PROCEDE DE PREPARATION D'UNE SURFACE POUR L'APPLICATION D'UN REVETEMENT, PROCEDE DE REVETEMENT PAR PROJECTION, CARTER CYLINDRES ET VEHICULE CORRESPONDANTS [0001 La présente invention concerne un procédé de préparation d'une surface pour l'application d'un revêtement. L'invention concerne en outre un procédé de revêtement par projection thermique sur une surface préparée selon le procédé de préparation précédent. L'invention concerne encore un carter cylindres, et le véhicule le comprenant, avec un fût préparé ou revêtu à l'aide des procédés précédents. [0002] Dans le domaine des motorisations thermiques, comprenant notamment les motorisations thermiques de véhicule automobile, un bon état de surface des pièces composant le moteur thermique est souhaité. Concernant le carter cylindres, il est connu d'utiliser une chemise de fût en fonte pour ses propriétés tribologiques.
La figure 1 montre une vue de côté d'une chemise 20 en fonte selon l'art antérieur. Cette chemise 20 en fonte est insérée dans le carter cylindres au moment de sa coulée. Après démoulage du carter cylindres, la chemise 20 selon l'art antérieur forme la surface intérieure du fût 82, tel qu'illustré en perspective et en coupe par la figure 2. L'insertion de chemises fonte à la coulée est actuellement la solution la plus appliquée mais aussi la plus robuste et la moins coûteuse industriellement. Par exemple, les avantages de l'utilisation des chemises en fonte graphite lamellaire sont leur faible coût et la rigidité apportée dans un carter cylindres 80 en aluminium. [0003] Lorsque l'on souhaite de meilleures propriétés tribologiques ou un carter cylindres plus léger, des procédés de revêtement thermique des fûts de carter cylindres peuvent être utilisés . La projection thermique d'un revêtement permet d'améliorer les propriétés tribologiques de la surface intérieure des fûts 82 de carter cylindres. La figure 3 illustre un carter cylindres 80 comprenant quatre cylindres 88 délimités par la surface intérieure de fûts 82. Les figures 4A, 4B, 4C et 4D illustrent les différentes étapes d'un procédé connu aboutissant à la création d'un revêtement pour un fût 82 de carter cylindres 80. [0004] Les figures 4A et 4B illustrent des étapes formant un procédé de préparation des fûts de carters cylindres avant l'application de revêtement par projection thermique. Ainsi la figure 4A correspond à un alésage de précision du cylindre 88 (du terme anglais fineboring) à l'aide d'une fraise 70, afin de finaliser la géométrie du fût 82, à la suite du démoulage du carter cylindre 80. La fraise 70 est insérée dans le fût 82, le long de l'axe 78 du fût 82. La figure 4B correspond à la préparation de la surface intérieure d'un fût 82 pour l'application ultérieure d'un revêtement. [0005] Cette étape illustrée à la figure 4B, consiste à créer une rugosité de surface par des techniques essentiellement mécaniques. Cette étape est une rugosification du fût 82 (du terme anglais roughening). Une telle étape de rugosification permet la préparation de la surface à la projection ultérieure d'un revêtement thermique sur la surface. [0006] Les figures 4C et 4D illustrent des étapes formant un procédé d'application d'un revêtement à la suite du procédé de préparation précédent. Ainsi la figure 4C correspond à la projection thermique, à l'aide d'une buse 96, d'un revêtement 90 sur la surface du fût 82 précédemment préparé. La création d'une rugosité sur la surface intérieure des fûts 82 permet d'améliorer l'adhérence du revêtement 90 appliqué ultérieurement par projection thermique. Pour assurer un bon état de surface, le revêtement projeté 90 est ensuite soumis à un rodage (du terme anglais honing), illustré par la figure 4D, et effectué par exemple à l'aide d'une machine à roder 98. [0007] Différentes technologies de projection thermique de revêtement de fûts 82 appliquées sur carters aluminium ou fonte existent : - le procédé HVOF avec un fil (du terme anglais High Velocity Oxy-Fuel, ce qui correspond à un procédé de projection à la flamme supersonique) développé par General Motors et Sandia Nation Laboratories. Ce procédé est notamment décrit dans le document US 5 271 967. Ce procédé de projection thermique de revêtement est mis en oeuvre après un traitement de surface par jet d'eau haute pression. Ce procédé présente les désavantages