FR2745300A1 - Protecting engine parts against wear and thermal shock - Google Patents
Protecting engine parts against wear and thermal shock Download PDFInfo
- Publication number
- FR2745300A1 FR2745300A1 FR9602225A FR9602225A FR2745300A1 FR 2745300 A1 FR2745300 A1 FR 2745300A1 FR 9602225 A FR9602225 A FR 9602225A FR 9602225 A FR9602225 A FR 9602225A FR 2745300 A1 FR2745300 A1 FR 2745300A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- parts
- alloy
- coating according
- coating
- use according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
- C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
- C23C4/08—Metallic material containing only metal elements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J10/00—Engine or like cylinders; Features of hollow, e.g. cylindrical, bodies in general
- F16J10/02—Cylinders designed to receive moving pistons or plungers
- F16J10/04—Running faces; Liners
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
Revêtements anti-usure et/ou de protection thermique pour des pièces
telles que des pièces de moteur de véhicule automobile
L'invention a pour objet des revêtements anti-usure et/ou de protection thermique utilisables notamment, mais non exclusivement, pour la protection de pièces de moteur de véhicule automobile.Anti-wear and / or thermal protection coatings for parts
such as motor vehicle engine parts
The subject of the invention is anti-wear and / or thermal protection coatings which can be used in particular, but not exclusively, for the protection of motor vehicle engine parts.
En fonctionnement, les pièces d'un moteur (qui sont généralement en fonte ou en acier) sont fortement sollicitées, d'une part parce qu'elles sont soumises à des températures élevées, et d'autre part parce qu'un certain nombre d'entre elles sont en mouvement les unes par rapport aux autres avec contact de frottement, comme par exemple les pistons dans les cylindres, ou subissent des chocs mutuels comme les soupapes et leurs sièges.In operation, the parts of an engine (which are generally made of cast iron or steel) are highly stressed, on the one hand because they are subjected to high temperatures, and on the other hand because a certain number of 'between them are in motion with respect to each other with friction contact, such as for example the pistons in the cylinders, or undergo mutual shocks such as the valves and their seats.
C'est pourquoi on a cherché différents moyens pour améliorer la durée de vie des pièces de moteur, notamment en diminuant l'usure de celles qui sont soumises à des frottements ou des chocs.This is why we have sought various means to improve the life of engine parts, in particular by reducing the wear of those which are subjected to friction or shock.
Parmi les solutions proposées, on peut citer les revêtements de céramique ou des traitements de surface comme la carbonitruration, le chromage dur ou le dépôt de molybdène par plasma. Cependant, ces procédés sont soit délicats à mettre en oeuvre, soit très coûteux.Among the solutions proposed, mention may be made of ceramic coatings or surface treatments such as carbonitriding, hard chromium plating or the deposition of molybdenum by plasma. However, these methods are either difficult to implement or very expensive.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un revêtement anti-usure et/ou de protection thermique constitué d'un alliage quasicristallin contenant une ou plusieurs phases quasicristallines dont la fraction volumique totale est supérieure ou égale à 50 %.The invention aims to remedy these drawbacks by providing an anti-wear and / or thermal protection coating consisting of a quasicrystalline alloy containing one or more quasicrystalline phases whose total volume fraction is greater than or equal to 50%.
