FR2974610A1

FR2974610A1 - Procede de realisation des surfaces de chambres a combustion d'un bloc moteur en alliage d'aluminium

Info

Publication number: FR2974610A1
Application number: FR1153546A
Authority: FR
Inventors: Michel Barthole
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2012-11-02
Anticipated expiration: 2031-04-26
Also published as: FR2974610B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de réalisation des surfaces de chambres à combustion d'un bloc moteur (1) en alliage d'aluminium, le bloc (1) comprenant des fûts, le procédé comprenant une étape de projection thermique d'une solution à base de fer dans les fûts. Selon l'invention, préalablement à la projection de la solution à base de fer, une solution aqueuse d'un sel améliorant la liaison chimique entre le fer et l'alliage d'aluminium, est appliquée mécaniquement sur la surface des fûts.

Description

PROCEDE DE REALISATION DES SURFACES DE CHAMBRES A COMBUSTION D'UN BLOC MOTEUR EN ALLIAGE D'ALUMINIUM

[0001] L'invention concerne un procédé de réalisation des surfaces de chambres à combustion d'un bloc moteur en alliage d'aluminium. [0002] Pour réduire la quantité de dioxyde de carbone émis par les véhicules, une des solutions connues est d'alléger le bloc moteur. Ainsi, certains blocs moteurs sont réalisés en alliage d'aluminium, l'alliage étant en général coulé, soit par simple fait de la gravité, soit sous pression. [0003] De façon classique, la délimitation des chambres de combustion est alors réalisée par des chemises en fonte qui sont insérées ou rapportées au bloc moteur. [0004] Plus récemment, afin de diminuer l'épaisseur entre les chambres de combustion et donc l'encombrement du bloc, les chemises en fonte sont remplacées par un revêtement à base de fer, le revêtement étant projeté thermiquement dans les fûts du bloc moteur. L'épaisseur de revêtement étant typiquement de 500 micromètres. Outre la réduction des dimensions du bloc moteur, le poids de ce dernier est réduit (environ 2 kg pour un bloc à 4 fûts) et les échanges thermiques entre les fûts et le liquide de refroidissement sont augmentés (ce qui entraîne également une diminution des déformations des fûts et donc une réduction des pertes d'énergie par frottement du piston. [0005] Le procédé de projection thermique consiste à projeter des gouttelettes à base de fer sur la surface à revêtir du bloc moteur. Ces gouttelettes s'écrasent sur la surface en alliage d'aluminium puis sur la couche de revêtement à base de fer, sans qu'il se forme de liaison chimique ou métallurgique. De ce fait, l'adhérence du revêtement à base de fer sur le bloc de fer en alliage d'aluminium est de qualité médiocre, ce qui est problématique pour garantir un fonctionnement du moteur sur une durée de vie usuelle. [0006] La solution utilisée est alors de préalablement préparer la surface des fûts à revêtir de sorte qu'elle présente une surface irrégulière assurant un accrochage des gouttelettes. Cette préparation est en général un usinage programmé de façon à obtenir une surface d'accrochage (par exemple, une surface à profil en queue d'aronde). [0007] Cependant cette préparation est coûteuse et apporte un résultat peu satisfaisant d'adhérence. [0008] L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. [0009] L'invention porte ainsi sur un procédé de réalisation des surfaces de chambres à combustion d'un bloc moteur en alliage d'aluminium, le bloc comprenant des fûts, le procédé comprenant une étape de projection thermique d'une solution à base de fer à la surface des fûts, caractérisé en ce que, préalablement à la projection de la solution à base de fer, une solution aqueuse d'un sel améliorant la liaison chimique entre le fer et l'alliage d'aluminium, est appliquée mécaniquement sur la surface des fûts. [0010] Selon un premier mode de réalisation particulier, le sel de la solution aqueuse comprend un élément adapté à détruire les oxydes se produisant à l'interface entre le fer et l'alliage d'aluminium lors de l'étape de projection thermique. Selon une variante préférentielle de ce premier mode, l'élément adapté à détruire les oxydes est un ion fluorure. [0011] Selon un second mode de réalisation particulier, le sel de la solution aqueuse comprend un élément adapté à diminuer les tensions superficielles à l'interface entre le fer et l'aluminium lors de l'étape de projection thermique. Selon une variante préférentielle de ce second mode de réalisation, l'élément adapté à diminuer mes tensions superficielles est un ion zirconium (IV). [0012] Selon un troisième mode de réalisation