EP4702262A1 - Disque de frein pour véhicule automobile et procédé de fabrication d'un tel disque de frein - Google Patents

Disque de frein pour véhicule automobile et procédé de fabrication d'un tel disque de frein

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EP4702262A1
EP4702262A1 EP24716772.9A EP24716772A EP4702262A1 EP 4702262 A1 EP4702262 A1 EP 4702262A1 EP 24716772 A EP24716772 A EP 24716772A EP 4702262 A1 EP4702262 A1 EP 4702262A1
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EP
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carbide
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EP24716772.9A
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Elodie BONAY
Yves Gey
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Renault SAS
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Abstract

Disque de frein pour véhicule automobile comprenant au moins une surface externe (2a, 3a) comportant un revêtement (6), le revêtement (6) comportant : une première couche (7) disposée au moins partiellement sur la surface externe (2a, 3a), la première couche (7) comprenant un acier comportant une teneur en chrome comprise entre 10 et 20 % en masse par rapport à la masse totale de l'acier; une deuxième couche (8) disposée sur la première couche (7), la deuxième couche (8) comprenant une matrice en acier comportant une teneur en chrome comprise entre 10 et 20 % en masse par rapport à la masse totale de l'acier, et une teneur comprise entre 15 et 40 % en volume d'au moins un carbure par rapport au volume total de la deuxième couche, le carbure étant choisi parmi les composés suivants : carbure de silicium, carbure de chrome, carbure de tungstène, carbure de niobium, carbure de titane ou un mélange de ceux-ci, de préférence choisi parmi le carbure de niobium, le carbure de titane ou un mélange de ceux-ci; le revêtement (6) étant obtenu selon une technique de dépôt de matériaux par laser à très grande vitesse dite EHLA.

Description

Disque de frein pour véhicule automobile et procédé de fabrication d’ un tel disque de frein
La présente invention concerne, de manière générale, le contrôle des émissions polluantes d’un véhicule automobile et, plus préci sément, l ’ émission de particules fines au freinage par un véhicule automobile.
En particulier, l ’ invention se rapporte à un disque de frein pour véhicule automobile et un procédé de fabrication d’un tel disque de frein.
Dans un véhicule automobile, l ’usure du disque de frein ainsi que la friction réalisée entre les plaquettes de frein et le disque de frein lors du freinage entraînent la libération de particules polluantes dans l ’ atmosphère.
Les émissions de particules de moins de 10 pm (PM10), dites particules fines, sont particulièrement dangereuses pour les voies respiratoires des populations.
Par conséquent, dans le cadre d’une future norme Euro 7, une nouvelle règlementation européenne vise à limiter les émissions de particules fines au freinage des véhicules automobiles de particuliers et utilitaires.
Il existe un dispositif permettant de capter les particules libérées, reposant sur le fonctionnement de turbines d’ aspiration déclenchées lors du freinage.
Néanmoins, ce dispositif est encombrant et capture les particules uniquement lors du freinage.
Une autre solution consiste à intégrer des filtres à particules dans le système de freinage.
Cependant, ces filtres sont particulièrement onéreux.
Il existe également des disques de frein en fonte additionnée, comportant des éléments d’ addition, tels que du vanadium.
Bien que le dopage de la fonte permette d’ améliorer les propriétés de résistance à l ’usure et à la fatigue thermique du disque de frein et diminue ainsi la libération de particules, cette solution n’ est pas suffisante pour les véhicules automobiles les plus puissants.
L’invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer une solution visant à optimiser la limitation de l ’usure des disques de frein, notamment pour véhicule automobile, et la réduction de la libération de particules fines.
Il est donc proposé un di sque de frein pour véhicule automobile comprenant au moins une surface externe comportant un revêtement, le revêtement comportant : une première couche disposée sur tout ou partie de la surface externe, la première couche comprenant un acier comportant une teneur en chrome comprise entre 10 et 20 % en masse par rapport à la masse totale de l ’ acier ; une deuxième couche disposée sur la première couche, la deuxième couche comprenant une matrice en acier comportant une teneur en chrome comprise entre 10 et 20 % en masse par rapport à la masse totale de l’ acier, et une teneur comprise entre 15 et 40 % en volume d’ au moins un carbure par rapport au volume total de la deuxième couche, le carbure étant choisi parmi les composés suivants : carbure de silicium, carbure de chrome, carbure de tungstène, carbure de niobium, carbure de titane ou un mélange de ceux-ci, de préférence choisi parmi le carbure de niobium, le carbure de titane ou un mélange de ceux-ci ; le revêtement étant obtenu selon une technique de dépôt de matériaux par laser à très grande vitesse dite EHLA.