Dans le présent texte, l'expression "phase quasicristalline" englobe: 1)- Les phases présentant des symétries de rotation normalement incompatibles
avec la symétrie de translation, c'est-à-dire des symétries d'axe de rotation
d'ordre 5, 8, 10 et 12, ces symétries étant révélées par la diffraction du
rayonnement. A titre d'exemple, on peut citer la phase icosaédrique I de
groupe ponctuel m3 5 (cf. D. Shechtman, I. Blech, D. Gratias, J.W. Cahn,
Metallic Phase with Long-Range Orientational Order and No Translational
Symmetry, Physical Review Letters, Vol. 53, n"20, 1984, pages 1951-1953)
et la phase décagonale D de groupe ponctuel 10/mmm (cf. L. Bendersky,
Quasicrystal with One Dimensional Translational Symmetry and a Tenfold
Rotation Axis, Physical Review Letters, Vol. 55, n"14, 1985, pages 1461
1463).Le diagramme de diffraction des rayons X d'une phase décagonale
vraie a été publié dans "Diffraction approach to the structure of decagonal
quasicrystals, J.M. Dubois, C. Janot, J. Pannetier, A. Pianelli, Physics
Letters A 117-8 (1986) 421-427".In the present text, the expression "quasicrystalline phase" includes: 1) - The phases presenting symmetries of rotation normally incompatible
with translational symmetry, i.e. axis of rotation symmetries
of order 5, 8, 10 and 12, these symmetries being revealed by the diffraction of the
radiation. By way of example, mention may be made of the icosahedral phase I of
point group m3 5 (cf. D. Shechtman, I. Blech, D. Gratias, JW Cahn,
Metallic Phase with Long-Range Orientational Order and No Translational
Symmetry, Physical Review Letters, Vol. 53, no. 20, 1984, pages 1951-1953)
and the decagonal phase D of point group 10 / mmm (cf. L. Bendersky,
Quasicrystal with One Dimensional Translational Symmetry and a Tenfold
Rotation Axis, Physical Review Letters, Vol. 55, no. 14, 1985, pages 1461
1463) .The X-ray diffraction diagram of a decagonal phase
true was published in "Diffraction approach to the structure of decagonal
quasicrystals, JM Dubois, C. Janot, J. Pannetier, A. Pianelli, Physics
Letters A 117-8 (1986) 421-427 ".
2) - Les phases approximantes ou composés approximants qui sont des
cristaux vrais dans la mesure où leur structure cristallographique reste
compatible avec la symétrie de translation, mais qui présentent, dans le
cliché de diffraction d'électrons, des figures de diffraction dont la symétrie
est proche des axes de rotation 5, 8, 10 ou 12.2) - The approximate phases or approximate compounds which are
true crystals insofar as their crystallographic structure remains
compatible with translational symmetry, but which, in the
electron diffraction plate, diffraction figures whose symmetry
is close to the axes of rotation 5, 8, 10 or 12.
Parmi ces phases, on peut citer à titre d'exemple la phase orthorhombique
1, caractéristique d'un alliage de l'art antérieur ayant la composition
atomique A165Cu20FelOCrS, dont les paramètres de maille sont
ao(l) = 2,366, b0(1) = 1,267, c0(1) = 3,252 en nanomètres. Cette phase
orthorhombique O 1 est dite approximante de la phase décagonale. Elle en
est d'ailleurs si proche qu'il n'est pas possible de distinguer son diagramme
de diffraction des rayons X de celui de la phase décagonale.Among these phases, we can cite as an example the orthorhombic phase
1, characteristic of an alloy of the prior art having the composition
atomic A165Cu20FelOCrS, whose mesh parameters are
ao (l) = 2.366, b0 (1) = 1.267, c0 (1) = 3.252 in nanometers. This phase
orthorhombique O 1 is said to be approximate of the decagonal phase. She
is also so close that it is not possible to distinguish its diagram
of X-ray diffraction from that of the decagonal phase.
On peut également citer la phase rhomboédrique de paramètres = = 3,208 nm, a = 36 , présente dans les alliages de composition voisine
de A164Cu24Fe 12 en nombre d'atomes (M. Audier et P. Guyot,
Microcrystalline AlFeCu Phase of Pseudo Icosahedral Symmetry, in
Quasicrystals, eds. M.V. Jaric et S. Lundqvist, World Scientific, Singapore,
1989).We can also cite the rhombohedral phase with parameters = = 3.208 nm, a = 36, present in alloys of similar composition
of A164Cu24Fe 12 in number of atoms (M. Audier and P. Guyot,
Microcrystalline AlFeCu Phase of Pseudo Icosahedral Symmetry, in
Quasicrystals, eds. MV Jaric and S. Lundqvist, World Scientific, Singapore,
1989).
Cette phase est une phase approximante de la phase icosaédrique. This phase is an approximate phase of the icosahedral phase.
