FR2685012A1 - Organe coulissant. - Google Patents
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Abstract
Organe coulissant comprenant une couche de surface (4) présentant une surface coulissante (4a) destinée à glisser sur un organe d'accouplement (5), dans lequel la couche de surface (4) présente un cristal métallique appartenant à un système cubique avec un plan cristallin orienté vers la surface coulissante de façon à former la surface coulissante, et dans lequel le plan cristallin présente une densité atomique élevée. Application aux pistons de moteurs à combustion interne.
Description
Organe coulissant La présente invention concerne un organe coulissant, et
plus particulièrement, un organe coulissant comprenant une couche de surface présentant une surface coulissante
destinée à glisser sur un organe d'accouplement.
On connaît traditionnellement un organe coulissant de ce type un piston destiné à un moteur à combustion interne, qui présente des gorges formées sur un matériau de base qui est un alliage d'aluminium pour recevoir des segments de piston, dans lequel la gorge est pourvue d'une couche de surface constituée d'une couche de plaquage métallique sur une surface intérieure de la gorge, de façon à améliorer la résistance à l'usure de la gorge; un piston pour un moteur à combustion interne, qui est pourvu d'une couche de surface constituée d'une couche de plaquage métallique sur la surface extérieure d'une portion de jupe d'un matériau de base qui est un alliage à base d'aluminium, de façon à améliorer la résistance à l'usure de la partie de jupe; et un palier à glissement présentant une couche de surface constituée d'un alliage à base de plomb; et des
constructions analogues.
Toutefois, dans les situations o la vitesse de rotation et la puissance du moteur ont tendu à augmenter, la couche de surface des pistons susmentionnés souffre d'une résistance médiocre à l'usure en raison d'une dureté faible,
ainsi que d'une résistance propre faible.
Le palier à glissement susmentionné est susceptible d'être appliqué à une partie servant de palier de rotation d'un vilebrequin, à une extrémité agrandie d'une bielle ou analogue dans un moteur à combustion interne Toutefois dans les situations susmentionnées, la couche de surface des paliers à glissement de la technique antérieure souffre d'une insuffisance de la caractéristique de rétention d'huile et d'une résistance au grippage faible en raison
d'une adaptabilité initiale médiocre.
La présente invention a pour objet de proposer un organe coulissant du type décrit ci-dessus, dans lequel on peut obtenir une dureté élevée de la couche de surface en donnant une structure cristalline métallique spécifique à la couche de surface, et ainsi en augmentant la résistance à
l'usure et la résistance propre de la couche de surface.
Un autre objet de la présente invention est de proposer un organe coulissant du type décrit ci-dessus, dans lequel on peut obtenir une propriété suffisante de rétention de l'huile par la couche de surface et l'adaptabilité initiale de la couche de surface pouvant être améliorée en prévoyant une structure cristalline métallique spécifique pour la couche de surface, de manière à lui donner une résistance au
grippage augmentée.
Pour atteindre ces buts, selon la présente invention, on prévoit un organe coulissant, comprenant une couche de surface présentant une surface coulissante destinée à glisser sur un organe d'accouplement, dans lequel la couche de surface présente une structure de cristal métallique appartenant à un système cubique avec un plan cristallin orienté vers la surface coulissante de façon à former la surface coulissante, et dans lequel le plan cristallin
présente une densité atomique élevée.
Le plan cristallin est un plan d'enrobage fermé du cristal métallique et la proportion d'aire A du plan d'enrobage fermé pour la surface coulissante est fixée dans une plage A 2 30 % De plus, le cristal métallique présente une structure cubique à corps centré, et le plan cristallin est une surface de glissement secondaire La proportion d'aire B de la surface de glissement secondaire de la
surface coulissante est fixée dans une plage B 2 50 %.
En donnant une structure spécifique au cristal métallique comme susmentionné, on peut obtenir une dureté élevée de la couche de surface, dotant ainsi l'organe coulissant d'une résistance à l'usure et d'une résistance
propre meilleures.
De plus, selon la présente invention, on prévoit un organe coulissant comprenant une couche de surface présentant une surface coulissante destinée à glisser sur un organe d'accouplement, dans lequel la couche de surface est formée d'un agrégat de cristaux d'un alliage à base de plomb, l'agrégat présentant des premiers cristaux orientés par rapport à un plan (h OO) suivant les indices de Miller, vers la surface coulissante et des seconds cristaux orientés, avec des plans ( 111 et 222), suivant des indices de Miller, vers la surface coulissante En appliquant une diffractométrie aux rayons X à la couche de surface, o une résistance intégrée des premiers cristaux orientés est représentée par I(a) et o une résistance intégrée des seconds cristaux orientés est représentée par I(b), on respecte la relation suivante 0,6 < I(a)l SI(ab) < 1,0 dans laquelle on a EI(ab) = I(a) + I(b) et I(b) = O En donnant une structure spécifique au cristal métallique de la couche de surface comme susmentionné, on prévoit un organe coulissant doté d'une plus grande
résistance au grippage de la couche de surface.
