kg/cm2 et sous une vitesse relative de 1 m/s. De cette fig. 4 résulte que les matériaux à rapport réticulaire c/a, situé autour de 1,61 à 1,63, présentent un coefficient de friction particulièrement bas, d'où un minimum de risque de grippage au cours du frottement des revêtements correspondants l'un sur l'autre.

Pour obtenir des revêtements qui présentent le coefficient de friction le plus faible possible, on peut naturellement également faire appel à des constituants qui, à l'état pur, présentent une structure cristalline hexagonale dont le rapport réticulaire est assez éloigné de la valeur 1,633, notamment en les alliant à d'autres constituants dans des proportions telles que l'on obtienne des alliages ou des solutions solides présentant un rapport réticulaire plus proche de la valeur idéale 1,633 que ne le sont les rapports réticulaires des constituants hexagonaux pris isolément.

On pourra également, lors de la constitution de ces alliages ou solutions solides, tenir compte d'autres facteurs dont le respect peut être indispensable, lorsque l'on veut obtenir un revêtement de friction efficace. En l'espèce, l'un des constituants pourra présenter une grande dureté, l'autre une dureté moindre.

Le constituant dur augmente en effet la rigidité de contact, en d'autres termes, les déformations élastiques des aspérités des surfaces en frottement. La fréquence des vibrations liées au frottement, pendant que se déroule une opération de friction, est d'autant plus élevée que la dureté du matériau de friction est élevée. On peut donc, par la présence d'un constituant dur dans le revêtement, déplacer la fréquence des vibrations liées au frottement vers un domaine de valeurs suffisamment éloignées de la fréquence propre de l'ensemble des organes entrant en friction, pour éviter toute confusion des fréquences qui entraînerait une auto-excitation de cette fréquence propre de l'ensemble.

Le constituant mou pourra jouer, dans une certaine mesure, le rôle d'amortisseur, voire de lubrifiant.

A titre d'exemple, un alliage d'oxyde de chrome Cr2C3 (c/a=2,761), de cobalt (c/a= 1,624) et de carbure de tungstène W2C (c/a —1,578), dans les proportions figurant dans le tableau donné ci-après, présente un rapport c/a voisin de 1,633. Au surplus, dans ces alliages, l'oxyde de chrome, qui est dur, augmente la rigidité de contact alors que le cobalt, plus mou, amortit les vibrations et joue le rôle de lubrifiant.

On indique, dans le tableau II, certains alliages qui sont avantageusement applicables à la réalisation de revêtements possédant toutes les caractéristiques décrites plus haut.

On indique dans chaque colonne le pourcentage de chacun des constituants dans des alliages dont les constitutions complètes se déduisent des rangées horizontales du tableau.

Tableau II

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W2C

CraOä

CrsC2

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Ni

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(ou Cr) (%)

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De préférence, les matériaux de revêtement présentent un point de transformation allotropique assez élevé, pour qu'ils ne soient pas susceptibles de subir des transformations allotropiques lors de la friction. Si nécessaire, on élève le point de transformation allotropique du matériau du revêtement de friction, en l'alliant à un second matériau dont le rôle est alors d'introduire dans le réseau cristallin du premier une certaine proportion d'atomes de substitution qui, tout en préservant la structure cristalline hexagonale désirée, conduit à une élévation de ce point de transformation allotropique. A titre d'exemple, une addition au cobalt, dont le point de transformation allotropique se situe à 417° C, de molybdène permet d'obtenir un alliage présentant un point de transformation allotropique nettement plus élevé. Par exemple, un alliage à 75% de cobalt et à 25% de molybdène présente un point de transformation allotropique de l'ordre de 980°.

Cet effet sur le point de transformation allotropique d'un alliage à base de cobalt est encore clairement mis en évidence par les courbes de la fig. 5 qui traduisent la variation du coefficient de friction F (axe des ordonnées) en fonction de la température (exprimée en degrés Celsius sur l'axe des abscisses) pour les revêtements de deux disques engagés en friction, dont l'un est fixe, sous une charge de 5 kg/cm2, et sous une vitesse relative de 1 m/s sous un vide de 10 ~11 torr. La température est mesurée au moyen d'un thermocouple amené à proximité immédiate de la surface de frottement du disque fixe.

Dans ces conditions, la courbe A est relative aux variations du coefficient de friction d'un revêtement contenant 70% en poids de cobalt et 30% en poids de carbure de tungstène W2C.