suivants : une température des fûts atteinte pendant la projection trop élevée, des taux d'oxydes de fer trop élevés nuisibles aux pressions moyennes de frottement (abrégé en PMF), un angle de pulvérisation limité à 60° maximum ce qui ne permet pas ni une bonne application, ni une bonne microstructure des revêtements projetés. - le procédé de projection par plasma avec poudre développé par Sultzer Metco. Ce procédé est mis en oeuvre après un traitement de surface par sablage. - le procédé de projection plasma à arc transféré (du terme anglais Plasma Transferred Wire Arc, abrégé en PTWA) développé par FSI et Ford. Ce procédé est notamment décrit dans les documents US 5 194 304, US 5 592 927, US 5 714 205 et US 5 820 939. Ce procédé est mis en oeuvre après un traitement de surface mécanique. - le procédé de projection par arc avec deux fils LDS (du terme allemand Lichtbogen Draht Spritzen) développé par Daimler Chrysler. Ce procédé est mis en oeuvre après un traitement de surface par jet d'eau haute pression. Dans ce procédé, la torche 96 est alimentée par deux fils base fer. [000si En référence à la figure 5, les procédés de revêtement proposés permettent d'obtenir un revêtement 90 sur la surface intérieure d'un fût présentant une épaisseur faible (à gauche de la figure) et donc une masse plus faible en comparaison à une chemise 20 en fonte classique (à droite de la figure). Cependant l'efficacité des procédés de projection thermique précédemment décrits dépend grandement de l'étape de préparation de la surface illustrée par la figure 4B. Différentes technologies de préparation de surfaces intérieures de fûts 82 appliquées sur carters aluminium ou fonte existent : - le sablage (également connu sous le terme anglais grit blasting). Selon la figure 4B, cette technologie consiste en la projection de particules abrasives 74, par une buse 72 sur le pourtour de la surface intérieure du fût 82. Cette technologie de préparation présente un risque de présence de particules abrasives 74 retenues à la surface des pièces traitées, ici à la surface du fût 82. Or tout enlèvement de particule abrasive 74 dans l'usinage final des alésages cylindres 88 peut potentiellement détruire les surfaces portantes, provoquant alors des passages d'huile et potentiellement entraîner des dommages irréversibles sur le moteur après assemblage. - le jet d'eau haute pression (du terme anglais high pressure water jet blasting). Cette technologie permet d'obtenir une bonne adhérence des dépôts, cependant une telle technologie reste coûteuse et peut générer des rugosités de surface inacceptables avec des profils de surfaces intérieures de fûts difficiles à obtenir de manière fine. Or la finesse des profils de surfaces intérieures des fûts 82 permet de maîtriser la bonne adhérence du revêtement projeté ultérieurement. Par ailleurs les temps de cycle d'un tel procédé peuvent être importants. - l'usinage mécanique des surfaces (plus connu sous l'expression anglaise Mechanical Roughening Process abrégé en MRP). Cette technologie présente de nombreuses variantes. L'inconvénient de ce type de solutions est d'avoir des formes de profils limitées pour la surface intérieure du fût 82. La limitation des formes de profils de la surface intérieure entraîne une limitation de l'adhérence mécanique du revêtement projeté ultérieurement sur cette surface intérieure. Les niveaux d'adhérence obtenus avec une telle préparation de surface peuvent alors être insuffisants, en étant par exemple inférieurs à 35 MPa. [0009] Certaines de ces technologies sont décrites dans les documents E P2267178A2 et W02007/087989A1. [0010] En plus, des inconvénients déjà mentionnés ci-dessus, les procédés connus de préparation, particulièrement l'usinage mécanique des surfaces, peuvent engendrer des rugosités trop importantes. Des rugosités trop importantes correspondent par exemple à des profondeurs des pics supérieures à 100µm avec des maximums qui peuvent atteindre plus de 200 µm. [0011] Or il est préférable que la hauteur entre pic et vallée soit comprise entre 25 et 50 lm (ce qui correspond à un Ra entre 5 et 10µm, Ra étant la moyenne arithmétique de la rugosité). En effet, une rugosité trop importante accroît le risque de créer des porosités à l'intérieur du revêtement projeté ultérieurement. Ces porosités sont sources de