Les objets, caractéristiques, et avantages de la présente invention, susmentionnés et d'autres, apparaîtront
clairement d'après la description suivante des modes de
réalisation préférés, en liaison avec les dessins d'accompagnement. La figure 1 est une vue de côté d'un piston; la figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 A est une vue en perspective représentant un plan d'enrobage fermé d'une structure cubique à corps centré; la figure 3 B est une vue en perspective représentant un plan d'enrobage fermé d'une structure cubique à corps centré; la figure 4 A la figure 4 B la figure 5 la figure 6 la figure 7 la figure 8 la figure 9 la figure 10 la figure 11 la figure 12 la figure 13 la figure 14 la figure 15 est une représentation destinée à expliquer l'inclinaison du plan d'enrobage fermé de la structure cubique à face centrée; est une représentation destinée à expliquer l'inclinaison du plan d'enrobage fermé de la structure cubique à corps centré; est un modèle de diffraction aux rayons X pour un cristal de Fe d'une couche de surface; est une micrographie représentant une structure du cristal de Fe d'une surface coulissante; est un modèle de diffraction aux rayons X pour un cristal de Cr d'une couche de surface; est un modèle de diffraction aux rayons X pour un cristal de Ni d'une couche de surface; est une micrographie représentant une structure de cristal de Ni d'une surface coulissante; est un graphique représentant la relation entre la proportion d'aire A d'un plan d'enrobage fermé d'une surface coulissante et la dureté d'une couche de surface; est un graphique représentant la relation entre la proportion d'aire A d'un plan d'enrobage fermé d'une surface coulissante et la valeur d'usure de la couche de surface; est une vue de côté d'un piston; est une vue en coupe à plus grande échelle suivant la ligne 13- 13 de la figure 12; est une vue en perspective représentant une surface de glissement secondaire d'une structure cubique à corps centré; est une représentation destinée à expliquer l'inclinaison d'une surface de glissement secondaire d'une structure cubique à corps centré; la figure 16 la figure 17 la figure 18 A la figure 18 B la figure 1 9 A 1 5 la figure 19 B la figure 20 la figure 21 la figure 22 la figuro 23 la figure 24 la figure 25 cst un modèle de diffraction aux rayons X pour un cristal de Fe d'une couche dè surface; est une micrographie représentant une structure de cristal de Fe d'une surface coulissante; est un graphique représentant la dureté des couches de surface selon un mode de réalisation et selon un exemple de comparaisort cst un graphique représontant la valeur d'usure des oouches de surface selon un mode dc r 6 alisation de lt'invent 3 on st sllon un exemple de comparaison: est un graphiqcue représentant la densité de fissures des couches de surface selon un mode dc réalisation de l'invention, selon un exemple do comparaison et selon un exemple de référence; est un graphique représentant la résistance des couches de surface selon un mode de réalisation de cette invention et selon un exemp J e de comparaison; est une vue en plan d'une pièce test; est un modèle de diffraction aux rayons x pour un cristal de Fe d'une couche de surface daims un autre mode de réalisation de cette invention; est une micirographie rep= 6 rsentant une b Lructure du cristal dc Fo de la surface coulissante d'un autre mode de réalisation de coette invention; est une vue on plan &rclate d'un palier à glissement; anst: une vue en coupe à plus grande échelle suivant la ligne 24-24 de la figure 23; est une vrue schématique d'une partie essentielle de la surface coulissante; la figure 26 la figure 27 S la figure 28 la figure 29 la figure 30 la figure 31 la figure 32 la figure 33 est une vue en coupe longitudinale schématique d'une partie essentielle de la ouuchi E de surface; out uno représentation visant à expliquer la mesure de l'angle d'incl lnaison des premiers cristaux orientés; est un modèle de diffraction aux rayons X pour un cristal d'alliage de Pb dans une couche de surface; est uno micrographie représentant une structure du cristal d'alliage de Pb de la surface coulissante; est une moicrographie représentant une structure du cristal d'alliage dc Pb, Delon une coupe longitudinale de lae couche de surface; es.t une micrographie représentant une structure du cristal d'alliage de Pb dans une autre surface coulissante; est un graphique représentant la relation entre un taux de présence Rl des premiers cristaux orientés et la pression de surface de la couche de surface lorsque le grippage se produit; est un graphique représentant la relation entre un tauc de pr 6 sence R 2 don troisièmes cristaux oriontés et la pression de surface d R la couche de surfanr lorsque le grippage se produit Les figures 1 à Il représentent un premier mode de
r 6 alisation de la présente invention.
En se référant aux figures 1 et 2, un piston 1 servant d'organe coulissant pour un moteur à combustion interne présente un matériau de base 2 en alliage A base d'aluminium, qui présente des gorges 3 destinêes a loger des segments de piston 5, Unc couche dc surfaoc 4 est prévue sur
uno surface intérieure de la gorg_ 3 du matériau de base 2.
La couche de surface 4 présente une surface coulissante 4 a en contact avec le segment die piston S servant d'organe
d ' accoupl ement.
La couche de surface 4 est formée par un processus de plaquage électri que et comprend un agrêgat de cristaux mé:alliques appartenant & un système cubique Une structigre cubique & face cent-rée (qui est appelée ci-dessous structure foc) et une structure cubique à corps centré (qui est appelée ci-dessous structure bcc) sont incluses dans le
système cubique.
Les cristaux métalliques présentant une structure fcc sont représentés, par ewemple, par des cristaux Pb, Ni, Ou, A 1, Ag, Au, et analogue Les cristaux métalliques présentant une structure bco sont représentés, par exemple, par des
cristaux Fe, Cr, Mo, W, Ta, Zr, Nb, V et analogue.
Comme représenté sur Ja figure 3 A, un plan d'enrobage fermé ai, dclans la structure fcc 81 est un plan ( 111) (selon les indices de Miller) comprenant six atomes Un plan d'enrobage ferm a, cl dans la structure byo 52 est un plan ( 110) (selon les indices de Miller) comprenant cinq atomes, comme représenté sur la figure 3 B. Des cristaux prédéterminés du cristal métallique présentent le plan d'enrobage fermé al, comme une surface cristallline à densité atomique élevée, orientée vers une surface coulissante 4 a de façuoi & former la surfaco coulissante 4 a * La proportion d'alre A du plan d'enrobage formé al de la surfa ce coulissante 4 a est fixée dans une
plage de A > 30 %.