De préférence, le revêtement est un revêtement bicouche comprenant uniquement ladite première couche et ladite deuxième couche.
Selon une caractéristique, l ’ acier de la première couche et/ou l ’ acier de la deuxième couche peut être un acier ferritique.
De préférence, l ’ acier ferritique est un acier constitué d’une teneur en chrome comprise entre 16 et 18 % en masse, une teneur en silicium inférieure ou égale à 1 % en masse, une teneur en nickel inférieure ou égale à 0,6 % en masse, une teneur en manganèse inférieure ou égale à 1 % en masse, une teneur en carbone inférieure ou égale à 0,08 % en masse, une teneur en molybdène inférieure ou égale à 1 % en masse une teneur en phosphore inférieure ou égale à 0,045 % en masse, une teneur en soufre inférieure ou égale à 0,03 % en masse, une teneur en titane inférieure ou égale à 0,01 % en masse, optionnellement d’ autres éléments d’ addition tel que du cuivre, du vanadium, du niobium, ou encore de l ’ étain, le reste étant du fer ainsi que des impuretés inévitables.
Dans un mode de réalisation, la deuxième couche peut comprendre une teneur en carbure de titane comprise entre 15 et 25 % en volume, de préférence comprise entre 17 et 23 % en volume, de préférence encore comprise entre 19 et 21 % en volume, par rapport au volume total de la deuxième couche.
Dans un autre mode de réalisation, la deuxième couche peut comprendre une teneur en carbure de niobium comprise entre 25 et 35 % en volume, de préférence comprise entre 27 et 33 % en volume, de préférence encore comprise entre 29 et 3 1 % en volume, par rapport au volume total de la deuxième couche.
Dans un autre mode de réalisation, la deuxième couche peut comporter un mélange de carbures, la teneur de chaque carbure du mélange de carbures étant comprise entre 5 et 20 % en volume, de préférence entre 5 et 10% en volume, par rapport au volume total de la deuxième couche.
Selon une caractéristique, la deuxième couche peut comporter un mélange de carbure de niobium et de carbure de titane, la teneur en carbure de niobium étant comprise entre 5 et 20 % en volume, de préférence comprise entre 5 et 10 % en volume par rapport au volume totale de la deuxième couche, et une teneur en carbure de titane comprise entre 5 et 20 % en volume, de préférence comprise entre 5 et 10 % en volume par rapport au volume total de la deuxième couche.
Avantageusement, le matériau du disque de frein sur lequel le revêtement est disposé peut être en fonte, de préférence en fonte à graphite lamellaire.
De préférence, le disque de frein peut comprendre des première et deuxième faces opposées comportant respectivement des première et deuxième surfaces externes, chacune des première et deuxième surfaces externes comprenant une piste de friction destinée à coopérer avec une plaquette de frein, le revêtement étant disposé au moins partiellement sur les pistes de friction, de préférence uniquement disposé sur les pi stes de friction.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un disque de frein comme précédemment décrit, comprenant la formation de la première couche et de la deuxième couche du revêtement par une technique de dépôt de matériaux par laser à très grande vitesse dite EHLA.
De préférence, l ’ étape de formation de la deuxième couche du revêtement du procédé de fabrication comprend l ’utilisation de cermets.
L’invention se rapporte aussi à un véhicule automobile comprenant au moins un disque de frein comme précédemment décrit.
D’ autres buts, avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
[Fig 1 ] est une vue en coupe schématique d’un disque de frein pour véhicule automobile selon un mode de réalisation de l ’ invention.
[Fig 2] est une vue détaillée d’une piste de friction d’un disque de frein illustré à la figure 1 .
[Fig 3 ] représente le mode de fonctionnement de la technique EHLA.
Dans ce qui va suivre, et à moins d’ une autre indication, les bornes d’un domaine de valeurs sont comprises dans ce domaine, notamment dans l ’ expression « compris(e) entre » .
Par ailleurs, l ’ expression « au moins un » utilisée dans la présente description est équivalente à l ’ expression « un ou plusieurs » .
La figure 1 illustre un disque de frein 1 pour véhicule automobile, comprenant au moins une surface externe.
Dans l ’ exemple illustré, le disque de frein 1 est une structure annulaire comprenant une première face 2 et une deuxième face 3 opposée à la première face 2.
La première face 2 comporte une première surface externe 2a et la deuxième face 3 comporte une deuxième surface externe 3 a. Les première et deuxième surfaces externes 2a et 3 a comprennent chacune une piste de friction, respectivement une première piste de friction 4 et une deuxième piste de friction 5, destinée à coopérer avec une plaquette de frein (non représentée).
