FR3103063A1 - Composant électromécanique avec lubrification intégrée et procédé de production d'un tel composant électromécanique - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de production d'un composant électromécanique (100) avec un lubrifiant intégré (200), dans lequel un corps de base (110) du composant électromécanique (100) avec une surface (111) est fourni lors d’une première étape. Un revêtement de contact (130) est ensuite créé sur la surface (111) du corps de base (110), des fissures (130) étant formées dans le revêtement de contact (120). Pour finir, le lubrifiant (200) servant à la lubrification du composant électromécanique (100) est formé dans les fissures (130) du revêtement de contact (120). Figure pour l’abrégé : Fig. 3
Description
La présente invention concerne un composant électromécanique avec une lubrification intégrée réalisée grâce à un lubrifiant agencé dans des fissures (fentes) d’un revêtement de contact du composant électromécanique. Le composant électromécanique est en particulier réalisé sous la forme d'un élément de contact électrique. La présente invention concerne en outre un procédé de fabrication d'un tel composant électromécanique à lubrification intégrée.
Lorsqu'ils sont utilisés conformément à leurs spécifications, les composants électromécaniques peuvent être exposés à de fortes contraintes mécaniques qui provoquent une usure de leurs surfaces respectives. Une telle usure peut compromettre la fonctionnalité du composant électromécanique respectif et entrainer ainsi un raccourcissement de sa durée de vie. Cela vaut en particulier pour des composants électromécaniques dont les surfaces sont équipées de revêtements de contact. Parmi ceux-ci, on compte par exemple des éléments de contact électrique qui sont exposés à des opérations répétées d’insertion et de retrait lorsqu'ils sont utilisés conformément à leurs spécifications. La durée de vie d'un tel élément de contact électrique est définie par le nombre maximal d’opérations d'insertion et de retrait au cours desquelles une connexion électrique fiable peut être établie entre l'élément de contact électrique respectif et son partenaire de contact. Étant donné que les éléments de contact électrique présentent en règle générale un revêtement extérieur (argent, or, etc.) servant, avant oxydation, de revêtement de contact pour le matériau de base sous-jacent du composant électromécanique (cuivre, aluminium, etc.), la durée de vie d'un tel contact électrique est déterminée par la durée de vie du revêtement extérieur. L'usure dudit revêtement de contact entraine en règle générale une augmentation de la résistance de contact et un comportement de contact non fiable du composant électromécanique respectif. En particulier, les revêtements de contact constitués de métaux communs sont sujets à une corrosion par frottement et donc à une usure accrue. Un autre phénomène qui a un effet négatif sur la durée de vie des revêtements de contact des composants électromécaniques est ce que l'on appelle le soudage à froid. Il se produit alors une liaison similaire à une soudure entre les surfaces de contact de deux composants métalliques. La solidité de cette liaison fait que la désolidarisation des deux partenaires de contact est généralement associée à une usure importante des surfaces de contact.
Afin d'augmenter la durée de vie du composant électromécanique, divers lubrifiants peuvent être appliqués sur le revêtement de contact. Comme les lubrifiants ne sont appliqués que superficiellement sur le composant électromécanique, ils sont généralement éliminés après seulement quelques opérations d'insertion et de retrait. En conséquence, l'effet protecteur du lubrifiant associé à la lubrification n'est fourni que pendant une durée relativement courte.
Le but de la présente invention est donc de proposer une possibilité d'améliorer la capacité de charge des surfaces extérieures mécaniquement sollicitées de composants électromécaniques tels que, par exemple, des éléments de contact électrique. Le but de la présente invention est atteint grâce à un procédé de production d'un composant électromécanique. Ledit but est en outre atteint grâce à un composant électromécanique.
La présente invention prévoit un procédé de production d'un composant électromécanique avec un lubrifiant intégré, comprenant les étapes de : fourniture d’un corps de base du composant électromécanique muni d’une surface, création d’un revêtement de contact sur la surface du corps de base, dans lequel des fissures sont formées dans le revêtement de contact, et formation du lubrifiant dans les fissures du revêtement de contact. Alors qu'avec un lubrifiant mis en place de manière simplement superficielle il n’y a plus, après seulement quelques opérations mécaniques d’établissement de contact, de lubrification suffisante des surfaces dans les régions de contact concernées, une lubrification permanente du composant électromécanique peut être obtenue à l'aide du lubrifiant intégré dans le revêtement de contact. Le lubrifiant provoque ici une réduction du frottement au niveau des surfaces de contact concernées du composant électromécanique. Cela empêche de manière efficace l'usure par abrasion des surfaces dans les régions de contact respectives. Le lubrifiant empêche en outre l'apparition d'effets de type soudage à froid. Grâce au placement du lubrifiant dans les fissures servant d’espace de dépôt pour le lubrifiant, une lubrification permanente des surfaces de contact concernées peut être obtenue.