délamination ou d'arrachement du revêtement. De plus lorsque les porosités sont situées à l'interface revêtement / carter cylindres, elles entraînent une baisse d'adhérence du revêtement sur le carter cylindres. Par ailleurs, pour remédier à la présence de telles rugosités, une surépaisseur de revêtement est mise en oeuvre pour parvenir, après rodage, à une surface totalement usinée. Ceci génère donc une consommation matière accrue avec augmentation du temps de cycle. [0012] L'institute of Machine Tools and Production Technology (abrégé en IWF) de Braunschweig en Allemagne propose de nouveaux procédés de préparation par usinage mécanique avec la création de profils usinés en contre-dépouille. Les figures 6A et 6B montrent une vue en perspective et en coupe d'une surface 30 ayant un profil en contre-dépouille de type en queue d'aronde (ou queue de colombe de l'expression anglaise "Dove Tait'). Ce type de profil permet d'obtenir une adhérence comprise entre 50 et 60 MPa pour des revêtements ensuite projetés thermiquement. De tels profils en contre-dépouille peuvent être obtenus à l'aide d'un seul outil d'usinage. Cependant, pour les procédés de préparation de surface, les outils de coupe s'usent dans le temps et peuvent générer des profils de rugosités non constants. De plus, le changement des outils de coupe avec une fréquence déterminée, qui est liée à leur usure, induit nécessairement un alourdissement des opérations de maintenance.. [0013] Il existe donc un besoin pour un procédé de préparation de la surface intérieure d'un fût de carter cylindres permettant une meilleure adhérence du revêtement projeté ultérieurement mais ne présentant pas les inconvénients précédents. [0014] Pour cela l'invention propose un procédé de préparation d'une surface pour l'application d'un revêtement sur la surface, le procédé comprenant une étape de formation de motifs en contre-dépouille par fusion et soulèvement locaux de la matière de la surface à l'aide d'un laser. [0015] Selon une variante, le laser est un laser de soudage. [0016] Selon une variante, l'étape de formation de motifs en contre-dépouille à l'aide d'un laser est dépourvue d'enlèvement de matière de la surface à préparer. [0017] Selon une variante, chaque motif en contre-dépouille est formé sur la surface en une seule passe du laser. [ools] Selon une variante, la surface à préparer est en alliage d'aluminium [0019] Selon une variante, lors de la formation des motifs en contre-dépouille, la température de la surface est inférieure à 2000°C. [0020] Selon une variante, la surface à préparer est la surface intérieure d'un fût de carter cylindres. [0021] L'invention propose en outre un procédé de revêtement par projection thermique d'une surface, le procédé comportant une étape de préparation de la surface mettant en oeuvre le procédé de préparation précédent, préalablement à la projection de thermique de revêtement. [0022] L'invention propose encore un carter cylindres comprenant au moins un fût, le carter cylindres étant tel que la surface intérieure du fût est préparée par le procédé précédent ou tel qu'un revêtement est appliqué sur la surface intérieure du fût par le procédé précédent. [0023] L'invention propose aussi un véhicule comprenant un moteur à combustion interne, le moteur du véhicule comprenant le carter cylindres précédent. [0024] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui montrent : - figure 1, une vue de côté d'une chemise en fonte selon l'art antérieur ; - figure 2, une vue en perspective en coupe partielle d'une chemise en fonte selon l'art antérieur intégrée dans un carter cylindres ; - figure 3, un schéma d'un carter cylindres d'un moteur à combustion interne ; - figures 4A, 4B, 4C et 4D, les représentations schématiques des différentes étapes d'un procédé connu aboutissant à la création d'un revêtement thermique pour un fût du carter cylindre de la figure 3 ; ^ figure 5, une vue en perspective d'une comparaison entre une chemise en fonte selon l'art antérieur et un revêtement lubrifiant selon l'art antérieur ; - figures 6A et 6B, une vue en perspective et en coupe d'une surface ayant profil en contre-dépouille de type en queue de aronde ; - figures 7A et 7B, une vue en perspective et en coupe d'un motif en contre-dépouille obtenu par la mise en oeuvre d'un mode de réalisation du procédé