Chaque piste de friction 4, 5 forme une zone de contact avec une plaquette de frein de sorte que le frottement des plaquettes de frein fixes sur les première et deuxième pistes de friction 4, 5 du disque de frein 1 mobile conduit au freinage du véhicule automobile.
Les première et deuxième surfaces externes 2a et 3 a du disque de frein 1 sont revêtues, au moins partiellement, d’un revêtement 6.
Avantageusement, le revêtement 6 est formé sur les pistes de friction 4 et 5.
Le revêtement 6 est, de préférence, formé uniquement sur les pistes de friction 4 et 5 afin de limiter le coût du disque de frein 1.
Le revêtement 6 peut être formé sur tout ou partie des pistes de friction 4 et 5, de préférence sur la totalité des pistes de friction 4 et 5.
Le matériau du disque de frein 1 sur lequel est formé le revêtement 6 est, de préférence, de la fonte. La fonte est un matériau particulièrement économique et ses propriétés de conductivité thermique élevées permet de stocker des calories et dissiper la chaleur produite par friction lors du freinage.
Avantageusement, le matériau du disque de frein 1 sur lequel est formé le revêtement 6 peut être de la fonte à graphite lamellaire, telle que de la fonte GJL 150.
La fonte GJL 150 est constituée d’une teneur en carbone de 3 ,7 % en masse, une teneur en silicium de 1 , 87 % en masse, une teneur en manganèse de 0,61 % en masse, une teneur en soufre inférieure à 0, 1 % en masse, une teneur en phosphore inférieure à 0, 1 % en masse, une teneur en cuivre inférieure à 0, 1 % en masse, une teneur en nickel à 0, 1 % en masse, une teneur en chrome inférieure à 0, 1 % en masse, une teneur en molybdène inférieure à 0, 1 % en masse, une teneur en titane inférieure ou égale à 0, 1 % en masse, une teneur en vanadium inférieure à 0, 1 % en masse, une teneur en niobium inférieure à 0, 1 % en masse, une teneur en sélénium inférieure à 0, 1 % en masse, le reste étant du fer ainsi que des impuretés inévitables.
Le revêtement 6 comprend une première couche 7 disposée au contact des première et deuxième surface externes 2a et 3 a.
La première couche 7 comprend un acier comportant une teneur en chrome comprise entre 10 et 20°% en masse par rapport à la masse totale de l ’ acier de la première couche 7.
De préférence, l ’ acier de la première couche 7 est un acier ferritique. Par acier ferritique, on entend un acier dont la structure cristalline est cubique centrée et comportant une teneur en chrome comprise entre 10 et 20°% en masse par rapport à la masse totale de l ’ acier.
Les aciers ferritiques sont particulièrement avantageux compte tenu de leur faible tendance à la formation de fissures, notamment dues à leur faible coefficient de dilatation thermique, proche de celui de la fonte utilisée.
De préférence, l ’ acier ferritique de la première couche peut être un acier inoxydable ferritique constitué d’une teneur en chrome comprise entre 16 et 18 % en masse, une teneur en silicium inférieure ou égale à 1 % en masse, une teneur en nickel inférieure ou égale à 0,6 % en masse, une teneur en manganèse inférieure ou égale à 1 % en masse, une teneur en carbone inférieure ou égale à 0,08 % en masse, une teneur en molybdène inférieure ou égale à 1 % en masse, une teneur en phosphore inférieure ou égale à 0,045 % en masse, une teneur en soufre inférieure ou égale à 0,03 % en masse, une teneur en titane inférieure ou égale à 0,01 % en masse, optionnellement d’ autres éléments d’ addition tel que du cuivre, du vanadium, du niobium, ou encore de l ’ étain, le reste étant du fer ainsi que des impuretés inévitables.
De préférence, la totalité des impuretés inévitables représente moins de 0, 15 % en masse.
De préférence, chaque impureté inévitable est présente à moins de 0,05 % en masse.
Selon un exemple, l ’ acier ferritique de la première couche 7 peut être un acier inoxydable ferritique généralement connu sous la dénomination d’ acier 430L ou sous sa désignation européenne X2Crl 7, constitué d’une teneur en chrome de 16,29 % en masse, une teneur en silicium de 0,94 % en masse, une teneur en nickel de 0, 53 % en masse, une teneur en manganèse de 0,28 % en masse, une teneur en carbone de 0,08 % en masse, une teneur en molybdène de 0,06 % en masse, une teneur en phosphore de 0,03 1 % en masse, une teneur en soufre de 0,02 % en masse, une teneur en titane de 0,003 % en masse, le reste étant du fer ainsi que des impuretés inévitables, les pourcentages étant définis par rapport à la masse totale de l ’ acier.