Un mode de réalisation prévoit que le revêtement de contact soit créé par dépôt d’un matériau à l'aide d'un procédé de dépôt galvanique, physique et/ou chimique sur la surface du corps de base. Le revêtement de contact peut être créé de manière particulièrement facile à l'aide desdits procédés.
Un autre mode de réalisation prévoit que les paramètres du procédé de dépôt sont sélectionnés de sorte que le revêtement de contact soit créé avec une contrainte de traction intrinsèque. Les fissures sont créées par soulagement de la contrainte de traction intrinsèque au sein du revêtement de contact. A l'aide dudit procédé, il est particulièrement facile de générer des fissures au sein du revêtement de contact. Les dimensions des fissures peuvent alors être adaptées aux exigences respectives en faisant varier les paramètres du procédé de dépôt. En particulier, des fissures particulièrement étroites avec des largeurs de fissures situées dans la plage comprise entre 1 et 200 nm peuvent ainsi être créées. Ce type de faibles largeurs de fissures empêchent la corrosion et la diffusion de substances corrosives dans le revêtement de contact.
Un autre mode de réalisation prévoit que le revêtement de contact soit créé par dépôt d’un matériau contenant une substance volatile. Les fissures sont alors créées dans le revêtement de contact au moins partiellement par dégazage de la substance volatile hors du revêtement de contact. Ledit procédé rend particulièrement simple la création de fissures très fines au sein du revêtement de contact.
Un autre mode de réalisation prévoit que les fissures soient au moins partiellement créées dans le revêtement de contact grâce à un traitement thermique du revêtement de contact et/ou du composant électromécanique ou grâce à un traitement mécanique du revêtement de contact et/ou du composant électromécanique, en particulier grâce à une opération de laminage et/ou de cintrage. Les fissures souhaitées peuvent être générées de manière relativement simple à l'aide d'un traitement thermique reposant essentiellement sur un chauffage et/ou un refroidissement du revêtement de contact ou du composant électromécanique, en se servant des différents coefficients de dilatation des matériaux impliqués. Le traitement mécanique du revêtement de contact ou du composant électromécanique représente également un procédé particulièrement simple pour générer des fissures au sein du revêtement de contact.
Un autre mode de réalisation prévoit que le lubrifiant soit formé dans les fissures grâce à un procédé au cours duquel le lubrifiant est appliqué sous forme liquide sur la surface du revêtement de contact, dans lequel le lubrifiant pénètre dans les fissures par capillarité. Ledit procédé représente un procédé de fabrication particulièrement simple. De plus, la formation du lubrifiant dans les fissures peut aussi avoir lieu en immergeant le revêtement de contact dans un lubrifiant liquide ou dans une dispersion contenant le lubrifiant sous forme solide. Ledit procédé permet au lubrifiant de pénétrer plus facilement dans les fissures. En outre, le lubrifiant peut également être formé dans les fissures en introduisant le lubrifiant dans les fissures du revêtement de contact à l'aide d'un procédé de calandrage. Grâce à la pression ainsi générée, des lubrifiants moins fluides peuvent également être introduits dans les fissures. Enfin, le revêtement de contact peut également être exposé à une atmosphère gazeuse contenant le lubrifiant sous forme gazeuse afin de former le lubrifiant. Ledit procédé rend possible une pénétration particulièrement profonde du lubrifiant dans les fissures.
Un autre mode de réalisation prévoit qu’une substance de départ destinée à la formation du lubrifiant soit agencée sur la surface du revêtement de contact et/ou dans les fissures du revêtement de contact afin de former le lubrifiant dans les fissures du revêtement de contact, le lubrifiant étant créé grâce à une réaction du matériau de départ avec le matériau du revêtement de contact. Ledit procédé garantit que le lubrifiant est créé sur toute la surface du composant électromécanique.
Un autre mode de réalisation prévoit que le revêtement de contact soit exposé à une atmosphère gazeuse contenant sous une forme gazeuse la substance de départ destinée à la formation du lubrifiant. L'utilisation d'une substance de départ gazeuse garantit que le lubrifiant est généré même dans les fissures les plus fines du revêtement de contact.
Un autre mode de réalisation prévoit que le revêtement de contact soit créé à partir d'un matériau contenant de l'argent et qu'une substance contenant du soufre soit utilisée comme substance de départ. Une réaction de la substance contenant du soufre avec le matériau à base d'argent produit du sulfure d'argent. De cette manière, un lubrifiant particulièrement bien adapté à la lubrification des surfaces de contact du composant électromécanique est créé de manière particulièrement simple.