proposé ; - figures 8A et 8B, une représentation schématique de l'adhérence procurée par une surface ne présentant pas de motifs en contre-dépouille ; - figures 9A et 9B, une représentation schématique de l'adhérence procurée par une surface présentant des motifs en contre-dépouille ; - figures 10 et 11, des représentations schématiques de la répartition des motifs en contre-dépouille formées sur la surface intérieure d'un fût de carter cylindres ; - figure 12, la représentation schématique du mouvement d'un laser à l'intérieur d'un fût de carter cylindres lors de la mise en oeuvre d'un mode de réalisation du procédé proposé pour la création de motif selon la répartition de la figure 11. [0025] II est proposé un procédé de préparation d'une surface. La préparation de la surface contribue à la bonne adhérence d'un revêtement appliqué ultérieurement sur la surface, par exemple par projection thermique. Cette surface peut correspondre à la surface intérieure d'un fût de carter cylindres. Dans la suite de la description, il est fait référence aux figures 3 et 4A à 4D pour concrétiser la référence à un fût 82 de carter cylindres 80. [0026] Le procédé comprend une étape de formation de motifs en contre-dépouille à l'aide d'un laser. Il faut comprendre que le terme "laser" peut correspondre ici à un faisceau de lumière amplifiée par émission stimulée (de l'expression anglaise "light amplification by stimulated emission of radiation") ou à un faisceau issu de toute autre méthode d'excitation localisée par décharge électrique dans un mélange gazeux. [0027] Selon le procédé proposé, les motifs en contre-dépouille sont formés par fusion et soulèvement locaux de la matière de la surface. Cette fusion de la matière et ce soulèvement de la matière sont une conséquence du déplacement du faisceau du laser sur la surface. Dans le cas d'une préparation de surface métallique, comme pour la préparation d'une surface en alliage d'aluminium correspondant par exemple à la surface interne d'un fût de carter cylindres, la rapidité du déplacement du laser créée une hydrodynamique dans le bain métallique de la surface en fusion. Cette hydrodynamique dans le bain métallique est telle que le métal en fusion est soulevé et se refroidit dans cet état pour générer un profil en contre-dépouilles. [0028] La figure 7A montre une vue en perspective d'un tel motif 32 en contre- dépouille obtenu par fusion et soulèvement locaux. La figure 7B montre une vue en coupe d'un tel motif 32 en contre-dépouille. Un tel motif présente différente caractéristique notamment une largeur maximale LBH, une largeur minimale LBB, une hauteur H et un angle de contre dépouille y. Ce type de motif en contre dépouille est bien connu dans le cas du soudage au laser et correspond à la formation de défauts désignés par le terme "humping" en langue anglaise. Ainsi, il est avantageux que, selon le procédé proposé, le laser soit un laser de soudage pour la création des motifs en contre-dépouille tels que ceux illustrés. En d'autres termes, le défaut de "humping" du soudage est alors mis à profit pour générer des profils en contre-dépouille. [0029] Le laser de soudage se différencie d'autres lasers en ce que le laser de soudage est un laser continu contrairement aux lasers d'usinage qui sont des lasers pulsés. Plus particulièrement, le laser de soudage peut être un laser continu au CO2 permettant la fusion du matériau de la surface à préparer par un apport important de rayonnement infrarouge. La vitesse de balayage du laser sur la surface 30 est choisie pour que le matériau de la surface entre en fusion sans se sublimer ou s'évaporer. Ainsi dans le cas où la surface est en alliage d'aluminium, correspondant par exemple à la surface interne d'un fût de carter cylindres, la température localisée de la surface est de préférence inférieure à 2000°C lors de la formation des motifs. Une telle limitation de la température de la surface en alliage d'aluminium permet de ne pas dépasser la température d'évaporation des alliages d'aluminium qui se situe autour de 2500°C. [0030] En plus de différences dans la nature du laser, le procédé proposé se différencie aussi d'autres procédés de préparation de surface, en ce que la formation des motifs en contre-dépouille à l'aide du laser peut être dépourvue d'enlèvement de matière de la surface