On peut aussi citer des phases 2 et O3 orthorhombiques de paramètres
respectifs au(2) = 3,83 ; b0(2) = 0,41 ; c0(2) = 5,26 et au(3) = 3,25
b0(3) = 0,41; cl(3) = 9,8 en nanomètres présentes dans un alliage de
composition Al63Cu17,5Co17,5Si2 en nombre d'atomes ou encore la phase
orthorhombique O4 de paramètres a0(4) = 1,46; b0(4) = 1,23 ; c0(4) = 1,24
en nanomètres qui se forme dans l'alliage de composition A163CugFel2Crl2
en nombre d'atomes. Les approximants orthorhombiques sont décrits par
exemple dans C. Dong, J.M. Dubois, J. Materials Science, 26 (1991), 1647.We can also cite orthorhombic phases 2 and O3 of parameters
respective to (2) = 3.83; b0 (2) = 0.41; c0 (2) = 5.26 and au (3) = 3.25
b0 (3) = 0.41; cl (3) = 9.8 in nanometers present in an alloy of
composition Al63Cu17,5Co17,5Si2 in number of atoms or the phase
orthorhombic O4 of parameters a0 (4) = 1.46; b0 (4) = 1.23; c0 (4) = 1.24
in nanometers which is formed in the alloy of composition A163CugFel2Crl2
in number of atoms. The orthorhombic approximants are described by
example in C. Dong, JM Dubois, J. Materials Science, 26 (1991), 1647.
On peut encore citer une phase C, de structure cubique, très souvent
observée en coexistence avec les phases approximantes ou quasicristallines
vraies. Cette phase qui se forme dans certains alliages Al-Cu-Fe et
Al-Cu-Fe-Cr, consiste en une surstructure, par effet d'ordre chimique des
éléments d'alliage par rapport aux sites d'aluminium, d'une phase de
structure type Cs-CI et de paramètre de réseau al = 0,297 nm. We can also cite a phase C, with a cubic structure, very often
observed in coexistence with the approximate or quasicrystalline phases
true. This phase which is formed in certain Al-Cu-Fe alloys and
Al-Cu-Fe-Cr, consists of a super-structure, by chemical effect of
alloying elements with respect to aluminum sites, a phase of
Cs-CI type structure and network parameter al = 0.297 nm.
Un diagramme de diffraction de cette phase cubique a été publié (C. Dong,
J.M. Dubois, M. de Boissieu, C. Janot ; Neutron diffraction study of the
peritectic growth of the A165Cu20Fe15 icosahedral quasicrystal ; J. Phys.A diffraction diagram of this cubic phase has been published (C. Dong,
JM Dubois, M. de Boissieu, C. Janot; Neutron diffraction study of the
peritectic growth of the A165Cu20Fe15 icosahedral quasicrystal; J. Phys.
Condensed Matte 2 (1990), 6339-6360) pour un échantillon de phase
cubique pure et de composition A165Cu20Fe15 en nombre d'atomes.Condensed Matte 2 (1990), 6339-6360) for a phase sample
pure cubic composition A165Cu20Fe15 in number of atoms.
On peut aussi citer une phase H de structure hexagonale qui dérive
directement de la phase C comme le démontrent les relations d'épitaxie
observées par microscopie électronique entre cristaux des phases C et H et
les relations simples qui relient les paramètres des réseaux cristallins, à savoir aH = 3 w / (à 4,5% près) et CH = 3 v / 2 (à 2,5% près). We can also cite a phase H of hexagonal structure which derives
directly from phase C as shown by the epitaxy relationships
observed by electron microscopy between crystals of phases C and H and
the simple relations which connect the parameters of the crystal lattices, namely aH = 3 w / (to within 4.5%) and CH = 3 v / 2 (to within 2.5%).
Cette phase est isotype d'une phase hexagonale, notée +AlMn, découverte
dans des alliages Al-Mn contenant 40% en poids de Mn [M.A. Taylor,
Intermetallic phases in the Aluminium-Manganese Binary System, Acta
Metallurgica 8 (1960) 256].This phase is isotype of a hexagonal phase, noted + AlMn, discovered
in Al-Mn alloys containing 40% by weight of Mn [MA Taylor,
Intermetallic phases in the Aluminum-Manganese Binary System, Acta
Metallurgica 8 (1960) 256].