Un autre mode de réalisation prévoit que la formation du lubrifiant dans les fissures ait lieu dans une chambre à vide présentant une pression de gaz réduite. La pression de gaz réduite facilite la diffusion des gaz présents dans les fissures au début du procédé. La pénétration du lubrifiant dans les fissures est ainsi facilitée.
Un autre mode de réalisation prévoit qu'une couche intermédiaire soit créée entre le revêtement de contact et le corps de base. La couche intermédiaire sert de couche barrière pour les fissures s’étendant dans le revêtement de contact, et qu'elle serve de lubrifiant formé dans les fissures et/ou de substance de départ utilisée pour former le lubrifiant dans les fissures. Une telle couche intermédiaire peut garantir que les fissures, le lubrifiant et les substances associées au lubrifiant ne diffusent pas dans le corps de base situé en dessous. La durée de vie du composant électromécanique est ainsi augmentée.
Selon un autre aspect de la présente invention, un composant électromécanique avec un lubrifiant intégré est prévu, qui comprend un corps de base, un revêtement de contact formé sur une surface du corps de base, des fissures formées dans le revêtement de contact, et le lubrifiant agencé dans les fissures. Grâce au lubrifiant présent dans les fissures, un tel composant électromécanique présente une lubrification permanente de ses surfaces de contact. La durée de vie des surfaces de contact respectives et donc aussi celle du composant électromécanique peuvent ainsi être considérablement augmentées.
Un mode de réalisation prévoit que les fissures présentent des largeurs de fissures se situant de manière préférée dans la plage comprise entre 1 et 200 nm et en particulier dans la plage comprise entre 5 et 10 nm. Ce type de petites largeurs de fissures empêchent la pénétration de substances corrosives et donc la corrosion du revêtement de contact et du corps de base sous-jacent.
Un autre mode de réalisation prévoit que le revêtement de contact soit formé à partir d'un matériau contenant de l'argent et que le lubrifiant soit formé à partir de sulfure d'argent. L'argent étant un matériau fréquemment utilisé pour produire des revêtements de contact, la formation du lubrifiant sous la forme d'un sulfure d'argent est une forme particulièrement appropriée de lubrification pour le composant électromécanique. Comme du sulfure d’argent est en règle générale constamment formé lors de l’utilisation du composant électromécanique du fait de la réaction de l’argent avec des gaz de l'atmosphère qui contiennent du soufre, une lubrification permanente du composant électromécanique peut être obtenue.
Un autre mode de réalisation prévoit qu'une couche intermédiaire soit agencée entre le revêtement de contact et le corps de base du composant électromécanique. La couche intermédiaire sert de couche barrière pour l’extension des fissures et/ou de couche barrière pour les substances pénétrant à travers les fissures vers le corps de base. De cette manière, la formation de fissures ainsi que la corrosion provoquée par des substances en cours d’infiltration peut être empêchée de manière efficace au sein du corps de base. La durée de vie du composant électromécanique s’en trouve augmentée.
La présente invention est décrite plus en détail ci-dessous en se référant aux figures. On peut voir que :
Le concept décrit ci-dessous est destiné à augmenter la durée de vie des composants électromécaniques. La figure 1 montre un tel composant électromécanique 100, qui dans le présent exemple est réalisé sous la forme d'un élément de contact électrique permettant d’établir une connexion électrique avec un élément de contact électrique 300 complémentaire.
Le composant électromécanique 100, qui dans le présent exemple est réalisé sous la forme d'une structure conductrice allongée avec une section transversale essentiellement rectangulaire, est poussé entre deux pattes 310, 320 du contact complémentaire 300 réalisé sous la forme d'une pince, afin de produire un contact électrique. La flèche 105 illustre ici un possible sens d'insertion. Comme cela est représenté sur la figure 1, le composant électromécanique 100 présente, respectivement sur sa face supérieure 101 et sa face inférieure 102, des surfaces de contact 103, 104 qui, lorsqu'elles sont utilisées conformément à leurs spécifications, viennent en contact avec les surfaces de contact 311, 321 correspondantes du contact complémentaire 300. Afin de réduire le frottement s’exerçant entre les surfaces de contact 103, 104, 311, 321 pendant les opérations d'insertion et de retrait, il est prévu de munir le composant électromécanique 100 d'une lubrification permanente. Une telle lubrification permanente est obtenue en intégrant un lubrifiant approprié dans la couche externe du composant électromécanique 100. En fonction de l'utilisation, ladite lubrification permanente peut être réalisée sur toute la surface 121 du composant électromécanique 100 ou se limiter seulement à des régions spécifiques de la surface 121. Dans le présent exemple de mode de réalisation, la lubrification permanente n'est réalisée que sur les faces supérieure et inférieure 101, 102 du composant électromécanique 100. Le revêtement de contact lubrifiant 120 peut, comme cela est montré dans le présent document, se trouver du côté de la fiche, c’est-à-dire sur le composant électromécanique 100. De manière supplémentaire ou en variante, un revêtement de contact lubrifiant peut également être réalisé du côté de la prise femelle, c’est-à-dire sur le contact complémentaire 300.