à préparer. En d'autres termes, les motifs en contre-dépouille ne sont pas créés par enlèvement de matière au laser tel que décrit dans les documents US2010080982 et DE 102008022225A1 où un laser vient creuser dans sa profondeur une surface à préparer. Cette caractéristique du procédé proposé présente l'avantage de ne pas créer de déchets en matériau de la surface à préparer. On évite alors : ^ la formation de copeaux comme dans le cas d'un usinage mécanique avec des outils de coupe, la récupération des copeaux pouvant entraîner une phase de rinçage ; - l'émission de particules fines comme dans le cas d'un usinage par sablage, la récupération des particules fines pouvant entraîner la mise en place de moyens 10 lourds de gestion de ces fines particules ; - la sublimation de la matière de la surface comme dans le cas d'un usinage à l'aide d'un laser, la récupération du gaz de matière sublimée pouvant entraîner la mise en place de moyens supplémentaires. [0031] De plus, comparativement au procédé de préparation de surface décrit 15 dans le document DE 102008022225A1, le motif en contre-dépouille de type "humping" peut être obtenu avec une seule passe du laser sur la surface ce qui permet de réduire les temps de cycle de préparation de la surface. En d'autres termes, lorsque la tache du laser passe une seule fois sur une portion de la surface à préparer, le motif 32 se forme tel qu'illustré précédemment. 20 [0032] II est aussi proposé un procédé de revêtement par projection thermique d'une surface. Le procédé de revêtement proposé comprend alors la préparation de la surface telle que précédemment décrite, préalablement à la projection de thermique de revêtement. La projection de revêtement thermique sur la surface présentant des motifs en contre-dépouille présente l'avantage d'une meilleure 25 adhérence. [0033] Une telle amélioration de l'adhérence peut être illustrée à l'aide des figures 8A, 8B, 9A, et 9B. Les figures 8A et 8B montrent une représentation schématique de l'adhérence procurée par une surface ne présentant pas de motifs en contre-dépouille. Les motifs 34 de la surface 30 sont dépourvus de contre-dépouille. Sans 30 contre-dépouilles, l'arrachement d'un revêtement 90 projeté thermiquement est aisé. Il n'y a pas de phénomènes d'ancrage, ce qui entraîne de faibles efforts d'arrachement ou de décollement du revêtement . [0034] Les figures 9A et 9B montrent une représentation schématique de l'adhérence procurée par une surface présentant des motifs en contre-dépouille.
Les motifs 32 correspondent au motif en contre-dépouille de type "humping" précédemment décrit. Avec des contre-dépouilles de chaque côté des motifs 32, l'arrachement d'un revêtement 90 projeté thermiquement est plus difficile grâce au phénomène d'ancrage généré. Les défauts de type humping servent ainsi de source d'ancrage des revêtements projetés thermiquement [0035] Les efforts d'arrachement et/ou décollement peuvent être décomposés comme suit pour les deux types de motifs : - pour des profils avec motifs 34 sans contre-dépouille, on peut obtenir des efforts d'arrachement et/ou décollement de 10 MPa à environ 50 MPa, les valeurs les plus élevées étant obtenues grâce à la projection d'un promoteur d'adhérence (revêtement projeté de type NiAI sur fûts de carters fonte ou NiCr sur fûts de carters aluminium par exemple). Or la projection d'un promotteur d'adhérence avant la projection du revêtement en lui-même constitue une étape supplémentaire ; - pour des profils de motifs avec contre-dépouille, on peut obtenir des efforts d'arrachement et/ou de décollement bien supérieurs, par exemple compris entre 40MPa et parfois supérieurs à 100MPa. [0036] Par ailleurs, la génération de profils en contre dépouilles par "humping" permet de ne pas dégrader les caractéristiques géométriques et dimensionnelles des fûts. [0037] En définitive, l'invention permet l'obtention d'un procédé de préparation de la surface intérieure d'un fût de carter cylindres permettant une meilleure adhérence du revêtement projeté ultérieurement mais qui ne présente pas les inconvénients des procédés précédents. [0038] Dans le procédé de revêtement proposé, il peut aussi être prévu d'appliquer une sous-couche d'adhérence préalablement à la projection thermique. La sous- couche d'adhérence peut être choisie en fonction de la