Etant donné que le plan d'enrobage fermé al est de densité atomique supérieure aux autres surfaces cristallines, on peut obtenir une dureté élevée pou la surface coulissante 4 a, à savoir la couche de surface 4 en dclonnant une spécificité à la proportion d' aire A comme décrit ci-dessus Ceci conduit à améliorer la résistance à l'usure Lorsque la proportion d'aire A est inférieure à
%, la dureté de la couche de surface 4 diminue.
L'linclinaison du plan d'enrobage erm Ié al vers un plan imaginaire s'éuendant sur la surface couldsoante 4 a affecte
la résistance à 1 'uouro do la coucho do surface 4.
L'angle d'inclinaison O du plan d'enrobage fermé al de la structure fcc 51 par rapport au plan imaginaire C est fixée dans une plage de O S O 20 comme représenté sur la figure 4 A L'angle d'inclinaison O du plan d'enrobage fermé al de la structure bec 52 par rapport à un plan imaginaire C est fixé dans une plage de O S O S 20 comme représenté sur la figure 4 a Lorsque l'angle d'inclinaison O dcevient supérieur ê'30 , la résistance & l'usure de la couche de
surface se détériore.
On décrit ci-desous des exemples dcn modes de
réalisation préférés.
La surfaoe interne du renfoncement annulaire 3 du matériau de base 2 en alliage Al est soumise à un processus de plaquage électrique de façon & former lla couche de surface 4 constituée d'un agrégat de cristaux de Fe, Les conditions nécessaires au processus de plaquage électrique ont été les suivantes z le bain de plaquage utilisé est un bain de sulfate ferreux; le p H du bain de plaquage est égal à 3 ou inférieur (constant); on a utilisé un additif comme du carbamide, die l'acide borique, de la saccharine ou du sulfate d'anunoziumx; la température du bain est de 50 C; et la densité effectivo du courant de cathode
est de GA/dm 2.
La figure 5 cst un diagramme de diffraction aux rayons X pour das cristaux de Fe de la couche de surface 4, dans lequel un pic; bi indique un plan ( 110) comme plan d'enrobage fermé al, et un 'pic b 2 indique un plan ( 211), On peut voir sur la figure 5 qu'il existe dans la couche de surface 4 des cristaux Fe qui sont orientés de sorte que le plan d'enrobage fermé al se situe dans un plan parallèle au plan
imaginaire C s'étendant sur la surface coulissante 4 a.
Dans ce cas, plus la hauteur du pic bl est élo VéCr et donc plus élevée est la r 6 éistance int 6 grée, plus le degré d'orieu Lation des cristauz de Fe augementse Ceci aboutit & Qafnl$ 9 ul t' S V Afods Q aoe;Zns ap eqonoo VT nod 9 tyslinp ep Oq; un,p 5 lt 151 ses x z uescdaa on S-; Oe Ooz 5; S 5 ôo OP a 6 r Id aun suep s Tydwoo sc uoe Iw gwre e 5 eqoxus,p uweid np uos Te UT'Coutp sz Dbep Sl 'TLN Qp xnf Wsfao op le z) ep xnels T Co ap 'a i Gp xnf;svc D Gp U 9 ns Ifsua OO c e A Tfoeadse Do D;ans Op qolnon> el sune -6 eann Tj MT ans S ( 000 S o P eussypuzfl R>) onbyuo o e; 9 Tq 4 =d So r 01 un a Id oc Sg U 591 du 4 Se e Iuess Ttino D op;ojne v o P r N Dp Mnrl Tr Z s Gp eanlonfxs ul -% 9 olBq 9 S p O;uessr Tenoo ntw;ns t ep -t 9 wzae; o 6 etcou, p suied 53 p V A e-ç,p 1 uo 0:odoad e I 'seo oo su Gna ' ( O o Z) urd un en Sb-çp Tr kq O Td un i te eul:a; oaiuqoue,p uid Qwtuoo ( 1 tt C) u Ild un inbîpu T úq Dc Td Un tanbe SZ sut P N O sp'9 aoen O Lonoo Wt op 1 H OP xnt S To Sl anod X suox R xnn uo O FO 2 u;;p OP e Ui Uea e Tp un;sa 8 Gan ZT 3 V % 59 v a Tet'9 wse WL &uess T Tno D e SD 2 Zt C Is e T a P Ie uw=aaj e)iqosueap ue Td np Y Q Xj 12 p u OT 4 ctodoad -e seo eo O S Ucg ' (t EZ) uvtd un enblpur gq o Td C un l 'WI 9 U 11 f OZ eoeqoaue 1 p ue-d tmuoo (Or I) uldc un onb Tpu Iq:c T un Tanbtl Suep ' e Doujans ep e 4 onoo 1 GT OP Op xn K Ts TW o s T xnod x suo Zua xne uoooea;Fp ep ewmea 6 e Tp un tst ea Jn 6 T; @ 1 Àçuvw aguipw St T op Z oswq Dp xnagi 9 e Wm sop sa;ne,r aip E e 6 aob e 1 ep 6 an O arq us eoeyjns e ans egwao 4 ST se FN op xn Gse O X; SP opgn T 4 suoo aoe;jans aip eqonoo Qu t ap xnel ST f ap igçnq;stuoo p eoejans op Qaq 1 nf OD aurl a ew O aj v uo'e; op anb oq;D Oe 9 afenbe Td p apsnsioxd un es$Wnos qsa Z eseq cp xnu I:EW ts-ap unp E 00 e:O WT çP eone Tzg 9 u T De;jtts w'1 esicj ep xne T 92 ew ep snop oa:c 19 ad u O O j 9 Vsn Bç I ans ( 000 S i P tu Oesîpu; i Be) onbyuoczoî 9 l oçqdn xf 5 o 030aun:wd: o urosa adaa q$O -GD O 'uessln T Oc OCQ;cns t 1 nn n I np aut'TT Teq T z oin Ion xn; 'tq <(% Oc i) %t O C v a Teç 's eb eiuess-nnoo Q Oe,3 lns PT s P i ge awz Oaj O e 6 tqouo,D Uttd np v etrelp UO Trscd Oad e T 'q e Dzrnb; 21 an S *Dt;ova abwnbe Td op snssesoacl np 84249 se 4 u 2;t 2 A ua 9 pue GUI Wo O 4 qa u Of Ieq;upao 1 p 9 '6 P e U 'k> a GU'ss Tilnoo aoeyjns e T:nocld exan Tadns 1 t 9 u$; a B Ieqonus 1 p uts-d nip y eaa- çep uo Taztodtozd *un
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moins (constant); on a utilisé un additif tel que du carbamido, de l'acide borique, de la saccharine ou ldu sulfate d'ammonium; Ja température du bain de plaquage est de 60 C; et la densité effective du courant de cathode est de 8 A/dm 2. La figure 16 est un diagramme de diffraction aux rayons X pour les cristaux de Fe de la couche de surface 4, dans lequel un pic bl indique un plan ( 110) comme plan d'enrobage fermé al, et un pic b 2 indique un plan ( 211) comme plan de glissement secondaire a 2 On peut voir sur la rigure 16 que les cristaux de Fe sont presents dans la couche de surfaeo 4 en étant orientés de sorte que le plan de glissement secondaire a 2 est situé dans un plan parallèle au plan imaginaire C s'étendant le long de la surface' coulissante
4 a.