Le coefficient de dilatation thermique des aciers ferritiques est proche ou similaire à celui de la fonte.
En particulier, le coefficient de dilatation thermique de l ’ acier 430L, qui est égal à 10,4. 10-6 K- l , est très proche de celui de la fonte à graphite lamellaire GJL 150 qui égal à 10,7. 10-6 K- l . Ceci a un effet favorable pour limiter le nombre et la profondeur des fissures.
Le revêtement 6 comprend en outre une deuxième couche 8 disposée sur la première couche 7. La première couche 7 forme une couche d’ adhérence entre les première et deuxième surface externes 2a et 3 a du disque de frein 1 et la deuxième couche 8.
La deuxième couche 8 comprend une matrice en acier comportant une teneur en chrome comprise entre 10 et 20% en masse par rapport à la masse totale de l ’ acier.
De préférence, l ’ acier de la matrice de la deuxième couche 8 et l ’ acier de la première couche 7 sont identiques de façon à augmenter l ’ affinité et donc l ’ adhérence entre les première et deuxième couches 7 et 8.
De cette façon, l ’ acier de la deuxième couche 8 est de préférence un acier ferritique.
De préférence, l ’ acier ferritique de la deuxième couche 8 peut être un acier inoxydable ferritique constitué d’une teneur en chrome comprise entre 16 et 18 % en masse, une teneur en silicium inférieure ou égale à 1 % en masse, une teneur en nickel inférieure ou égale à 0,6 % en masse, une teneur en manganèse inférieure ou égale à 1 % en masse, une teneur en carbone inférieure ou égale à 0,08 % en masse, une teneur en molybdène inférieure ou égale à 1 % en masse, une teneur en phosphore inférieure ou égale à 0,045 % en masse, une teneur en soufre inférieure ou égale à 0,03 % en masse, une teneur en titane inférieure ou égale à 0,01 % en masse, optionnellement d’ autres éléments d’ addition différents des éléments précités tel que du cuivre, du vanadium, du niobium, ou encore de l ’ étain, le reste étant du fer ainsi que des impuretés inévitables.
De préférence, la totalité des impuretés inévitables représente moins de 0, 15 % en masse.
De préférence, chaque impureté inévitable est présente à moins de 0,05 % en masse.
Selon un exemple, l ’ acier ferritique de la deuxième couche 8 peut être un acier inoxydable ferritique généralement connu sous la dénomination d’ acier 430L, constitué d’une teneur en chrome de 16,29 % en masse, une teneur en silicium de 0,94 % en masse, une teneur en nickel de 0, 53 % en masse, une teneur en manganèse de 0,28 % en masse, une teneur en carbone de 0,08 % en masse, une teneur en molybdène de 0,06 % en masse, une teneur en phosphore de 0,03 1 % en masse, une teneur en soufre de 0,02 % en masse, une teneur en titane de 0,003 % en masse, le reste étant du fer ainsi que des impuretés inévitables, les pourcentages étant définis par rapport à la masse totale de l ’ acier.
De plus, la deuxième couche 8 comprend une teneur comprise entre 15 et 40% en volume d’ au moins un carbure par rapport au volume total de la deuxième couche. Le ou les carbure(s) sont choisi s parmi les composés suivants : carbure de silicium, carbure de chrome, carbure de tungstène, carbure de niobium, carbure de titane ou un mélange de ceux-ci .
Le carbure de silicium, carbure de chrome, carbure de tungstène, carbure de niobium et carbure de titane ont pour avantage d’ être facilement disponibles sous forme de poudre, facilitant leur dépôt sur le disque de frein 1 par proj ection thermique.
Le carbure de silicium, carbure de chrome et carbure de titane sont également particulièrement avantageux compte tenu de leur coût modéré et de leurs propriétés de résistance mécanique élevées.
De préférence, le ou les carbure(s) sont choisi s parmi le carbure de niobium et le carbure de titane, montrant de très bonnes performances de résistance mécanique, ou un mélange de ceux-ci .
Encore plus préférentiellement, le carbure choisi est le carbure de titane, présentant des propriétés mécaniques et thermiques similaires que le carbure de niobium mais moins coûteux.
Dans un mode de réalisation, la deuxième couche 8 peut comprendre une teneur en carbure de titane comprise entre 15 et 25 % en volume, de préférence comprise entre 17 et 23 % en volume, de préférence encore comprise entre 19 et 21 % en volume, par rapport au volume total de la deuxième couche 8.