La figure 2 montre une coupe transversale à travers le composant électromagnétique 100 de la figure 1. Le composant électromagnétique 100 est constitué ici d'un corps de base 110 et d'un revêtement de contact 120 agencé sur le corps de base 110. Le corps de base 110 est constitué de manière préférée d’un matériau métallique, par exemple de cuivre ou d’un alliage métallique. Le revêtement de contact 120 est également formé de manière préférée à partir d'un matériau métallique, par exemple de l'argent, de l'or, du nickel, de l'étain ou un autre métal approprié. En outre, le revêtement de contact peut également être constitué d'un alliage des métaux mentionnés ci-dessus contenant par exemple de l'antimoine, du palladium, du tungstène, du nickel, du cuivre, du fer, du platine, du titane, du molybdène, un carbure, du rhénium ou un autre métal approprié.
Comme cela est indiqué sur la figure 2 au moyen de hachures plus foncées, le revêtement de contact 120 présente sur les faces supérieure et inférieure 103, 104 du composant électromécanique 100 une lubrification intégrée réalisée sous la forme d'un lubrifiant inclus dans le revêtement de contact 120. A cet effet, la figure 3 montre de manière schématique une représentation détaillée du composant électromécanique 100 de la figure 2. On peut y voir que le revêtement de contact 120 réalisé sur la surface 111 du corps de base 110 présente un grand nombre de fissures 130 microscopiquement petites au sein desquelles est agencé un lubrifiant 200 permettant de lubrifier la surface 121 du revêtement de contact 120. Du fait du lubrifiant placé dans les fissures 130 servant d’espace de dépôt, une petite quantité de lubrifiant 200 est constamment libérée des fissures 130 lorsque le revêtement de contact 120 est sujet à une contrainte mécanique et à un déplacement relatif, ce qui provoque une lubrification de la surface 121 du revêtement de contact 120.
Le procédé de fabrication des fissures 130 est contrôlé de manière à ce que les fissures 130 présentent une très petite largeur de fissure (fente), de manière préférée dans la plage submicrométrique. Les largeurs de fissures typiques des fissures 130 se situent dans la plage comprise entre 1 et 200 nm et de manière préférée dans la plage comprise entre 5 et 10 nm. La corrosion et la diffusion de substances corrosives dans le revêtement de contact 120 sont ainsi empêchées. Les fissures 130 présentent des profondeurs qui se situent dans la plage de l'épaisseur de couche du revêtement de contact 120, par exemple entre 0,5 et 50 µm et de manière préférée dans la plage comprise entre 1 et 3 µm.
En fonction de l'utilisation, un empilement de couches composé de plusieurs couches peut également se trouver sur le corps de base 110, avec au moins une couche intermédiaire 150 agencée entre le corps de base 110 et le revêtement de contact 120. La figure 4 montre un exemple de mode de réalisation correspondant avec une seule couche intermédiaire 150. Une telle couche intermédiaire 150, qui est de manière préférée formée d'un matériau résistant (par exemple de l’or, du nickel, de l’argent, du palladium, etc.), peut servir de couche barrière empêchant à la fois la progression des fissures dans le corps de base 110 et la pénétration du lubrifiant 200 ou d'autres substances vers le corps de base 110.
Dans ce qui suit, une fabrication possible du composant électromécanique 100 montré ci-dessus est expliquée plus en détail en se référant aux figures. Dans une première étape de procédé, un corps 110 servant d'ébauche pour le composant électromécanique 100 est fourni. Cela est généralement mis en œuvre grâce à des procédés appropriés d’usinage des métaux lors desquels le corps de base est créé par formage et enlèvement de copeaux. Ladite étape de procédé est représentée sur la figure 5.
Dans une étape ultérieure de procédé, le revêtement de contact 120 est créé sur la surface 111 du corps de base 110 par dépôt d’un matériau approprié. En principe, tout procédé approprié peut être utilisé à cet effet, par exemple un dépôt galvanique, un dépôt de gaz d’origine physique (PVD, dépôt physique en phase vapeur) ou un dépôt de gaz d’origine chimique (CVD, dépôt chimique en phase vapeur). Sur la figure 6, le dépôt du matériau 124 permettant de créer le revêtement de contact 120 est indiqué par des flèches.