Dans ce eas, plus la hauteur du pic b 2 est élev 6 e et donc la résistance intégrée élevée, plus le degré d'orientation du cristal Fe augmezi Le ceci aboutit & uno proportion d'aire B supérieure pour les plans de glissomont secondaires a 2 de la surfaue coulissante 4 a Lo dogré d'orientation est command en variant les conditions du processus de plaquage électrique Sur la figure 16 la proportion d'aire B des plans de glissement socondaires a 2 de la surface coulissuante 4 a est égale à 98 % (B 98 %) La Zb structure du cristal Fe de la surface coulissante 4 a est représentée par une micrographie électronique (agrandissemrent de 5 000) sur la figture 17 L'angle d'inclinaison O du plan de gliesement seacondaire a 2 est
comppria dans la plage de 04 5 8 200.
La úiuze 18 A repré 6 senta une comparai son des dueretés, entre des couches de surfaco du mode de réa t sation et c Glles d'un exemple de comparaison La figure 18 S représente une cuiipa La Lson des valcuro d'usure entre J Ae ouches de urr Lac:e du mode dc réalisation et cel 3 N d'un exemple de comparaison La oouche de surface du mode de réalisation pr 6 sente j 1 a urface coulissante dans laquelle la proportion d'airc B dee plana de g 14 s Aement secondaires a 2 est égale & T rbt a xn Iontus ew*w e T ep ?za;sa F çQd aun pzoqc,p nzuo; V aws Tsuco Tnb snssaoozd el aed snua;qo Se e TT Tne ap suro; snos 8 zeq-we Vs 1-3 Td e;D' u'mi O ep lnoesa Td 9,T sc
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couche de surface 4 en soumettant au processus de plaquage électrique une plaque inoxydable de la même dimension que la pièce & tester, et en séparant la pièce A tester 8 de la plaque inoxydable La vitesse de traction est de 20 mm/minute & la température ambiante. Comme il apparaît sur les figures 19 A et 19 Br, la couche de surface du mode de réalisation présente une valeur extrêmement faible de densité de fissures comme la couche de surface de l'exemple de comparaison Toutefois, la couche desurface du nmode de réalisation est de résistance supérieure à celle de l'texemple de comparaison La supériorité cde résistance est causée non seulement par la faible densité de
fissures mais aussi par la duret Lé élevée.
on doit noter d'après la figure 19 A que la densité de lb fissures devilent supérieure dans la couche de surfaco do l'exemple de référence en raison de l'augmentation du dogr 6
d'orientation du plan ( 110).
La figure 21 est un diagramme de diffraction aux rayons X pour des cristaux de Fe de la couche dc ourface 4, dans lequel un pelu bl indique un plan ( 110) comme plan d'enrobage fermé al, e U un pic b 2 indique un plan ( 211) comme plan de glissement secondaire a 2 Dans ce cas, la proportion d'aire B des plans de glissement scoondaires a 2 de la surface coulissante 4 a est égale à 53 % (B r 53 %) La structure dclil cristal de Fe de la surface oculicsante 4 a est repre nt n par une micrographie 6 électronique (agrand ssement A 5 O 00) sur la figure 22 L'angle d'inclinaison O du plan de glissement secondaire a 2 ost oompris dans la pl age de
0 O C c 200.
On doit noter quc la technologie du sncond mode de rêalisation n'cet pao limitée au piston d orit ci-dessus, mais est auoni susceptible d'être appliquée à d'autres organes ooulissanta tels qu'uni sou Dape d'admission ou d'6 échappoment d'un moteur S nombustion interne pourvu d'une coucho de surface sur sa partie de queue, une tige de culbuteur pour un moteur & combustion interne pourvue d'une couche de surface sur la partie & supporter, et un arbre & came pour un moteur à combustion interne pourvu d'une couche
de surface sur une partie servant de pa Jier.
Les tigures 23 & 33 représentent un troisième mode de
réalisat Lon de la présente invention.