Selon un exemple, la deuxième couche 8 peut comprendre une teneur en carbure de titane égale à 20% en volume par rapport au volume total de la deuxième couche 8.
Dans un autre mode de réalisation, la deuxième couche 8 peut comprendre une teneur en carbure de niobium comprise entre 25 et 35 % en volume, de préférence comprise entre 27 et 33 % en volume, de préférence encore comprise entre 29 et 3 1 % en volume, par rapport au volume total de la deuxième couche.
Selon un exemple, la deuxième couche 8 peut comprendre une teneur en carbure de niobium égale à 30%.
Dans un autre mode de réalisation, la deuxième couche peut comporter un mélange de carbures, la teneur de chaque carbure du mélange de carbures étant comprise entre 5 et 20% en volume, de préférence entre 5 et 10% en volume, par rapport au volume total de la deuxième couche.
En mélangeant plusieurs natures de carbures avec de plus faibles proportions, il est possible d’ obtenir un revêtement 6 plus économique.
Selon un mode de réalisation, la deuxième couche 8 peut par exemple comporter un mélange de carbure de niobium et de carbure de titane, la teneur en carbure de niobium étant comprise entre 5 et 20 % en volume, de préférence comprise entre 5 et 10% en volume par rapport au volume totale de la deuxième couche, et une teneur en carbure de titane comprise entre 5 et 20 % en volume, de préférence comprise entre 5 et 10 % en volume par rapport au volume total de la deuxième couche.
Selon un exemple, la deuxième couche 8 peut comporter un mélange de carbure de niobium et de carbure de titane, la teneur en carbure de niobium étant de 5 % en volume et la teneur en carbure de titane étant de 10 % en volume, par rapport au volume total de la deuxième couche 8.
La première couche 7 forme une couche d’ adhérence entre les première et deuxième surfaces externes 2a et 3 a et la deuxième couche 8.
Les coefficients de dilation thermique proches du substrat formé par les première et deuxième surfaces externes 2a et 3 a et de la première couche 7 contribuent à augmenter cette adhérence.
La deuxième couche 8 forme une première barrière résistante permettant de diminuer l ’ apparition de fissuration dues à la friction entre le disque de frein 1 revêtu et les plaquettes de frein.
En sus de la deuxième couche 8, la première couche 7 forme une deuxième barrière de résistance mécanique permettant de diminuer l ’ apparition de fissuration.
De préférence, le revêtement 6 est un revêtement bicouche comprenant uniquement ladite première couche et ladite deuxième couche.
La structure bicouche du revêtement 6 permet de limiter le nombre d’ interfaces au niveau desquelles des porosités peuvent être présentes et être à l ’ origine de la décohésion du revêtement 6, le rendant fragile face aux sollicitations mécaniques. La structure bicouche permet donc d’ obtenir un revêtement 6 plus résistant mécaniquement qu’une structure comportant un nombre supérieur à deux interfaces.
L’ épaisseur du revêtement 6 est comprise entre 300 et 500 pm, de préférence comprise entre 350 et 450 pm.
De préférence, l ’ épaisseur de la première couche 7 est comprise entre 100 et 200 pm.
De préférence, l ’ épaisseur de la deuxième couche 8 est comprise entre 100 et 200 pm.
Le revêtement 6 est obtenu selon une technique de dépôt de matériaux par laser à très grande vitesse dite EHLA.
Par dépôt de matériaux par laser à très grande vitesse, on entend dans la présente invention une technique de proj ection thermique également connue sous la dénomination anglaise « Extreme high-speed laser application process » et sous l ’ acronyme EHLA.
En référence à la figure 3, la technique EHLA repose, comme la technique de Laser Cladding dont elle dérive, sur l ’utilisation d’un laser 9 industriel haute puissance pour faire fondre et/ou souder des poudres métalliques. Les poudres entraînées par un gaz, tel que de l ’ argon, forment un flux de poudre 10 proj eté sur un substrat, créant ainsi une superposition de liaisons métallurgiques. Ce procédé permet la création d’une zone thermiquement affectée 1 1 avec le substrat garantissant une bonne adhérence au substrat, tel que les première et deuxième surfaces externes 2a, 3 a.
La technique de dépôt laser EHLA permet d'atteindre une vitesse de dépôt jusqu'à 200 m/min et un taux de surface jusqu'à 500 cm2/min, soit 100 fois plus vite que dans la technique de Laser Cladding conventionnelle. En effet, certains paramètres comme la puissance laser ou le débit de poudre sont plus élevés.