Le dépôt du matériau 124 est poursuivi jusqu'à ce que le revêtement de contact 120 ait été déposé avec l'épaisseur de couche souhaitée. L'épaisseur de couche dépend ici de l'application respective et est par exemple de 50 µm. Afin de favoriser la formation des fissures souhaitées au sein du revêtement de contact 120, le revêtement de contact 120 est de manière préférée créé avec une contrainte de traction intrinsèque. Sur la figure 7, qui montre le revêtement de contact 120 terminé, la contrainte de traction intrinsèque est indiquée au moyen de la flèche 126. La contrainte de traction intrinsèque souhaitée peut ici être obtenue en ajustant de manière appropriée les paramètres du procédé de dépôt. Une température de dépôt, une température de substrat et une vitesse de dépôt qui s'écartent d'une valeur optimale peuvent ici provoquer, entre autres choses, des états de contrainte correspondants au sein du revêtement de contact 120. La composition du matériau déposé a également une influence sur la formation des états de contrainte correspondants au sein du revêtement de contact 120.
Comme le montre la figure 8, les contraintes de traction intrinsèques 126 au sein du revêtement de contact 120 conduisent à la formation fissures 130 qui s'étendent typiquement sous forme de fissures (fentes) à partir de la surface 121 jusque dans le revêtement de contact 120. La figure 9 montre le revêtement de contact 120 avec des fissures 130 complètement formées. Comme on peut le voir ici, les profondeurs des fissures 130 se situent de manière préférée dans la plage d'épaisseur de couche du revêtement de contact 120. D’autres choix peuvent cependant être faits en fonction de l'application prévue. Les fissures 130 peuvent atteindre par exemple des profondeurs comprises entre 0,5 et 50 µm et situées de manière préférée dans la plage comprise entre 1 et 3 µm.
Les fissures 130 typiquement créées au sein du revêtement de contact 120 grâce au soulagement des contraintes de traction intrinsèques 126 se poursuivent également de manière latérale au sein du revêtement de contact 120 sur la figure 10, qui représente une vue de dessus d'une région de la surface 121 du revêtement de contact 120, on peut voir que les fissures 130 forment typiquement des fractures en forme de fissures (fentes) qui s'étendent et se répartissent respectivement de manière approximativement régulière en s'entrecroisant sur la surface 121 du revêtement de contact 120. Les fissures 130 présentent de manière préférée de faibles largeurs de fissures afin d'empêcher la pénétration de substances corrosives jusqu’au corps de base 110 sous-jacent. Des largeurs de fissures typiques des fissures 130 se situent dans la plage comprise entre 1 et 200 nm et de manière préférée dans la plage comprise entre 5 et 10 nm.
Comme déjà expliqué ci-dessus, la formation de fissures au sein du revêtement de contact 120 peut être initiée ou favorisée de diverses manières. Sur la figure 11, la formation des fissures 130 est illustrée à titre d'exemple par un dégazage d'une substance volatile 125 hors du revêtement de contact 120, laquelle substance est également incorporée dans le matériau du revêtement de contact 120. Une substance volatile possible est par exemple de l'hydrogène (H), qui a par exemple été incorporé dans le revêtement de contact 120 à partir de la phase gazeuse lors d'un dépôt de gaz d’origine physique ou chimique. Le dégazage de la substance volatile 125 crée des vides dans le réseau cristallin métallique du revêtement de contact 120, lesquels vides entrainent des contraintes de traction intrinsèques 126 au sein du revêtement de contact 120 et par conséquent la formation de fissures.
La figure 12 montre un procédé thermique grâce auquel la formation des fissures 130 au sein du revêtement de contact 120 est obtenue ou favorisée par apport d'énergie thermique 450. Un tel traitement thermique peut également utiliser différents coefficients de dilatation thermique des matériaux du corps de base 110 et du revêtement de contact 120. En principe, le traitement thermique représenté ici peut concerner à la fois le revêtement de contact 120 et le corps de base 110. En variante ou en plus de l'apport de chaleur (chauffage), le traitement thermique peut en principe comprendre également un refroidissement du revêtement de contact 120 et/ou du corps de base 110 afin d'obtenir la formation de fissures souhaitée au sein du revêtement de contact 120.
Sur la figure 13 est représenté un procédé mécanique au cours duquel le composant électromécanique 100 est traité mécaniquement au moyen d'un rouleau 400 afin de produire les fissures 130 au sein du revêtement de contact 120. Dans le présent exemple, le rouleau 400 est passé sur la surface 121 du revêtement de contact 120 avec une pression définie grâce un mouvement de rotation 401 dans le sens indiqué par la flèche 402. En plus d'un tel procédé de laminage, d'autres procédés mécaniques peuvent en principe être également utilisés pour initier ou favoriser la formation de fissures au sein du revêtement de contact 120, par exemple un cintrage, un étirement, une compression ou un martelage du composant électromécanique 100.