La phase cubique, ses surstructures et les phases qui en dérivent, constituent
une classe de phases approximantes des phases quasicristallines de
compositions voisines. The cubic phase, its substructures and the phases derived from them, constitute
a class of approximate phases of the quasicrystalline phases of
neighboring compositions.
Selon d'autres caractéristiques du revêtement objet de l'invention:
- l'alliage a la composition suivante, en pourcentage atomique
.7 7 à 27,5 % de cuivre
6à 15 % de fer
0à 15 % de chrome
. du bore présent jusqu'en proportion de 7 % . 0 à 4 % de tungstène
base : aluminium ;
- l'alliage a la composition suivante, en pourcentage atomique:
22,5 à 27,5 % de cuivre
. 11 à 14 % de fer . 0 à 0 à 1,5 % de chrome
e du bore présent jusqu'en proportion de 7 %
. 0 à 0,7 % de tungstène
base: aluminium;
- l'alliage a la composition suivante: A159CU25,5Fel2,5B3;
- l'alliage a la composition suivante, en pourcentage atomique:
.7 7 à 11% de cuivre
6à 15%defer
6à 15 % de chrome
du bore présent jusqu'en proportion de 2 %
. 0 à 4 % de tungstène
base: aluminium;
- l'alliage a la composition suivante: A166CU9Fe10,5Cr10,5B1W3;
- la proportion totale de bore et de tungstène est inférieure ou égale à 8 %.According to other characteristics of the coating which is the subject of the invention:
- the alloy has the following composition, in atomic percentage
.7 7 to 27.5% copper
6 to 15% iron
0 to 15% chromium
. boron present up to 7%. 0 to 4% tungsten
base: aluminum;
- the alloy has the following composition, in atomic percentage:
22.5 to 27.5% copper
. 11 to 14% iron. 0 to 0 to 1.5% chromium
e of boron present up to 7%
. 0 to 0.7% tungsten
base: aluminum;
- The alloy has the following composition: A159CU25,5Fel2,5B3;
- the alloy has the following composition, in atomic percentage:
.7 7 to 11% copper
6 to 15% of iron
6 to 15% chromium
boron present up to 2%
. 0 to 4% tungsten
base: aluminum;
- The alloy has the following composition: A166CU9Fe10,5Cr10,5B1W3;
- the total proportion of boron and tungsten is less than or equal to 8%.
L'invention a également pour objet l'utilisation d'un tel revêtement pour la protection de pièces telles que des pièces de moteur de véhicule automobile. The invention also relates to the use of such a coating for the protection of parts such as motor vehicle engine parts.
Les pièces en question peuvent être des pièces frottantes et/ou soumises à des chocs telles que les pièces de la distribution (poussoirs, culbuteurs, arbres à cames, soupapes, sièges de soupapes) ou de l'embiellage (fûts du carter-cylindres, pistons, segmentes, bielles, vilebrequins), ou des pièces sollicitées essentiellement thermiquement comme les têtes de piston, la culasse, les composants de l'échappement tels que le collecteur.The parts in question can be friction parts and / or subjected to shocks such as the parts of the distribution (tappets, rocker arms, camshafts, valves, valve seats) or of the crankshaft (barrels of the crankcase, pistons, segments, connecting rods, crankshafts), or essentially thermally stressed parts such as the piston heads, the cylinder head, the exhaust components such as the manifold.
Enfin, I'invention a encore pour objet un procédé de dépôt d'un tel alliage sur une pièce à protéger, ce dépôt pouvant être effectué par l'une des méthodes suivantes: projection thermique à l'aide d'une torche à plasma, projection thermique à l'aide d'un plasma arc transféré, pulvérisation cathodique, soudage, dépôt en phase vapeur.Finally, the subject of the invention is also a method of depositing such an alloy on a part to be protected, this deposit possibly being carried out by one of the following methods: thermal spraying using a plasma torch, thermal spraying using transferred arc plasma, sputtering, welding, vapor deposition.