Contrairement à la technique de Laser Cladding conventionnelle, dans la technique EHLA, les particules sont fondues avant d’ entrer en contact avec le substrat, à environ 1 mm du substrat. L’ ensemble du flux de poudre 10 converge vers une région 12 à distance du substrat. Les particules présentes dans le flux de poudre 10 ainsi fondues sont ensuite transportées par le gaz et tombe dans le bassin de fusion 13. Le substrat étant déj à lui aussi chauffé par le laser 9, la zone thermiquement affectée 1 1 , qui correspond à une zone de fusion entre une partie de la poudre proj etée et une partie du substrat, est plus fine que dans le procédé Laser Cladding, et l ’ énergie absorbée par le substrat est moindre.
La très fine, voire inexistante, zone thermiquement affectée 1 1 obtenue via la technique EHLA permet, lors de la formation du revêtement 6, de ne pas déformer le matériau du disque de frein 1 , tel que la fonte, sur lequel est formé le revêtement 6, et de ne pas modifier ses propriétés, notamment ses propriétés de résistance à la déformation.
Un tel revêtement 6 obtenu par la technique EHLA possède des propriétés de résistance mécanique optimisées, notamment face aux sollicitations thermomécaniques et à l ’usure, ce qui permet de limiter l ’ émission de particules polluantes par le disque de frein 1 lors du freinage ainsi qu’ en dehors des phases de freinage du véhicule automobile.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un disque de frein comme précédemment décrit, comprenant la formation de la première couche 7 et de la deuxième couche 8 du revêtement 6 par la technique de dépôt de matériaux par laser à très grande vitesse dite EHLA.
Avantageusement, le procédé de fabrication comprend la formation du revêtement 6 sur la première piste de friction 4, et la formation du revêtement 6 sur la deuxième piste de friction 5.
Dans le procédé de fabrication, le matériau de la première couche 7 et le matériau de la deuxième couche 8 sont proj etés sous forme de poudre. La poudre proj etée pour former la première couche 7 comprend un acier comportant une teneur en chrome comprise entre 10 et 20 % en masse par rapport à la masse totale de l ’ acier.
La poudre proj etée pour former la deuxième couche 8 comprend de l ’ acier, destinée à former la matrice de la deuxième couche 8 après proj ection, comportant une teneur en chrome comprise entre 10 et 20% en masse par rapport à la masse totale de l ’ acier.
La poudre proj etée pour former la deuxième couche 8 comprend également une teneur comprise entre 15 et 40 % en volume d’ au moins un carbure par rapport au volume total de la deuxième couche, le carbure destiné à former après proj ection des renforts dans la matrice d’ acier, étant choisi parmi les composés suivants : carbure de silicium, carbure de chrome, carbure de tungstène, carbure de niobium, carbure de titane ou un mélange de ceux-ci, de préférence choisi parmi le carbure de niobium, le carbure de titane ou un mélange de ceux-ci ;
Les caractéristiques précédemment décrites pour la première couche 7 s’ appliquent à la poudre destinée à former la première couche 7.
Les caractéristiques précédemment décrites pour la deuxième couche 7 s’ appliquent à la poudre destinée à former la deuxième couche 8.
De préférence, la granulométrie de la poudre destinée à former la première couche 7 et de la poudre destinée à former la deuxième couche 8 est comprise entre 10 et 60 pm.
De préférence, les particules de la poudre destinée à former la première couche 7 et de la poudre destinée à former la deuxième couche 8 sont maj oritairement de forme sphérique.
Le matériau de la deuxième couche 8 sous forme de poudre incorpore, de préférence, le ou les carbure(s) sous forme de cermet.
Par cermet, on entend une poudre comprenant des renforts céramiques incorporés dans une phase métallique.
Selon un exemple, le cermet peut comprendre les particules de carbures insérés dans une matrice comprenant du fer et du chrome, formant alors des agglomérats.
De préférence, la matrice du cermet comprend maj oritairement du fer et du chrome.
Par maj oritairement, on entend une matrice dont la somme des teneurs en fer et chrome représente une valeur supérieure ou égale à 50 % en poids du cermet.
De préférence, l ’ étape de formation de la deuxième couche 8 du procédé de fabrication comprend l ’utilisation de cermets.
En d’ autres termes, le matériau de la poudre utilisée pour former la deuxième couche 8 du revêtement 6 incorpore le ou les carbure(s) sous forme de cermet. L’utilisation de cermets permet de réaliser un dépôt régulier et d’ épaisseur constante.
L’ intégration des carbures sous forme de cermet sphérique dans l ’ acier facilite leur dépôt par proj ection.