La courbe B est relative aux caractéristiques de friction d'un revêtement constitué d'un alliage contenant 60% en poids de cobalt, 20% en poids de W2C et 20% en poids de molybdène.

Ces deux alliages possèdent une structure normalement hexagonale. Comme on l'observe dans la figure, le coefficient de friction subit une brusque modification à une température d'environ 470° C pour ce qui est de l'alliage CO/W2C (courbe A) et à une température légèrement inférieure à 800° C pour l'alliage contenant en outre du molybdène (courbe B). Ces modifications du coefficient de friction coïncident avec la transformation allotropique de la structure hexagonale en une structure cubique. On notera que les revêtements en question présentent à nouveau leur faible coefficient de friction initial après refroidissement.

Les courbes de la fig. 5 mettent donc en évidence l'effet du molybdène sur le point de transformation allotropique d'un alliage de cobalt et de carbure de tungstène W2C. Elles permettent aussi la mise en évidence des coefficients de friction beaucoup plus élevés des alliages correspondants à structures cubiques, qui n'autorisent pas un engagement régulier et progressif, sans grippage, des surfaces engagées en friction.

Comme on l'a déjà indiqué plus haut, ces revêtements de friction à structure hexagonale conduisent à des résultats particulièrement avantageux lorsqu'ils frottent sur d'autres revêtements présentant les mêmes caractéristiques de structure. Les matériaux constitutifs de deux revêtements en friction seront cependant de préférence différents du point de vue de leur nature chimique, notamment ne présenteront pas de solubilité mutuelle pour éviter tout phénomène d'adhésion possible d'un revêtement sur l'autre. Ainsi, on fera de préférence frotter des revêtements à base de carbure contre des revêtements à base d'oxyde.

D'une façon générale, l'utilisation des oxydes et carbures réfractaires à structure cristalline hexagonale est très avantageuse, du fait:

— du caractère compact de leurs structures cristallines,

surtout lorsque leur rapport réticulaire c/a est proche de 1,633,

— de leur dureté qui résulte du caractère compact de leurs structures cristallines et des forces interatomiques liant les atomes les uns aux autres,

— du travail réduit de déformation plastique de leurs couches superficielles, grâce à l'orientation préférentielle de leurs plans de

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base 0001, surtout lorsque leur rapport réticulaire c/a est proche de 1,633, et

— de leur faible adhésion de contact.

On indique ci-dessous, à titre d'exemple, les valeurs des différents paramètres pour lesquels on obtient sur un support, ayant subi une opération de sablage préalable, des revêtements d'excellente qualité, lorsqu'on a recours aux alliages définis dans le tableau susdit.

Les constituants de l'alliage sont injectés dans le jet de plasma sous l'un des trois modes envisagés plus haut, à savoir:

— soit l'injection d'un mélange de poudres,

— soit injections séparées des constituants de l'alliage,

— soit injection de l'alliage préparé au préalable.

Diamètre de l'orifice d'éjection de l'anode-tuyère 16 du générateur de plasma: 6 à 10 mm.

Distance du support à l'extrémité du dard: de l'ordre de 5 cm.

Constitution du gaz plasmagène: mélanges argon/hydrogène ou argon/azote ou azote/hydrogène: par exemple mélange A/H2 à raison de 751 d'argon et 161 d'hydrogène.

Débit du gaz plasmagène: 75 1/mn Ar

161/mn H2,

Vitesse d'éjection des particules: 100-500 m/s.

Puissance dissipée dans le jet de plasma : 24 à 28 kW (par exemple 310 A sous 80 V, ou 620 A sous 45 V, ou 800 A sous 30 V).

Dimensions moyennes des particules de la poudre injectée dans le jet de plasma: 20-40 (t.

Quantité pondérale horaire de poudre introduite dans le jet de plasma: 500-1000 g/h.

Pression de l'alimentation en gaz de l'organe 56 d'éjection de la barrière gazeuse 52: 3 bars.

Débit des gaz de cette barrière gazeuse: 30 à 50 m3/h.

Gaz constituant la gaine gazeuse 61 : argon.

Débit de l'organe 60 d'injection de la gaine gazeuse: 5 à 151/h.

La durée d'une opération de dépôt varie de quelques secondes à quelques minutes, selon les épaisseurs désirées pour le revêtement, ces épaisseurs variant alors de quelques centièmes à quelques dizièmes de millimètre.