D'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, d'essais effectués avec des revêtements selon l'invention, cette description étant faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un montage
utilisé pour effectuer des essais d'usure;
- la figure 2 est un tableau donnant les résultats d'essais effectués avec le
montage de la figure 1;
- la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un montage utilisé
pour effectuer des essais de choc thermique ; et
- la figure 4 est un graphe donnant la température à l'intérieur d'une tête de
piston pendant un tel essai suivant que la tête de piston est recouverte ou
non d'un revêtement selon l'invention.Other objects, characteristics, details and advantages of the invention will emerge from the description which follows, given solely by way of example, of tests carried out with coatings according to the invention, this description being given with reference to the drawings annexed, in which
- Figure 1 is a schematic view in vertical section of an assembly
used to perform wear tests;
- Figure 2 is a table giving the results of tests carried out with the
assembly of Figure 1;
- Figure 3 is a schematic perspective view of an assembly used
to perform thermal shock tests; and
- Figure 4 is a graph giving the temperature inside a head of
piston during such a test depending on whether the piston head is covered or
not a coating according to the invention.
Le montage de la figure 1 se compose essentiellement d'une enceinte 1 à l'intérieur de laquelle un galet 2 est monté rotatif autour d'un axe horizontal 3. Un support 4, monté sur un axe 5 et placé au-dessus du galet, présente une face inférieure 6 cylindrique de forme complémentaire à celle du galet et s'étendant sensiblement sur le tiers de la circonférence de celui-ci. Deux logements sont prévus sur la face inférieure du support 4 pour des échantillons 7. 8 à tester, ceux-ci étant maintenus par des vis telles que 9 et dépassant la surface 6 de quelques millimètres.The assembly of FIG. 1 essentially consists of an enclosure 1 inside which a roller 2 is rotatably mounted around a horizontal axis 3. A support 4, mounted on an axis 5 and placed above the roller , has a cylindrical lower face 6 of shape complementary to that of the roller and extending substantially over a third of the circumference thereof. Two housings are provided on the underside of the support 4 for samples 7. 8 to be tested, these being held by screws such as 9 and protruding from the surface 6 by a few millimeters.
Le galet est mis en rotation tandis que le support est sollicité vers le bas afin que les échantillons 7 et 8 soient appliqués sur le galet avec un effort donné. On notera que le support est symétrique par rapport à un plan vertical P contenant l'axe horizontal de rotation du galet et que la lubrification est assurée par un bain d'huile dont le niveau au repos est indiqué en H. Les échantillons utilisés sont de forme parallélépipédique et disposés de sorte que leurs plans de symétrie se coupent suivant l'axe de rotation du galet et soient perpendiculaires entre eux. Les moyens d'entraînement du galet et le dispositif pour appliquer le support sur le galet n'ont pas été représentés sur la figure 1.The roller is rotated while the support is biased downwards so that samples 7 and 8 are applied to the roller with a given force. It will be noted that the support is symmetrical with respect to a vertical plane P containing the horizontal axis of rotation of the roller and that the lubrication is ensured by an oil bath whose level at rest is indicated in H. The samples used are from parallelepiped shape and arranged so that their planes of symmetry intersect along the axis of rotation of the roller and are perpendicular to each other. The drive means of the roller and the device for applying the support to the roller have not been shown in FIG. 1.
Divers essais ont été effectués avec des échantillons de 10 x 10 x 6 mm en acier 16MC5 (utilisé pour certaines pièces de la distribution d'un moteur de véhicule automobile) revêtus d'une couche de 300 micromètres d'un alliage M59Cu23,5Fe12,5B3. Chaque essai a été effectué à une température de 80" C pendant 24 heures, les charges appliquées étant constantes et comprises entre 10 et 180 kgs. Le galet était en fonte GL et la lubrification était assurée par une huile pour moteur de véhicule automobile.Various tests have been carried out with 10 × 10 × 6 mm samples of 16MC5 steel (used for certain parts of the distribution of a motor vehicle engine) coated with a layer of 300 micrometers of an M59Cu23.5Fe12 alloy, 5B3. Each test was carried out at a temperature of 80 "C for 24 hours, the applied loads being constant and between 10 and 180 kgs. The roller was made of GL cast iron and the lubrication was provided by a motor vehicle engine oil.