En se référant aux flgurer 23 et 24, un palier à glissement 9 en tant qu'orqane coulissant est susceptible de s'appliquer à une partie servant de palier d'un vilebrequin d'un moteur, à une extrémité agrandie d'une bielle ou analogue, et est constitué d'une première moitié 91 et d'une seconde moitié 92 Les moitiés 91 et 52 ont la même configuration et chacune comprend: une base 10; et une coucle dc surface 4 formée sur une surface do la oouche de revêtement 11 et présontant une surfacs couli ssante 4 a en contact avnoc un organe d'accouplement 12 De façon optionnelle, une couche de dépôt Cu peut être prévue entre la base 10 et la couche de revêtement 11, et une couche barrière de dépôt Ni peut être prévue entre la couche de
revêtemeont 11 et la couche de surface 4.
La base 10 est formée d'une plaque d'acier laminé.
L'épaisseur de la base 10 dépend de l'épaisseur détermin 6 c pour le palier à glisscmont 9 La couche de revêtement Il est formne de cuivre, d'alliage à base de cuivre, d'alumin Jum, d'alliage & base d'aluminium etc L'épaisseur de la couche de revêtement I est comprise entre 50 et 500 gm et est normalement de l'ordre de 300 gm La couche de surface 4 est formée par un agrégat de cristaux d'al liage de Pb.4 L'épaisseur de la couche de surface 4 est f ixée dans une plage comprise entre b S 50 pm et est normalement de l'ordre de 20 m n L'alliagce do Pb formant la couche de surface 4 contient 90 %' en ponds de Pb et 3 a 20 % en poids de Sn Si nécessaire, l'alliage de Pb peut contenir au plus 10 t en poids d'au moins un élément sélectionné dans le groupe formé
de Cu, In, Ag, TI, Nb, Sb, Ni, Cd, Te, Bi, Mn, Ca, et Ba.
Cu, Ni, et Mn ont pour rôle d'augmenter la dureté de la couche de surface 4 Toutefois, lorsque la teneur en Cu, Ni e L/OU Mn I dépasse 10 % en poids, la couche de surface obtenue présente une duret 6 excessivement élev 6 e, ce qui entraine une réduction de l'adaptabilité initiale Lorsque du Cu ou arnalogue est ajouté, il cot souhaitable de contr 8 ler la teneur en Cu dre façon que la dureté Hmv de la couche de surface 4 obtenue soit comprise dans la plage allant de 15 & 25. In, Ag, '21, Nb, Sb, Cd, Te, Bi, Ca et Ba ont chacun pour rôle d'assouplir la couche de surface 4 pour améliorer l'adaptabilité initiale Toutefois, lorsque la tenour de oes éelments dépasse 10 % on poids, la couche de surface 4 obtenue présonte une résistance réduite Lorsque du In ou analogue est ajouté, il est souhaitable de contrôler la teneur en In de sorte que la dureté Hmv de la couche de surface 4 obtenue soit comprise dans la plage allant de 8 à 15. La uouche% de surface 4 cst formée par un processus lde plaquage électrique, dans lequel la solution utlisée est une solution de plaquage à base de fluorure de bore contenant 40 à 180 g/ litre de Pb 24, 1,5 A 35 g/litre 'de Sn 2 +, et optionnellement au plus 15 g/litre de Cu 2 + conjointement avec un additif ladditif qui peut être utilisé comprend au moins un additif organique séleotionné dans le groupe des compoc 6 ô a base de quinone tels que l'hydroquinonc, le pyrocatéchine, etc, des composés à base d'acide aminé tels que la gélatine, un peptide, etc, et des aldéhydes tels que le benzaldéhyde, la vanilline La teneur ajoutée des additifs organiques est fixée dans la plage comprise entre 1,5 et 18 g/litre au totai De façon optionnelle, de l'acide de fluorure de bore et/ou de l'acide botiqpe peut être ajouté à la solution de plaquage pour
contrôler la résistance électrique durant la mise en action.
La température de la solution de plaquage est fixée dans une
plage de 5 à 15 A/dm 2.
La couche de surface 4 présente des premiers cristaux orientés avec un plan (h OO) de densiué atomique élev 6 o orientés vers la surface coulisoante 4 a de façon à former la surface ooulissante 4 a Les premiers cristaux orientés ont pour fonction d'améliorer la caractéristique de coulissement de la couche de surface 4 La couche de surface 4 peut présenter, en plus de premiers cristaux, des zoconds oristaux orientés avec des plant ( 111) et ( 222) orientés vers la surface coulissante. Dans les cristaux d'alliage de Pb, le plan (h OO) et le plan ( 113) comprenant ( 222) sont liés de sorte que, lorsque l'un des plans (h OO) et ( 111) augmente, l'autre des plans diminue En conséquence, à l'exuep Lion d'une couche de sur Save 4 constituée sculomont des premiers cristaux, les premiers cristaux doivent être considérés en corrélation
avec les seconds cristaux.
Compte tenu de ce qui précède, le taux des premiers cristaux cdans la couche de surface 4 est fixé de la manière suivante: Lorsque la résistance int 6 grée des premiorn cristaux avec le plan (h OO) orienté vers la surface coulissante 4 a est représen:tée par 1 (a), et que la résistance intégrée des seconds cristaux avec les plans ( 111) et ( 222) orientés vers la surface coulissante 4 a est représentée par I (b), dans l'application d'une diffractométrie aux rayons X & la couche de surface 4, l'équation suivante est établie 0 i 6 5 I (a)/ f I (ab)} 1,0 dans Jaquelle on a ZI(ab) I(a) 4 I(b) et I 1 (b) = O; 1 (a) / Z:I(ab) représente le taux de présence RI des premiers cristaux. Comme représenté sur les figures 25 et 26, les premiers cristaux orientés 131 avec le plan (h OO) orienté vers la surface coulissante est un cristal en forme de basaltc s'étendant de la couche de rovôtcmont 11 présentant une extr 6 mit 6 de tête 14 en forme de pyramide quadrangulaire
pour former la surface coulissante 4 a.