Le procédé décrit permet de mettre à profit les qualités des deux alliages sur les mêmes surfaces de contact, notamment en ayant recours à des pièces du genre de celle de la fig. 9, dans laquelle on a représenté une section à travers une partie 80 d'un 5 rotor (dans le cas d'un embrayage) ou d'un inducteur annulaire (dans le cas d'un frein), dont l'axe est schématisé par la ligne 81 en traits mixtes, coagissant de façon en soi connue avec une bobine 82 pour attirer et entraîner ou freiner, lorsque la bobine est mise sous tension, une armature 84, partiellement schématisée 10 en traits mixtes dans la fig. 9, dont la surface est pourvue d'un revêtement du même type que celui du rotor ou de l'inducteur.

Selon ce procédé, on réalise, à la fois sur les saillies annulaires 86a, 86b et sur la partie intermédiaire 87 de l'armature-support 80 représentée dans la fig. 6, un premier dépôt 88 de la 15 matière ayant les propriétés magnétiques désirées en une épaisseur de préférence inférieure à la hauteur des saillies 86a, 86b (fig. 7). On réalise ensuite un second dépôt 90 de la matière présentant les caractéristiques de friction requises, l'épaisseur de ce second dépôt étant telle que la somme des épaisseurs du premier et du second 20 dépôt soit supérieure à la hauteur des saillies annulaires 86a, 86b (fig. 8). On réalise enfin, à l'aide d'une meule diamantée (non représentée), une rectification et un polissage de la surface du revêtement formé par ces deux dépôts 88 et 90 jusqu'à obtenir une surface plane et faire affleurer au niveau des saillies 86a, 86b la 25 matière du premier dépôt 88. Le revêtement plan final (fig. 9) comporte alors des affleurements annulaires 92a, 92b de matière magnétique qui permettent le passage aisé des lignes de forces du champ magnétique créé par la bobine 82, donc un couple accru de serrage, et un affleurement intermédiaire 94 de matière du second 30 dépôt qui pourvoit à la réalisation des conditions de friction les plus favorables, lors de l'engagement des surfaces opposées des armatures. Le matériau de friction de l'affleurement intermédiaire 94 est plus dur et plus résistant à l'usure que celui des affleurements annulaires 92a, 92b, pour éviter l'apparition de 35 processus alternés d'usure du premier et des seconds affleurements susdits.

L'armature de frein ou d'embrayage électromagnétique peut être utilisée pour des moteurs-freins, des freins de véhicules, etc.

R

3 feuilles dessins

Claims (4)

617 499

1. Armature de frein ou d'embrayage électromagnétique comprenant un revêtement de friction, caractérisée en ce que l'armature comprend au moins une saillie annulaire (86a, 86b) formée à sa surface, une première couche (88, 92a, 92b) d'un matériau magnétique recouvrant la totalité de la surface et de la saillie annulaire (86a, 86b) et affleurant à l'aplomb de celle-ci, et en ce que le revêtement de friction (94) est formé sur les parties de cette surface autres que celle occupée par la saillie (86a, 86b), les surfaces extérieures du revêtement de friction (94) et les surfaces extérieures des affleurements (92a, 92b) du matériau magnétique étant toutes sensiblement contenues dans le même plan, et le revêtement de friction étant constitué d'un matériau dont substantiellement toutes les phases appartiennent au système cristallin hexagonal, les plans de base 0001 de la majeure partie des cristaux du revêtement étant orientés de façon sensiblement parallèle à la surface du revêtement.

2. Armature selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'armature comprend un support (80) sur lequel sont disposées concentriquement deux saillies annulaires (86a, 86b) formant entre elles une zone en creux, la couche de matière magnétique (88, 92a, 92b) affleurant à l'aplomb des deux saillies annulaires (86a, 86b) et le revêtement de friction (94) affleurant à l'aplomb de la zone en creux.

2

REVENDICATIONS

3. Armature selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'orientation de plus de 75% des cristaux du matériau du revêtement de friction (94) sur leurs plans de base 0001 est sensiblement parallèle aux parties de surface sur lesquelles le revêtement (94) est formé.

4. Armature selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le matériau de la couche magnétique (88, 92a, 92b) est constitué par un alliage de cobalt, fer, nickel, et que le matériau du revêtement de friction (94) est constitué par du cobalt allié à un ou plusieurs des constituants de la classe de matériaux comprenant WC, W2C, Cr203, Cr3C2, Cr et Mo.