Les résultats sont donnés dans le tableau de la figure 2. On constate une bonne résistance à l'usure puisque la perte de masse des échantillons, si elle augmente avec la charge, reste modérée. On notera cependant que ceci est surtout vrai pour les charges de 40 à 180 kgs : en effet, la valeur de 10 kgs paraît trop faible car elle entraîne une trop grande dispersion des résultats. Quant aux coefficients de frottement, ils restent faibles, même aux fortes charges.The results are given in the table in FIG. 2. There is good resistance to wear since the loss of mass of the samples, if it increases with the load, remains moderate. Note, however, that this is especially true for loads of 40 to 180 kg: indeed, the value of 10 kg seems too low because it results in too great a dispersion of the results. As for the friction coefficients, they remain low, even at high loads.
On va maintenant décrire des essais de choc thermique effectués sur des pistons en un alliage à base d'aluminium couramment employé pour cet usage dont la tête était recouverte ou non d'une couche d'alliage A170CugFe10,gCr105 dont l'épaisseur variait de 500 à 800 micromètres à cause des inégalités dues à la présence d'une cuvette de combustion à cet endroit.We will now describe thermal shock tests carried out on pistons of an aluminum-based alloy commonly used for this use, the head of which was covered or not with a layer of alloy A170CugFe10, gCr105 whose thickness varied from 500 at 800 micrometers because of the unevenness due to the presence of a combustion bowl at this location.
Deux types de traitements ont été effectués, à savoir:
1) - 2000 cycles de refroidissement entre des températures de 400 et 600
C, le passage d'une température à l'autre se faisant en 10 secondes.Two types of treatment were carried out, namely:
1) - 2000 cooling cycles between temperatures of 400 and 600
C, the passage from one temperature to the other taking place in 10 seconds.
2) - 500 cycles de refroidissement entre 750 et 17 C, le passage d'une
température à l'autre se faisant en 1 seconde.2) - 500 cooling cycles between 750 and 17 C, the passage of a
temperature to the next being done in 1 second.
Le montage utilisé est illustré à la figure 3. On voit que le piston 10 est monté à l'extrémité d'un bras 11 fixé sur une roue 12 entraînée par un moteur pas-à-pas 13. Un bras 1 la, opposé au bras 11, sert à l'équilibrage de l'ensemble.The assembly used is illustrated in FIG. 3. It can be seen that the piston 10 is mounted at the end of an arm 11 fixed on a wheel 12 driven by a stepping motor 13. An arm 11a, opposite to the arm 11, used for balancing the assembly.
Le chauffage est obtenu par une torche oxyacétylénique 14, le refroidissement se faisant à l'air dans le premier cas, par passage dans un bac d'eau dans le second.The heating is obtained by an oxyacetylene torch 14, the cooling taking place in air in the first case, by passing through a water tank in the second.
On voit encore sur la figure 3 un bac à eau 15 et un module de commande 16. On notera en outre que c'est la face active de la tête de piston qui est dirigée vers la torche 14.FIG. 3 also shows a water tank 15 and a control module 16. It will also be noted that it is the active face of the piston head which is directed towards the torch 14.
Le diagramme de la figure 4 montre la température dans la masse de la tête de piston en fonction de la distance à la face active une fois la température maximale atteinte. Sur la partie gauche de la figure, on a représenté très schématiquement une demi-vue en coupe de la tête du piston 10, le revêtement étant indiqué en 17 et les gorges pour les segments en 1 0a. La courbe C1 correspond à des pistons non revêtus et la courbe C2 à des pistons revêtus, ces courbes ayant été déterminées par une méthode par éléments finis à partir de mesures effectuées à l'aide de thermocouples placés à l'intérieur du piston. On voit que la température décroît beaucoup plus vite dans le cas des pistons revêtus, ce qui montre la grande efficacité des revêtements de l'invention comme barrière thermique.The diagram in FIG. 4 shows the temperature in the mass of the piston head as a function of the distance from the active face once the maximum temperature has been reached. On the left side of the figure, there is shown very schematically a half-sectional view of the head of the piston 10, the coating being indicated at 17 and the grooves for the segments at 1 0a. Curve C1 corresponds to uncoated pistons and curve C2 to coated pistons, these curves having been determined by a finite element method from measurements carried out using thermocouples placed inside the piston. It can be seen that the temperature decreases much faster in the case of coated pistons, which shows the high efficiency of the coatings of the invention as a thermal barrier.