Si le taux de présence R 1 des premiers cristaux orientés 131 est fixé de la manière susmentionnée, les sommets 14 a des extrémités 14 sont amenés & être de préférence usés de façoni a úournir une adaptabilité initiaja aitéliorée ci la c:ouche de surface 4 De plus, l'aire de surface de la surtace Coulissante 4 a peut e Lre agrandie par les extrémités 14, de sorte que la couche de surface 4
présente une carac*rls Liquu de retenue d'huilc suffisante.
Ceci pe Lrmiet de renforcer la r 6 o$itance au grippage de la couche de surface 4. Du fait que Ies premiers cristaux 131 présentent une structure cubique à face nentrée en raison de l'orientation du plan (h OO), la densité atomique augmente dans la dlrection de l'orientation Ceci donne à la couche de surface 4 un dureté et une caractéristique de retenue d'huile élevées, améliorant ainsi la résistance à l'usure de la couche de surface Sur les figures 2 $ et 26, la référence numérique 132 représente des seconds cristaux orientés qui
sont granulaires.
En vue de prévoir une caractéristique de coulissement excellente comme décrit ci-dessus, l'inclinaison des
premiers cristaux orientés doit être prise en considération.
En se référant à la figure 27, si un plan imaginaire C s'étendant le long de la surface coulissante 4 a est d 6 fini sur le côté de la surtace de base de 'extrémité de tête 14 en forme de pyramide quadrangulaire, et si un angle d'inclinaison défini par une ligne droito e passant par le sommut 14 ê de la tête 14 et de la partia centrale 4 b de la surface de base et par une ligne de référene f s'étendant perpendcliculairomont au plan imaginair C en traversant la partie centrale 14 b est défini comme étant 0, l'angle d'inclinaison Odes premiers cristaux orientés 131 est fixé dans la plage' de O -S O 5 30 Lorsque l'angle d'inclinaison devient supérieur à 30 ( > 30 ), la caractéristique de retenue d'huile de la couche de surface 4 et l'usure préférentielle des sommets 14 a sont réduites de manière à détériorer la résistance au grippage et la résistance à
l'usure de la couche de surface 4.
On décrira ci-dessous un mode de réalisation & titre
d'exemple.
La couche de revêtement 3 d'un alliage Cu est soumise a un processus de plaquage électrique pour former une couche do surface 4 constituée d'un agr 4 gat de cristaux d'alliage
dco Pb.
Les conditions du processus de plaquage électrique ont été les suivantes: la solution de plaquage est une solution de fluoruro de bore contenant 100 g/litre de Pb 2 +t 10 g/litre de Sn 24 et 3 g/litre de Cu 24; 1 'additif est un additif organique; la température de ia solution de plaquage
est de 25 C; et la densité de courant est de 8 A/dm 2.
La figure 28 est un diagramme de diffraction aux rayons X pour les pristaux de Pb de la couche de surface 4, dans lequel un pic b 4 indique un plan ( 200) et un pic b 5 indique un plan ( 400) Les deux plans ( 200) et ( 400) appartiennent au plan (h OO) On confirme d'aprês la figure 28 que la couche de surface 4 est constituée seulement des cristaux lb 131 Dans ce cas, la résistance int 6 grée totale TI(ab) est égale à 679 996 (ZI (ab) 679 906), dans 1 'hypothèse que l(b O L O a veleut est égale à la r 6 sî Ptance intgrée 1 (a) des premicro cristaux orientés 132 Ainsi le taux de pré 6 enoc RI dos premiers arist:aux orientés 13 j est égale à 1,R O <l 1,0} La figure 29 est une micrographie électronique (agrandissemant à 10 000) représentant la structure de cristal d'alliage de Pb de la surface coulissante 4 a La figure 30 est une micrographie électronique (agrandissement à 5 000) représentant une structure d'alliage de Pb en coupe longitudinale de la couche de surface 4 On peut voir d'après les figures 29 et 30 que la couche de surface 4 est constituée des premiers cristaux orientés 131 & savoir les cristaux en forme de basalte et que la surface coulissante 4 a est formée d'extrémités de têtes 14 en forme de pyramice quadrangulaire L'angle cd'inclinaison Odes premiers cristaux
orientés 131 est compris dans la plage dc O " ú O 10 .
L'alliage Pb contient 8 % en poids Ce Sn et 2 % en poids dc Cu. La figure 31 est une moicrographie électronique (agrandissemenit & 10 000) roprésentant la structure de
cristal cld'alliage dc Pb d'une autre surface coulissante 4 a.
On observe des seconds cristaux orientés 132 de cristaux granulaires sur 3 la figure 31 en plus des extrémités de têtes 14. Sur la figure 31, la résistance intégrée I(a) des S premiers cristaux orientés 131 est égale à 37,172 (I(a) = 37, 172) et a r Asistance intégrée 1 (b) des seconds cristaux orientés 132 est égale & 24, 781 ((b) = 24, 781) Le taux de présence donc R 1 des premiers cristaux orientés 132 devient 0,6 (R 1 0, 6) L'angle d'inclinaison edes premiers oristaux crientéas 31 est compris dans la plage de
0 Q S e 10 -
La figurc 32 représente la relation existant entre la pré 6 ence R 1 des premiers cristaux orientés 131 et la pressivox L de surface lorsque le grippage se pr Doduit pour la oouche de surface 4 des divero paliers à glissement 9 Sur la figure 32, la 1 lne gl repr 6 sontoe la relation dans Je cas ca l'angle d'iúnlinaú$on O des premiers cristaux orientés 131 est uclxmpris dans la plage de O t S OS 30 La ligne gz représente 1 a relation exis Lant dans le cao o l'angle d'inclinaisu L O des premiers cristaux orientés 13 est situé
dans la plage O " S O S 30 .