particulier, le sel de la solution aqueuse comprend un élément adapté à réagir chimiquement et à former un composant gazeux aux températures de la projection thermique de la solution à base de fer. Selon une variante préférentielle de ce troisième mode de réalisation, l'élément adapté à réagir chimiquement est l'ion potassium. [0013] Selon un quatrième mode de réalisation particulier, le sel de la solution aqueuse est un sel stable, cristallisé à température ambiante. Selon une variante préférentielle de ce quatrième mode de réalisation, le sel est du fluorure de zirconium et de potassium (K2ZrF6). [0014] Selon un cinquième mode de réalisation particulier, la solution aqueuse appliquée à la surface des fûts est saturée en sel. [0015] Selon un sixième mode de réalisation particulier, la surface des fûts est nettoyée avant l'application de la solution aqueuse. [0016] Selon un septième mode de réalisation particulier, préalablement à l'application de la solution aqueuse, la surface des fûts est usinée de façon à comporter un relief facilitant l'accrochage de la solution à base de fer. [0017] Selon un huitième mode de réalisation particulier, entre l'application de la solution aqueuse et la projection de la solution à base de fer, la surface des fûts est séchée. [0018] Selon un neuvième mode de réalisation particulier, pendant la projection de la solution à base de fer, les fûts sont mis sous dépression de façon aspirer les produits de dégradation dus à la réactivité du sel provenant de l'application de la solution aqueuse. [0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente un fût d'un bloc moteur en alliage d'aluminium avant toute opération destinée à le revêtir d'une base de fer ; - la figure 2 représente le même fût après usinage afin d'améliorer les propriété d'accrochage de sa surface ; - la figure 3 représente le même fût après application, sur la surface usinée, d'une solution aqueuse d'un sel adapté à améliorer la liaison chimique entre le fer et l'alliage d'aluminium ; - la figure 4 représente le même fût pendant l'étape de projection thermique d'une solution à base de fer sur la surface revêtue du sel ; et - la figure 5 représente le même fût avec le revêtement à base de fer. [0020] L'invention propose un procédé de réalisation des surfaces de chambres à combustion d'un bloc moteur 1 en alliage d'aluminium. Ce procédé permet de revêtir des fûts 2 du bloc moteur 1 d'un revêtement 3 à base de fer de sorte que les fûts revêtus délimitent les chambres de combustion 4 du moteur (cf. figure 5). Dans le présent mode de réalisation, ce revêtement 3 est obtenu par une étape de projection thermique d'une solution à base de fer 5 dans les fûts 2. [0021] Selon l'invention, afin d'améliorer la liaison entre l'alliage d'aluminium du bloc moteur 1 et le fer du revêtement 3, le procédé comprend, préalablement à l'étape de projection de la solution à base de fer, une étape lors de laquelle est appliquée mécaniquement, à la surface des fûts 2, une solution aqueuse d'un sel améliorant la liaison chimique entre le fer et l'alliage d'aluminium, [0022] Dans le présent mode de réalisation, dans un premier temps, la surface des fûts 2 est usinée de façon à comporter un relief 6 facilitant l'accrochage ultérieur du revêtement 3 à base de fer. Une fois cet usinage réalisé, la surface des fûts est nettoyée afin de faciliter l'application de la solution aqueuse. [0023] Avantageusement, le sel de la solution aqueuse comprend un premier élément adapté à détruire les oxydes se produisant à l'interface entre le fer et l'aluminium lors de l'étape de projection thermique. En l'occurrence, le sel comprend des ions fluorures qui ont cette propriété dans les conditions thermiques d'application de la solution à base de fer 5. [0024] Avantageusement, le sel de la solution aqueuse comprend également un second élément adapté à diminuer les tensions superficielles à l'interface entre le fer et l'aluminium lors de l'étape de projection thermique. En l'occurrence, le sel comprend des ions zirconium (IV) qui ont cette propriété dans les conditions thermiques d'application de la solution à base de fer 5. [0025] Ces deux éléments permettent ainsi d'assurer la liaison chimique entre le fer et l'aluminium, notamment aux températures élevées (de l'ordre de 1 300 °C) des gouttelettes de fer 5 qui sont projetées contre la surface des fûts. [0026] Avantageusement, le sel de la solution aqueuse comprend également un troisième élément adapté à réagir chimiquement et à former un composant gazeux aux températures de la projection thermique de la solution