Les revêtements de l'invention présentent donc des avantages particulièrement intéressants puisqu'ils assurent aussi bien la protection anti-usure que la protection thermique des pièces sur lesquelles ils sont déposés. On diminue ainsi le coût de fabrication des moteurs puisque le même matériau peut être déposé sur toutes les pièces qui ont besoin d'être protégées, qu'il s'agisse de pièces mobiles et donc soumises à l'usure, ou de pièces sollicitées thermiquement, lesquelles peuvent être fixes ou mobiles. The coatings of the invention therefore have particularly advantageous advantages since they provide both anti-wear protection and thermal protection of the parts on which they are deposited. The manufacturing cost of the motors is thus reduced since the same material can be deposited on all the parts which need to be protected, whether they are moving parts and therefore subject to wear, or thermally stressed parts. , which can be fixed or mobile.
C'est ainsi que ces revêtements conviennent bien pour la protection thermique des pistons, aussi bien pour les moteurs à deux temps qu'à quatre temps. Le revêtement isole la pièce, réduit sa température de fonctionnement et augmente sa durée de vie. De plus, dans le cas des moteurs Diesel, l'application du revêtement isolant sur les surfaces de la chambre de combustion conduit à une augmentation de la puissance du moteur. These coatings are therefore well suited for thermal protection of pistons, both for two-stroke and four-stroke engines. The coating insulates the part, reduces its operating temperature and increases its service life. In addition, in the case of diesel engines, the application of the insulating coating on the surfaces of the combustion chamber leads to an increase in the power of the engine.
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9602225A FR2745300B1 (en) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | ANTI-WEAR AND / OR HEAT PROTECTION COATINGS FOR PARTS SUCH AS MOTOR VEHICLE PARTS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9602225A FR2745300B1 (en) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | ANTI-WEAR AND / OR HEAT PROTECTION COATINGS FOR PARTS SUCH AS MOTOR VEHICLE PARTS |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2745300A1 true FR2745300A1 (en) | 1997-08-29 |
FR2745300B1 FR2745300B1 (en) | 1998-04-30 |
Family
ID=9489491
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR9602225A Expired - Fee Related FR2745300B1 (en) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | ANTI-WEAR AND / OR HEAT PROTECTION COATINGS FOR PARTS SUCH AS MOTOR VEHICLE PARTS |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2745300B1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1036857A1 (en) * | 1999-03-16 | 2000-09-20 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Wear-resistant quasicystalline coating |
US6257018B1 (en) | 1999-06-28 | 2001-07-10 | Praxair Technology, Inc. | PFC recovery using condensation |
EP1159973A1 (en) * | 2000-05-29 | 2001-12-05 | Reto Dr. Lerf | Anti-adhesive coating and uses thereof |
FR2833020A1 (en) * | 2001-11-30 | 2003-06-06 | Inst Francais Du Petrole | USE OF QUASI-CRYSTALLINE ALUMINUM ALLOYS IN REFINING AND PETROCHEMICAL APPLICATIONS |
WO2004063412A1 (en) * | 2003-01-16 | 2004-07-29 | Daimlerchrysler Ag | Engine component |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0356287A1 (en) * | 1988-08-04 | 1990-02-28 | Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) | Cladding materials for metal alloys and for metals |
WO1992013111A1 (en) * | 1991-01-18 | 1992-08-06 | Centre National De La Recherche Scientifique | Aluminium alloys, substrates coated with same and their applications |
WO1993013237A1 (en) * | 1991-12-20 | 1993-07-08 | Centre National De La Recherche Scientifique | Thermal protection element made of a quasicrystalline aluminium alloy |
-
1996
- 1996-02-23 FR FR9602225A patent/FR2745300B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0356287A1 (en) * | 1988-08-04 | 1990-02-28 | Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) | Cladding materials for metal alloys and for metals |