Le test de grippage est effectué ea portant chacun dos paliers e glissement 9 en contact de coulissement avec l'arbre de rotation et progressivement en augmentant la
charge appliquée sur les paliers a glissement 9.
Les conditions de test sont les suivantes: le maté 6 riau de l'arbre de rotation est un matériau nitruré JIS 548 C;, la vitesse de rotation de l'arbre de rotation est de 6 000 t/min; la température d'alimentation en huile a été de 1200 C; 3 a pression d'alimentation en huile a été de 3
kg/cm 2; et la charge appliquée a été de 1 kg/seconde.
Comme il apparalt sur la figure 32, la résistance au grippage de la couche de surface 4 peut être améliorée en fixant le taux de présence R 1 des premiers cristaux orientés 131 à un niveau éga 3 ou supérieur & 0,6 (RI 0, O 6) La plage préférentielle du taux de présence RI des premiers cristaux orientés 131 est de 0,8 S RI S l,0 On doit noter 'que la meilleure r 6 déstance au qrippaga est: obtenue lorsque R 1 1,0. Dans la couche de surface 4, les troisièmes cristaux orientés à savoir les cristaux métalliques de Pb avec une face cristalline autre que les plans (h OO), ( 111),et ( 222) orientés vers la surfa c A coulissante, peuvent être précipités dans certains cas La face comprend les plans ( 220), ( 311), ( 331) et ( 420) Les troisièmes cristaux orientés affectent la résistance au grippage de la coucne de surface, et par cons 6 qucnt il est N 6 acoo:aire de supprimer la
présence des troisièmes cristaux orientés.
Au v U de ce problème, le taux de présence des troisièmes cristaux orientés de la couche de surface est fixé de la manière suivante: Lorsque la résistance inté 6 grée des premi ers cristalw orient S avec le plan (h OO) orienté vers la surface coulissante 4 a est représentée par I 1 (a), lla résistance intgréCo des deuxièmes cristaux orientés avec les plans ( 111) et ( 222) orientés vers la surface coultssante 4 e est représentée par 1 (b), ot lorsque la r 6 =istan -& intégrée des troisièmes cristaux orientés avec les plans autres que (h OO), ( 111) et ( 222) orientés vers la surface coulissante 4 a est représentée par 1 (c), dans l 'application de la diffractométrie aux rayons x vers la couclhe de surface 4, l'équation suivante oct sati faite: I(c)/ ZI(abc) 0,2 dclans laquelle on a I (abc) = I(a) + I(b} + I(o); I 1 (b) O; et I(c) / ZI(abc} représente le taux de présence
R 2 des troisièmes cristaux orientés.
La figuro 33 représente la relation entre le taux de présence R 2 des troisièmes cristaux orientés et la pression de surface au moment du grippage pour les couches de surface 4 des divers supports 9 Sur la figure 33, la ligne hl représente la relation danr le cas o le taux do présenoe Rl dos premiers cristaux orientis est égale à 1,0 (R O 1,0) ainsi I(b) O et la couche de surface 4 est constituée des premiers cristaux orientés et des troisièmes cristaux orientés La ligne h 2 représente la relation dans le cas o le taux de présence Ri des premiers cristaux orientés est égale à 0,8 (Ri = 0,8) et la couche de surface 4 est constituée des premiers cristaux orientés, deuxièmes cristaux orientés et des troisièmes cristaux orientés Le test de grippage est effectué de la même manière et dans les
mêmes conditions que ceux décrits ci-dessus.
Comme il apparaît sur la figure 33, la résistance au grippage peut être améliorée en fixant le taux de présence R 2 des troisièmes cristaux orientés à un niveau égal ou inférieur à 0,2 (R 2 0,2) Le taux de présence R 2 des troisièmes cristaux orientés est de préférence fixé dans la limite de R 2 < 0,1 On doit noter que R 2 = O correspond au cas o les troisièmes cristaux orientés n'existent pas dans
la couche de surface 4.
L'état optimum de la couche de surface 4 est obtenu lorsque l'angle d'inclinaison Odes premiers cristaux orientés est compris dans la plage de O o c O < 100 et lorsque le taux de présence R' des premiers cristaux orientés est une valeur déterminée par l'équation suivante R 3 = I(a)/ ZI(abc) 0,8 On doit noter que le troisième mode de réalisation de la présente invention est aussi applicable à des organes coulissants autres que le palier à glissement ayant été
décrit.
Claims (6)
1 Organe coulissant comprenant une couche de surface ( 4) présentant une surface coulissante ( 4 a) destinée à glisser sur un organe d'accouplement ( 5), dans lequel la couche de surface ( 4) présente un 5 cristal métallique appartenant à un système cubique avec un plan cristallin orienté vers la surface coulissante ( 4 a)de façon à former la surface coulissante, et dans lequel le plan cristallin présente une densité atomique élevée.10 2 Organe coulissant selon la revendication 1, dans lequel ledit plan cristallin est un plan d'enrobage fermé de cristal métallique, et dans lequel la proportion de l'aire du plan d'enrobage fermé de la surface coulissante ( 4 a) est fixée à 30 % ou plus.15 3 Organe coulissant selon la revendication 1, dans lequel ledit cristal métallique présente une
structure cubique à corps centré, ladite surface cristalline étant une surface de glissement secondaire du cristal métallique, et la proportion d'aire de la20 surface de glissement secondaire étant fixée à 50 % ou plus.