Sur les figures 14 et 15 sont représentées des photomicrographies des surfaces de deux revêtements de contact munis de fissures qui ont été fabriqués à l’aide de procédés différents. Dans les deux cas, il s'agit d'un agrandissement d'environ 4000 fois des surfaces concernées. La figure 14 montre la surface 121 d'un revêtement de contact 120 qui a été soumis à un procédé de cintrage en vue de former des fissures. Le cintrage a créé au sein du revêtement de contact 120 des fissures 130 qui s'étendent de manière essentiellement parallèle les unes par rapport aux autres. En revanche, la figure 15 montre la surface 121 d'un revêtement de contact 120 dont les fissures 130 sont apparues grâce à un dégazage d'hydrogène. Dans ce cas, les fissures 130 s’entrecroisent à la surface 121 du revêtement de contact 120 sans direction privilégiée. Comme le montrent les exemples des figures 14 et 15, le nombre, la forme, le tracé et la répartition des fissures 130 à la surface 121 du revêtement de contact 120 peuvent être influencés de la manière souhaitée grâce au choix du procédé de fabrication et à la modification des paramètres de procédé.
Un avantage essentiel du traitement mécanique du revêtement de contact 120 pour initier ou favoriser la formation de fissures est que ce traitement peut être mis en œuvre de manière localement très limitée et que les fissures 130 ne sont donc créées que dans les régions traitées. On peut donc faire en sorte qu’aucune fissure 130 ou au moins quelques-unes apparaissent à l'extérieur des surfaces de contact du composant électromécanique 100 et que le revêtement de contact 120 ne soit pas affaibli inutilement dans lesdites régions par la formation de fissures.
Après la création des fissures 130 dans les régions souhaitées du revêtement de contact 120, un lubrifiant 200 est formé dans les fissures 130 lors d’une étape ultérieure de procédé. Divers procédés peuvent en principe être utilisés à cet effet. La figure 16 montre un procédé au cours duquel le composant électromécanique 100 est immergé dans un récipient 410 avec un liquide 230 contenant le lubrifiant 200. Le liquide 230 peut être un lubrifiant liquide 200 ou bien une dispersion sous la forme d’un lubrifiant solide 200 présent sous forme de particules dans un solvant. Afin de permettre au lubrifiant 200 de pénétrer aussi profondément que possible dans les fissures 130 du revêtement de contact 120, il est pertinent d'utiliser un liquide 230 présentant une capacité de fluage la plus élevée possible. Dans le cas d'une dispersion avec un lubrifiant solide 200, il est en outre pertinent de sélectionner la taille de particule du lubrifiant solide 200 de manière à ce qu’elle soit significativement plus petite que les largeurs des fissures 130.
En principe, la formation du lubrifiant 200 dans les fissures 130 peut également être obtenue par simple application d’un liquide approprié sur le revêtement de contact 120. Le liquide peut être un lubrifiant liquide 200 ou bien une dispersion contenant le lubrifiant 200 sous forme solide. A cet effet, la figure 17 montre un procédé correspondant dans lequel le lubrifiant 200 est appliqué sous forme liquide sur la surface 121 du revêtement de contact 120 et est enfoncé dans les fissures 130 du revêtement de contact 120 au moyen d'un rouleau 400. Le procédé utilisé peut être ce que l’on appelle un calandrage, qui sert par exemple à revêtir les surfaces de structures de type film. Le procédé de calandrage en question comprend en règle générale une combinaison de plusieurs rouleaux de lissage chauffés, afin de répartir la substance liquide sur la surface ou afin de l'enfoncer dans celle-ci, en exerçant une pression définie sur ladite surface.
Le lubrifiant liquide 200 ou une dispersion contenant des particules d'un lubrifiant solide 200 peut être appliqué(e) sur la surface 121 du revêtement de contact 120, par exemple à l'aide d'un dispositif de pulvérisation 440 montré à titre d'exemple sur la figure 18. Le lubrifiant liquide 200 peut ici être réparti sur la surface 121 de revêtement de contact par l’intermédiaire d’une ou plusieurs buse(s) de pulvérisation 441.