WO1992013111A1 (en) * | 1991-01-18 | 1992-08-06 | Centre National De La Recherche Scientifique | Aluminium alloys, substrates coated with same and their applications |
WO1993013237A1 (en) * | 1991-12-20 | 1993-07-08 | Centre National De La Recherche Scientifique | Thermal protection element made of a quasicrystalline aluminium alloy |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1036857A1 (en) * | 1999-03-16 | 2000-09-20 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Wear-resistant quasicystalline coating |
US6257018B1 (en) | 1999-06-28 | 2001-07-10 | Praxair Technology, Inc. | PFC recovery using condensation |
EP1159973A1 (en) * | 2000-05-29 | 2001-12-05 | Reto Dr. Lerf | Anti-adhesive coating and uses thereof |
EP1334737A2 (en) * | 2000-05-29 | 2003-08-13 | Reto Dr. Lerf | Anti-adhesive coating and uses thereof |
EP1334737A3 (en) * | 2000-05-29 | 2004-05-12 | Reto Dr. Lerf | Anti-adhesive coating and uses thereof |
FR2833020A1 (en) * | 2001-11-30 | 2003-06-06 | Inst Francais Du Petrole | USE OF QUASI-CRYSTALLINE ALUMINUM ALLOYS IN REFINING AND PETROCHEMICAL APPLICATIONS |
WO2004063412A1 (en) * | 2003-01-16 | 2004-07-29 | Daimlerchrysler Ag | Engine component |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2745300B1 (en) | 1998-04-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0572646B1 (en) | Use of a quasicrystalline aluminium alloy in a thermal protection element | |
US5249554A (en) | Powertrain component with adherent film having a graded composition | |
KR940009673B1 (en) | Composite material with at least one sliding surface supplied by cathodic sputtering and production method of the material | |
CA1327153C (en) | Valve spring retainer for valve operating mechanism for internal combustion engine | |
KR20060051087A (en) | Wear-resistant coating and method of producing the same | |
US5239951A (en) | Valve lifter | |
KR20000012832A (en) | Coating for cylinder of reciprocating engine | |
FR2745300A1 (en) | Protecting engine parts against wear and thermal shock | |
KR102174328B1 (en) | Tappet coated low-friction layer and method of fabricating the same | |
US5312696A (en) | Method for reducing fretting wear between contacting surfaces | |
Zaguliaev et al. | Microstructure and microhardness of piston alloy Al-10Si-2Cu irradiated by pulsed electron beam | |
EP0425336A1 (en) | Coating made of a chromium-nitrogen alloy for confering good tribological properties to a substrate and process for its manufacture | |
US7794846B2 (en) | Titanium part for internal combustion engine | |
FR2833972A1 (en) | THERMAL BARRIER COATING IN ZIRCONIA STABILIZED WITH HAFNIUM OXIDE. | |
CA1275762C (en) | Aluminum and aluminum alloy parts having at least one region of wear resistant zones | |
KR102154823B1 (en) | Piston ring coated low-friction layer and method of fabricating the same | |
FR2939125A1 (en) | COATING OF SHAPING DEVICE OF GLASS PRODUCTS | |
US20040126042A1 (en) | Big-end bearing shell or bushing or main bearing shell | |
EP4001460A1 (en) | Method for depositing a coating on a bore of a mechanical part by cold spray method | |
FR2839729A1 (en) | Corrosion protection of a steel or aluminum alloy substrate involves coating with a single phase zinc alloy matrix containing dispersed particles selected according to desired tribological properties | |
Labisz | Reflectivity of anodised Al-Si alloy surface of belt pulleys used in combustion engines | |
FR2803783A1 (en) | BIMETAL PART IN ALUMINUM ALLOY COMPRISING A SOLID TITANIUM OR TITANIUM ALLOY INSERT | |
JPS61119811A (en) | Connecting rod | |
Pourkarimi et al. | Formation and microstructural characterization of co-depositedsilicon aluminide coating produced by pack cementation process at high temperature | |
FR2663343A1 (en) | Protective coating for a metal article made of titanium alloy and deposition process |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ST | Notification of lapse |
Effective date: 20091030 |