à base de fer. De préférence, ce troisième élément permet également d'obtenir un sel comportant les deux premiers éléments précités qui soit stable, cristallisé à température ambiante, facilement soluble dans l'eau et ne présente pas de risque, ni chimique, ni biologique. En l'occurrence, ce troisième élément est l'ion potassium. [0027] Ainsi, dans le présent mode de réalisation, le sel utilisé est du fluorure de zirconium et de potassium (K2ZrF6). [0028] La solution aqueuse est appliquée mécaniquement sur la surface des fûts 2. L'application mécanique de la solution aqueuse peut être réalisée par l'immersion du bloc moteur 1 dans la solution, par l'aspersion de la surface des fûts 2 de la solution aqueuse, par le brossage de la surface des fûts 2 par un outil trempé de solution, ou par tout autre méthode similaire non électrochimique. [0029] De préférence, la solution aqueuse appliquée à la surface des fûts est saturée en sel. [0030] Une fois cette solution aqueuse appliquée, la surface des fûts 2 est séchée. De ce fait, la surface usinée est recouverte d'une couche de sel 7 (cf. figure 3). [0031] Ensuite se déroule l'étape de projection thermique de la solution à base de fer 5. De préférence, afin d'éliminer les produits 7 de dégradation dus à la réactivité du sel lors de l'étape de projection des gouttelettes de fer à haute température, pendant cette étape, les fûts sont mis sous dépression de façon aspirer ces produits 7. [0032] Ainsi, ce traitement de surface par application mécanique de la solution aqueuse permet d'améliorer la liaison entre le fer et l'aluminium. Il permet également d'améliorer l'effet d'accroche de l'usinage préalable et/ou, de diminuer la complexité des reliefs d'accroche. [0033] La présente invention permet, par une solution ne présentant pas de risque, de créer une liaison chimique à l'interface entre le fer et l'aluminium ayant des caractéristiques d'adhésion supérieures à celles de la liaison chimique à l'interface entre le fer et l'aluminium préalablement usiné, et, de ce fait, de simplifier (voire d'éliminer) cette étape d'usinage préalable.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation des surfaces de chambres à combustion d'un bloc moteur (1) en alliage d'aluminium, le bloc (1) comprenant des fûts (2), le procédé comprenant une étape de projection thermique d'une solution (5) à base de fer dans les fûts (2), caractérisé en ce que, préalablement à la projection de la solution (2) à base de fer, une solution aqueuse d'un sel améliorant la liaison chimique entre le fer et l'alliage d'aluminium, est appliquée mécaniquement sur la surface des fûts (2).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sel de la solution aqueuse comprend un élément adapté à détruire les oxydes se produisant à l'interface entre le fer et l'alliage d'aluminium lors de l'étape de projection thermique.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le sel de la solution aqueuse comprend un élément adapté à diminuer les tensions superficielles à l'interface entre le fer et l'aluminium lors de l'étape de projection thermique.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le sel de la solution aqueuse comprend un élément adapté à réagir chimiquement et à former un composant gazeux aux températures de la projection thermique de la solution à base de fer (5).
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le sel de la solution aqueuse est un sel stable, cristallisé à température ambiante.
6. Procédé de réalisation selon la revendication 5, caractérisé en ce que le sel 30 est du fluorure de zirconium et de potassium (K2ZrF6).
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la solution aqueuse appliquée à la surface des fûts (2) est saturée en sel. 35
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la surface des fûts (2) est nettoyée avant l'application de la solution aqueuse.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que, préalablement à l'application de la solution aqueuse, la surface des fûts (2) 40 est usinée de façon à comporter un relief (6) facilitant l'accrochage de la solution à base de fer. 20 25
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, entre l'application de la solution aqueuse et la projection de la solution à base de fer (5), la surface des fûts (2) est séchée.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, pendant la projection de la solution à base de fer (5), les fûts (2) sont mis sous dépression de façon aspirer des produits (7) de dégradation dus à la réactivité du sel provenant de l'application de la solution aqueuse.