De préférence, le procédé de fabrication comprend une étape d’usinage réalisée après la formation du revêtement 6 afin d’uniformiser sa surface qui peut être irrégulière et d’ ajuster son épaisseur.
Après usinage, l’ épaisseur du revêtement 6 est comprise entre 300 et 500 pm, de préférence comprise entre 350 et 450 pm.
On pourra prévoir qu’un tel disque de frein soit utilisé dans un véhicule de transport autre qu’un véhicule automobile, et soit notamment appliqué au domaine aéronautique ou ferroviaire.
Exemples :
Exemple 1 : Revêtement bicouche 430L + 30 vol% NbC par proj ection EHLA
Le revêtement de l ’ exemple 1 a été formé sur un disque de frein en fonte à graphite lamellaire GJL 150. Le revêtement comprend une première couche disposée au contact de la fonte et constituée d’ acier inoxydable 430L. Une deuxième couche, disposée sur la première couche, est constituée d’une matrice en acier 430L et de renforts en carbure de niobium. La teneur en carbure de niobium est de 30% en volume par rapport au volume total de la deuxième couche.
Le dépôt de la première couche et le dépôt de la deuxième couche ont été réalisés successivement par proj ection du matériau de la première couche et de la deuxième couche sous forme de poudre par la technique EHLA.
En particulier, la deuxième couche a été formée par proj ection d’un mélange de poudres comprenant de la poudre d’ acier 430L et de la poudre de carbure de niobium. La poudre de carbure de niobium a été proj etée sous forme de cermet, c’ est-à-dire comprenant des particules de carbure de niobium insérées dans une matrice comportant du fer et du chrome pour former des agglomérats. La poudre de type cermet utili sée incorpore 80 % en poids de carbure de niobium et 20 % en poids de FeCr par rapport au poids total du cermet.
Une étape d’usinage a été réalisée afin de rectifier l ’ épaisseur obtenue après proj ection. Compte tenu de la surface irrégulière de la première couche, le revêtement obtenu après usinage a une épaisseur comprise entre 350 et 400 pm.
L’ aj out de carbure de niobium dans l ’ acier 430L permet d’ augmenter la dureté de la deuxième couche par rapport à la première couche. La dureté moyenne résultante de la deuxième couche est de 485 HV1. Des essais d’ endommagement thermique et de mesure d’ émission de particules au freinage ont permis de montrer l ’ absence de fissures et la réduction des émissions de particules.
Le disque de frein revêtu obtenu par la technique EHLA permet donc d’ obtenir d’ excellentes capacités obtenues en termes de résistance aux endommagements thermiques et en termes d’ émission de particules au freinage.
Exemple 2 : Revêtement bicouche 430L + 20 vol% TiC par proj ection EHLA
Le revêtement de l ’ exemple 2 a également été formé sur un disque de frein en fonte à graphite lamellaire GJL 150. Le revêtement comprend une première couche disposée au contact de la fonte GJL et constituée d’ acier inoxydable 430L. Une deuxième couche, disposée sur la première couche, est constituée d’une matrice en acier 430L et de renforts en carbure de titane. La teneur en carbure de titane est de 20% en volume par rapport au volume total de la deuxième couche.
Le dépôt de la première couche et le dépôt de la deuxième couche ont été réalisés successivement par proj ection de poudre par la technique EHLA.
En particulier, la deuxième couche a été formée par proj ection d’un mélange de poudres comprenant de la poudre d’ acier 430L et de la poudre de carbure de titane. La poudre de carbure de titane a été proj etée sous forme de cermet, c’ est-à- dire comprenant des particules de carbure de titane insérées dans une matrice comportant du fer et du chrome pour former des agglomérats. La poudre de type cermet utilisée incorpore 70 % en masse de carbure de titane et 30 % en masse de FeCr par rapport à la masse totale du cermet.
De manière similaire à l ’ exemple 1 , une étape d’usinage a été réalisée afin de rectifier l ’ épaisseur obtenue après proj ection. Le revêtement obtenu après usinage a une épaisseur comprise entre 440 et 470 pm.
Des essais d’ endommagement thermique et de mesure d’ émission de particules au freinage ont permis de montrer l ’ absence de fissures et la réduction des émissions de particules.
Le disque de frein revêtu obtenu par la technique EHLA permet donc d’ obtenir d’ excellentes capacités obtenues en termes de résistance aux endommagements thermiques et en termes d’ émission de particules au freinage.