En variante par rapport à l'application d'un liquide sur le revêtement de contact 120, la formation du lubrifiant 200 dans les fissures 130 peut également être obtenue à l'aide d'une atmosphère gazeuse appropriée. A cet effet, la figure 19 montre à titre d’exemple le composant électromécanique 100 agencé dans une chambre 430. La chambre 200 contient une atmosphère gazeuse 220 définie, dont la composition peut être ajustée grâce à l’acheminement d’au moins une substance gazeuse 210 par l’intermédiaire d’une alimentation en gaz 431. Dans le présent exemple, une substance de départ 210 destinée à la formation du lubrifiant 200 est acheminée sous forme gazeuse, laquelle substance est ensuite déposée sur la surface 121 du revêtement de contact 120 et au niveau des parois internes des fissures 130. La substance de départ 210 est de manière préférée une substance réactive qui réagit chimiquement avec le matériau du revêtement de contact 120 et forme alors le lubrifiant 200. Si le revêtement de contact 120 est constitué d'argent métallique ou d'un autre matériau contenant de l'argent, un gaz contenant du soufre peut être utilisé comme substance de départ 210. La substance de départ 210 contenant du soufre réagit avec l'argent du revêtement de contact 120 pour donner du sulfure d'argent, qui sert de lubrifiant 200. Du fait de la diffusion de la substance de départ 210 gazeuse, les fissures 130 sont également remplies avec le lubrifiant 200.
Afin de faciliter la pénétration de la substance de départ 210 gazeuse dans les fissures 130, la formation du revêtement de contact peut également avoir lieu sous une pression réduite dans un environnement gazeux. A cet effet, la figure 20 montre un dispositif à vide 420 avec une chambre à vide 421 au sein de laquelle est agencé le composant électromécanique 100. Une pompe à vide 422 reliée à ladite chambre à vide génère une pression négative dans la chambre à vide 421. Grâce à l’acheminement d’une substance de départ 210 gazeuse, une atmosphère gazeuse sous vide 220 présentant une pression partielle définie de la substance de départ 210 est établie dans la chambre à vide 421. En raison de la pression réduite à l'intérieur de la chambre à vide 421, les molécules de gaz précédemment existantes sont essentiellement éliminées des fissures 130. Il en résulte que les molécules de la substance de départ 210 gazeuse peuvent diffuser de manière relativement facile dans les fissures 130.
En variante par rapport à l'utilisation d'une substance de départ 210 gazeuse, plusieurs substances de départ gazeuses formant un lubrifiant 200 approprié grâce à une réaction conjointe peuvent en principe également être utilisées au sein des procédés montrés sur les figures 17 et 18. Un lubrifiant 200 sous forme gazeuse peut en outre être en principe utilisé dans les cas décrits.
La formation du lubrifiant 200 dans les fissures 130 du revêtement de contact 120 peut en principe avoir également lieu pendant la formation des fissures 130. A cet effet, le revêtement de contact est exposé à un lubrifiant 200 correspondant ou à une substance de départ 210 formant le lubrifiant 200, et le procédé permettant la formation des fissures 130 au sein du revêtement de contact 120 est alors mis en œuvre.
Toutes les substances appropriées qui sont stables dans les conditions typiques propres à l'application respective peuvent en principe être utilisées comme lubrifiant 200. Outre les substances minérales (par exemple sulfure d'argent, sulfure de molybdène, lubrifiant à base de carbone (par exemple graphite, etc.), on trouve également les substances organiques (par exemple les polyalphaoléfines, les acides organiques, les thiols, etc.).
Bien que la présente invention ait été illustrée et décrite de manière plus détaillée grâce aux exemples de mode de réalisation préférés, la présente invention n'est pas limitée par les exemples fournis. Au contraire, d'autres variations et combinaisons de caractéristiques peuvent en être dérivées par l'homme du métier sans sortir du périmètre de protection de la présente invention.
Liste des symboles de référence
100 composant électromécanique
101 face supérieure du composant électromécanique
102 face inférieure du composant électromécanique
103, 104 surfaces de contact
105 sens d'insertion
110 corps de base du composant électromécanique
111 surface du corps de base
112 face supérieure du corps de base
113 face inférieure du corps de base
120 revêtement de contact
121 surface du revêtement de contact
124 matériau du revêtement de contact
125 substance volatile
126 contrainte mécanique au sein du revêtement de contact
130 fissures
150 couche intermédiaire
151 surface de la couche intermédiaire
200 lubrifiant
210 substance de départ
220 atmosphère gazeuse
230 liquide contenant le lubrifiant
300 contact complémentaire
310 première patte de contact
311 surface de contact de la première patte de contact
320 seconde patte de contact
321 surface de contact de la seconde patte de contact
400 rouleau
401 sens de rotation du rouleau
402 sens de déplacement du rouleau
410 récipient
420 dispositif à vide
421 chambre à vide
422 pompe à vide
430 chambre
431 alimentation en gaz
440 dispositif de pulvérisation
441 buse
450 chaleur/froid
Claims (15)
- Procédé de production d'un composant électromécanique (100) avec un lubrifiant intégré, comprenant les étapes de :
- fourniture d’un corps de base (110) du composant électromécanique (100) muni d’une surface (111),
- création d’un revêtement de contact (130) sur la surface (111) du corps de base (110), dans lequel des fissures (130) sont formées dans le revêtement de contact (120), et
- formation du lubrifiant (200) dans les fissures (130) du revêtement de contact (120).