4 Organe coulissant selon la revendication 1, dans lequel ladite couche de surface ( 4) est formée d'un agrégat de cristaux d'un alliage de Pb, l'agrégat25 présentant des premiers cristaux orientés avec un plan (h OO) selon les indices de Miller orienté vers la surface coulissante et des seconds cristaux orientés avec des plans ( 111) et ( 222) selon les indices de Miller orientés vers la surface coulissante, la surface cristalline étant le plan (h OO); et en appliquant une diffractométrie aux rayons X à la couche de surface, lorsqu'une résistance intégrée des premiers cristaux orientés est représentée par I(a) et qu'une résistance intégrée des seconds cristaux5 orientés est représentée par I(b), l'expression suivante est respectée: 0,6 < I(a)/ úI(ab) < 1,0 dans laquelle on a e I(ab) = I(a) + I(b) et I(b) = 5 Organe coulissant selon la revendication 1, dans lequel ladite couche de surface ( 4) est formée d'un agrégat de cristaux d'alliage de Pb, l'agrégat présentant des premiers cristaux orientés avec un plan (h OO) selon les indices de Miller orienté vers la surface coulissante, des seconds cristaux orientés avec des plans ( 111) et ( 222) selon les indices de Miller orientés vers la surface coulissante, et des troisièmes cristaux orientés avec des plans autres que les plans (h OO) ( 111) et ( 222) selon les indices de Miller orientés vers la surface coulissante, la surface cristalline étant le plan (h OO); et en appliquant une diffractométrie aux rayons X à la couche de surface, lorsqu'une résistance intégrée des premiers cristaux orientés est représentée par I(a) et qu'une résistance intégrée des seconds cristaux orientés est représentée par I(b), et qu'une résistance intégrée des troisièmes cristaux orientés est représentée par I(c), l'expression suivante est respectée:
30 I(c)/ I(abc) < 0,2 dans laquelle on a I(abc) = I(a) + I(b) + I(c) et I(b) = O 6 Organe coulissant comprenant une couche de surface ( 4) présentant une surface coulissante ( 4 a) pour glisser sur un organe d'accouplement ( 5), dans lequel la couche de surface présente un cristal métallique appartenant au système cubique avec un plan d'enrobage fermé orienté vers la surface coulissante de façon à former la surface coulissante, et dans lequel une proportion d'aire du plan d'enrobage fermé de la
surface coulissante ( 4 a) est fixée à 30 % ou plus.
7 Organe coulissant comprenant une couche de surface ( 4) présentant une surface coulissante ( 4 a) pour glisser sur un organe d'accouplement ( 5), dans lequel la couche de surface présente un cristal métallique présentant une structure cubique à corps centré avec une surface de glissement secondaire orientée vers la surface de glissement de façon à former la surface de glissement, et une proportion d'aire de la surface de glissement secondaire étant
fixée à 50 % ou plus.
8 Organe coulissant comprenant une couche de surface ( 4) présentant une surface coulissante ( 4 a) pour glisser sur un organe d'accouplement ( 5), dans lequel la couche de surface est formée d'un agrégat de cristaux d'un alliage de Pb, et en appliquant une diffractométrie aux rayons X à la couche de surface, lorsque I(a) représente une résistance intégrée des premiers cristaux orientés avec un plan (HOO) selon les indices de Miller orientés vers la surface coulissante, et lorsque I(b) représente une résistance intégrée des seconds cristaux orientés avec des plans ( 111) et ( 222) selon les indices de Miller orientés vers la surface coulissante, l'expression suivante est respectée 0,6 I(a)/ ZI(ab) < 1,0 dans laquelle on a:I(ab) = I(a) + I(b) et I(b) = O 9 Organe coulissant comprenant une couche de surface ( 4) présentant une surface coulissante ( 4 a) pour glisser sur un organe d'accouplement ( 5), dans lequel la couche de surface est formée d'un agrégat de cristaux d'un alliage de Pb, et en appliquant une diffractométrie aux rayons X à la couche de surface, 5 lorsque I(a) représente une résistance intégrée des premiers cristaux orientés avec un plan (HOO) selon les indices de Miller orientés vers la surface coulissante, et lorsque I(b) représente une résistance intégrée des seconds cristaux orientés avec des plans ( 111) et ( 222)10 selon les indices de Miller orientés vers la surface coulissante, et I(c) représente une résistance intégrée des troisièmes cristaux orientés avec des plans autres que les plans (h OO), ( 111) et ( 222) selon les indices de Miller orientés vers la surface15 coulissante,l'expression suivante est respectée: I(c)/ CI(abc) < 0,2 dans laquelle on a >I(abc) = I(a) + I(b) + I(c) et I(b) = O Organe coulissant selon la revendication 6, dans lequel l'angle d'inclinaison e du plan d'enrobage fermé par rapport au plan de la surface
coulissante est compris dans la plage de O' < 9 < 20 .
11 Organe coulissant selon la revendication 7, dans lequel l'angle d'inclinaison 9 de la surface de glissement secondaire par rapport au plan de la surface coulissante est compris dans la plage O' < & < 30 '. 12 Organe coulissant selon la revendication 8 ou 9, dans lequel l'angle d'inclinaison a d'un axe des premiers cristaux orientés par rapport à une ligne perpendiculaire à un plan de la surface coulissante est compris dans la plage O' < 9 < 30 . 13 Organe coulissant selon la revendication 6, dans lequel le cristal métallique comprend une structure cubique à face centrée et une structure cubique à corps centré. 14 Organe coulissant selon la revendication 13, dans lequel les cristaux métalliques présentant une structure cubique à face centrée font partie du groupe de Pb, Ni, Cu, Al, Ag et Au. Organe coulissant selon la revendication 7 ou 13, dans lequel les cristaux métalliques présentant une structure cubique à corps centré font partie du groupe de Fe, Cr, Mo, W, Ta, Zr,Nb et V.
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|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20080331 |