matière composant le carter cylindres 80. Ainsi on peut choisir un revêtement de base NiAI pour les carters en fonte, et un revêtement de base NiCr pour les carters en aluminium. De façon alternative, on peut se passer d'une telle étape d'application d'une sous-couche d'adhérence du fait des niveaux d'adhérence possibles avec la formation des motifs en contre-dépouille proposée. On réalise alors un gain économique en enlevant une étape au procédé de revêtement. [0039] Le procédé de revêtement proposé peut comprendre un rodage après l'application par projection thermique du revêtement tel que précédemment décrit en référence avec la figure 4D. [0040] L'invention se rapporte encore à un carter cylindres comprenant un fût 82 dont la surface intérieure a avantageusement été préparée par le procédé de préparation précédemment décrit. De même un revêtement a pu avantageusement être appliqué sur la surface intérieure du fût 82 du carter cylindres 80 conformément au procédé de revêtement précédent. Lorsque le carter cylindres comprend une pluralité de fûts, la totalité des surfaces intérieures des fûts peuvent être préparées et/ou revêtues par la mise en oeuvre des procédés précédents. [0041] Les motifs en contre dépouille 32 illustrés aux figures 7A, 7B, 9A et 9B sont avantageusement adaptés pour le travail en cisaillement du revêtement soumis aux efforts de déplacement des segments portés par le piston dans le fût de carter cylindres. Ainsi les procédés et le carter cylindres proposés permettent avantageusement de satisfaire aux développements actuels où les moteurs sont de plus en plus chargés, avec par exemple un rapport poids/puissance de plus en plus faible ce qui implique des contraintes thermomécaniques importantes sur carters cylindres. [0042] Les figures 10 et 11 montrent des représentations schématiques de la répartition des motifs en contre-dépouille 32 formées sur la surface intérieure du fût 82 de carter cylindres. Selon la figure 10, les motifs 32 peuvent être réalisés parallèlement dans des plans perpendiculaires à l'axe du fût 82, avec un pas Dl prédéterminé. [0043] Alternativement, selon la figure 11, les motifs 32 peuvent être réalisés avec une géométrie hélicoïdale. Conformément à ce mode de réalisation, la figure 12 montre un outil 60 acheminant le laser 66 dans le fût 82. Le faisceau laser 66 est positionné de telle sorte que son point de focalisation permet de traiter la surface 30 du fût 82 par fusion localisée du métal. La synchronisation du déplacement vertical et du mouvement de rotation permet de générer une géométrie hélicoïdale sur la surface intérieure du fût 82. On obtient alors la répartition des motifs représentés en figure 11. Dans ce cas le déplacement vertical est synchronisé avec la vitesse de rotation de l'outil 60 autour de l'axe du fût 82 pour que le pas entre les motifs 32 soit égal à une distance D, prédéterminée. [0044] Le choix de la vitesse de rotation de l'outil autour de l'axe du fût 82 conditionne la rapidité du balayage du faisceau sur la surface 30. C'est cette rapidité du balayage du faisceau qui permet de créer une hydrodynamique dans le bain métallique tel que le métal en fusion est soulevé et se refroidit dans cet état, pour générer le profil en contre-dépouille. La répartition des motifs illustrés en figure 11 est obtenue par le déplacement de l'outil 60 selon deux hélices distinctes dans le fût 82. Alternativement, une géométrie hélicoïdale des motifs 32 peut être obtenue par le déplacement de l'outil selon une unique hélice autour de l'axe du fût 82. [0045] Dans un mode de réalisation préféré, l'outil 60 peut être couplé avec une torche de projection thermique, telle que la torche 96 décrite en référence avec la figure 4C. Ce mode de réalisation réduit le coût d'investissement pour une entité indépendante de projection thermique. De plus, ce mode de réalisation permet la mise en oeuvre du procédé de préparation sur un site dédié à la projection thermique. [0046] L'invention se rapporte aussi à un groupe motopropulseur comprenant un fût dont la surface intérieure a été préparée et/ou revêtue par la mise en oeuvre des procédés précédents. L'invention se rapporte également à un véhicule comprenant un moteur à combustion interne, le moteur à combustion interne comprenant avantageusement le carter cylindres précédent.