- Procédé selon la revendication 1,
dans lequel le revêtement de contact (120) est créé par dépôt d’un matériau (124) à l'aide d'un procédé de dépôt galvanique, physique et/ou chimique sur la surface (111) du corps de base (110).
- Procédé selon la revendication 2,
dans lequel les paramètres du procédé de dépôt sont sélectionnés de sorte que le revêtement de contact (120) est créé avec une contrainte de traction intrinsèque (126), et
dans lequel les fissures (130) sont créées par soulagement de la contrainte de traction intrinsèque (126) au sein du revêtement de contact (120).
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
dans lequel le revêtement de contact (120) est créé par dépôt d’un matériau (124) contenant une substance volatile (125), et
dans lequel les fissures (130) sont créées dans le revêtement de contact (120) au moins partiellement par dégazage de la substance volatile (125) hors du revêtement de contact (120).
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
dans lequel les fissures (130) sont créées dans le revêtement de contact (120) au moins partiellement grâce à :
- un traitement thermique du revêtement de contact (120) et/ou du composant électromécanique (100), et/ou
- un traitement mécanique du revêtement de contact (120) et/ou du composant électromécanique (100), en particulier grâce à une opération de laminage et/ou de cintrage.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
dans lequel le lubrifiant (200) est formé dans les fissures (122) grâce à au moins un des procédés ci-dessous :
- application du lubrifiant (200) sous forme liquide sur la surface (121) du revêtement de contact (120), dans lequel le lubrifiant (200) pénètre dans les fissures (123) par capillarité ;
- immersion du revêtement de contact (120) dans un lubrifiant (200) liquide ou dans une dispersion (230) contenant le lubrifiant (200) sous forme solide ;
- introduction du lubrifiant (200) dans les fissures (123) du revêtement de contact (120) à l'aide d'un procédé de calandrage ; et
- exposition du revêtement de contact (120) à une atmosphère gazeuse (240) contenant le lubrifiant (200) sous forme gazeuse.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
dans lequel une substance de départ (210) destinée à la formation du lubrifiant (210) est agencée sur la surface (121) du revêtement de contact (120) et/ou dans les fissures (130) du revêtement de contact (120) afin de former le lubrifiant (200) dans les fissures (130) du revêtement de contact (120), dans lequel le lubrifiant (200) est créé grâce à une réaction de la substance de départ (210) avec le matériau (124) du revêtement de contact (120).
- Procédé selon la revendication 7,
dans lequel le revêtement de contact (120) est exposé à une atmosphère gazeuse (240) qui contient sous forme gazeuse la substance de départ (210) destinée à la formation du lubrifiant (200).
- Procédé selon la revendication 7 ou 8,
dans lequel le revêtement de contact (120) est créé à partir d'un matériau contenant de l'argent, et
dans lequel une substance contenant du soufre est utilisée comme substance de départ (210).
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
dans lequel la formation du lubrifiant (200) dans les fissures (130) a lieu dans une chambre à vide (421) présentant une pression de gaz réduite.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
dans lequel une couche intermédiaire (150) est créée entre le revêtement de contact (120) et le corps de base (110), et
dans lequel la couche intermédiaire (150) sert de couche barrière pour :
- les fissures (130) s'étendant dans le revêtement de contact (120),
- le lubrifiant (200) formé dans les fissures (130), et/ou
- une substance de départ (210) utilisée pour former le lubrifiant (200) dans les fissures (130).
- Composant électromécanique (100) avec un lubrifiant intégré (200), comprenant :
- un corps de base (110),
- un revêtement de contact (120) formé sur une surface (111) du corps de base (110),
- des fissures (130) formées dans le revêtement de contact (120), et
- le lubrifiant (200) agencé dans les fissures (130).
- Composant électromécanique (100) selon la revendication 12,
dans lequel les fissures (130) présentent des largeurs de fissures situées de manière préférée dans la plage comprise entre 1 et 200 nm et de manière particulièrement préférée dans la plage comprise entre 5 et 10 nm.
- Composant électromécanique (100) selon la revendication 12 ou 13,
dans lequel le revêtement de contact (120) est formé à partir d'un matériau contenant de l'argent, et dans lequel le lubrifiant (200) est formé à partir de sulfure d'argent.
- Composant électromécanique (100) selon l'une quelconque des revendications 12 à 14,
dans lequel une couche intermédiaire (150), servant de couche barrière pour l’extension des fissures (130) et/ou de couche barrière pour des substances pénétrant à travers les fissures (130) vers le corps de base (110), est agencée entre le revêtement de contact (120) et le corps de base (110) du composant électromécanique (100).
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