Claims

REVENDICATIONS
1. Disque de frein pour véhicule automobile comprenant au moins une surface externe (2a, 3 a) comportant un revêtement (6), le revêtement (6) comportant : une première couche (7) disposée au moins partiellement sur la surface externe (2a, 3 a), la première couche (7) comprenant un acier comportant une teneur en chrome comprise entre 10 et 20% en masse par rapport à la masse totale de T acier ; une deuxième couche (8) disposée sur la première couche (7), la deuxième couche (8) comprenant une matrice en acier comportant une teneur en chrome comprise entre 10 et 20% en masse par rapport à la masse totale de T acier, et une teneur comprise entre 15 et 40% en volume d’ au moins un carbure par rapport au volume total de la deuxième couche, le carbure étant choisi parmi les composés suivants : carbure de silicium, carbure de chrome, carbure de tungstène, carbure de niobium, carbure de titane ou un mélange de ceux-ci, de préférence choisi parmi le carbure de niobium, le carbure de titane ou un mélange de ceux-ci ; le revêtement (6) étant obtenu selon une technique de dépôt de matériaux par laser à très grande vitesse dite EHLA.
2. Disque de frein selon la revendication 1 , dans lequel T acier de la première couche (7) et/ou T acier de la deuxième couche (8) est un acier ferritique, de préférence un acier ferritique constitué d’une teneur en chrome comprise entre 16 et 18 % en masse, une teneur en silicium inférieure ou égale à 1 % en masse, une teneur en nickel inférieure ou égale à 0,6 % en masse, une teneur en manganèse inférieure ou égale à 1 % en masse, une teneur en carbone inférieure ou égale à 0,08 % en masse, une teneur en molybdène inférieure ou égale à 1 % en masse, une teneur en phosphore inférieure ou égale à 0,045 % en masse, une teneur en soufre inférieure ou égale à 0,03 % en masse, une teneur en titane inférieure ou égale à 0,01 % en masse, optionnellement d’ autres éléments d’ addition tel que du cuivre, du vanadium, du niobium, ou encore de T étain, le reste étant du fer ainsi que des impuretés inévitables.
3. Disque de frein selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la deuxième couche (8) comprend une teneur en carbure de titane comprise entre 15 et 25 % en volume, de préférence comprise entre 17 et 23 % en volume, de préférence encore comprise entre 19 et 21 % en volume, par rapport au volume total de la deuxième couche (8).
4. Disque de frein selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la deuxième couche (8) comprend une teneur en carbure de niobium comprise entre 25 et 35 % en volume, de préférence comprise entre 27 et 33 % en volume, de préférence encore comprise entre 29 et 3 1 % en volume, par rapport au volume total de la deuxième couche (8).
5. Disque de frein selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la deuxième couche (8) comporte un mélange de carbures, la teneur de chaque carbure du mélange de carbures étant comprise entre 5 et 20% en volume, de préférence entre 5 et 10% en volume, par rapport au volume total de la deuxième couche (8).
6. Disque de frein selon la revendication 5 , dans lequel la deuxième couche (8) comporte un mélange de carbure de niobium et de carbure de titane, la teneur en carbure de niobium étant comprise entre 5 et 20 % en volume, de préférence comprise entre 5 et 10% en volume par rapport au volume totale de la deuxième couche, et une teneur en carbure de titane comprise entre 5 et 20 % en volume, de préférence comprise entre 5 et 10 % en volume par rapport au volume total de la deuxième couche (8).
7. Disque de frein selon l ’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau du disque de frein ( 1 ) sur lequel le revêtement (6) est disposé est en fonte, de préférence en fonte à graphite lamellaire.
8. Disque de frein selon l ’une quelconque des revendications précédentes, comprenant des première et deuxième faces opposées (2, 3) comportant respectivement des première et deuxième surfaces externes (2a, 3 a), chacune des première et deuxième surfaces externes (2a, 3 a) comprenant une piste de friction (4, 5) destinée à coopérer avec une plaquette de frein, le revêtement (6) étant disposé au moins partiellement sur les pi stes de friction (4, 5), de préférence uniquement disposé sur les pistes de friction (4, 5).
9. Procédé de fabrication d’un disque de frein selon l ’une quelconque des revendications précédentes, comprenant la formation de la première couche (7) et de la deuxième couche (8) du revêtement (6) par une technique de dépôt de matériaux par laser à très grande vitesse dite EHLA.
10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, dans lequel l ’ étape de formation de la deuxième couche (8) du procédé de fabrication comprend l ’utilisation de cermets.
1 1 . Véhicule automobile comprenant au moins un disque de frein ( 1 ) selon l ’une quelconque des revendications 1 à 8.
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