<B>Procédé de</B> fabrication d'une pièce métallique La présente invention a pour objet un pro cédé de fabrication d'une pièce métallique comportant une garniture d'aluminium fritté et une partie formée et réunie à cette garniture par coulage. Par aluminium, on entend égale ment les alliages d'aluminium. Dans la fabrication de pistons pour machines à combustion interne, il est désirable de former les parties du piston qui sont exposées aux plus grands efforts à chaud en un matériel particu lièrement résistant à la chaleur.
Par exemple, dans ce but, des têtes de champignons en métal lourd ou des plaques de fer ont été employées pour former des pistons par coulage, et der nièrement, vu leur faible poids et leur capacité de résistance à la chaleur, on a employé des corps frittés en aluminium. Ces corps en métal fritté sont formés de très petites particules d'alu minium ou d'alliages d'aluminium que l'on a comprimées ensemble à chaud et sous une haute pression, et qui peuvent être encore comprimées à nouveau dans un procédé d'ex trusion. Les fines particules d'aluminium per cent, à leurs points de contact, leurs pellicules d'oxyde, et il se forme ainsi un corps à forte résistance, ayant en même temps une bonne conductibilité électrique et thermique.
Cependant, ces corps en métal fritté sont tou jours recouverts d'une mince pellicule d'oxyde sur la surface extérieure des particules, qui empêche que ces corps frittés, quand on les réunit par coulage avec des métaux, par exemple l'aluminium ou les alliages d'aluminium, s'unis sent fermement et intimement avec ceux-ci. Il en résulte qu'il est nécessaire de libérer le corps fritté de sa pellicule superficielle d'oxyde, par exemple par soufflage de sable ou par tout autre traitement de surface, à un moment aussi proche que possible de celui où on effectue la coulée. Ceci entraîne des opérations ennuyeuses et coûteuses.
En particulier, il a été jusqu'à présent impossible, dans la fabrication sur une grande échelle, de préparer des garnitures internes frittées propres à être emmagasinées. Il a été de même impossible d'empêcher qu'il se forme une pellicule fraîche d'oxyde dans l'intervalle entre l'enlèvement de l'oxyde du corps fritté et le moment du coulage, spécia lement quand lesdits corps frittés ainsi nettoyés sont, comme c'est la règle, préchauffés avant l'opération de moulage.
Le but de l'invention est d'obvier à ces inconvénients. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on libère de son oxyde la surface de cette garniture destinée à venir en contact avec le métal en fusion, on applique une couche métallique de protection à ladite surface de la garniture, et on coule du métal de façon à le réunir à ladite garniture. Il est possible, de cette manière, de produire des garnitures intérieures frittées qu'on peut stocker et conserver aussi longtemps que désiré.
De plus il n'y a ainsi plus d'intervalle entre l'enlèvement de l'oxyde et la coulée de métal pendant lequel il pourrait se former une pellicule fraîche d'oxyde, car l'application de la couche protectrice peut être effectuée dans un bain électrolytique en même temps que l'enlèvement de la couche d'oxyde, et la couche métallique de protection est enlevée partiellement ou complètement au moment où le métal coulé lui-même couvre la surface exempte d'oxyde de la garniture frittée. Un autre avantage réside dans le fait que la couche de protection, lors qu'elle est faite en un métal convenablement choisi à ces fins, se combine très intimemenu, par exemple par solution ou diffusion, avec le métal coulé, à la zone frontière entre les deux,
de sorte qu'une grande résistance de la conne xion entre la garniture frittée et le corps moulé est ainsi assurée. Il se produit alors aussi une fusion immédiate de la couche de surface du corps fritté avec le métal coulé.
L'application de la couche métallique protec trice, soit directement sur la garniture de métal fritté, soit sur le revêtement métallique, peut être effectuée en pratique de diverses manières. De préférence, on procède de façon que l'enlè vement de la couche d'oxyde ait lieu en même temps que l'application de la couche pro tectrice de métal, à l'abri de l'air, en vue d'éviter une réoxydation. On a trouvé avantageux de produire la couche de métal protectrice sur des garnitures de métal fritté par le procédé dit de contact en plongée , par exemple en plongeant des garnitures frittées en aluminium dans des solutions de sels basiques de métaux, telles que des solutions de zincates.
La couche protectrice peut cependant être produite aussi électrolytiquement, par exemple dans un bain basique. Une autre méthode consiste à fondre la couche métallique de protection sur le corps de métal fritté en employant des ondes ultra- soniques. Cela peut être fait en suspendant l'objet fritté dans un bain de métal fondu qui est agité par des ondes ultrasoniques produites par un oscillateur à magnétostriction. Une telle technique est utilisée pour teinter les surfaces d'aluminium. La couche d'oxyde peut être détachée de la surface au moyen de vibrations ultrasoniques pour permettre au métal de recou vrement de s'unir parfaitement avec la surface nettoyée du corps de métal fritté.
La couche métallique de protection peut être déposée par vaporisation sous un vide élevé, après qu'on a enlevé préalablement la couche d'oxyde de la garniture de métal fritté.
Des expériences ont montré que de nombreux métaux conviennent pour la formation de la couche métallique de protection sur des garni tures internes frittées. De façon générale, le métal de revêtement peut être choisi en partant de deux points de vue. Primo, on peut choisir des métaux ou des alliages métalliques qui se dissolvent dans le métal de coulée. Dans ce cas, cela n'a pas d'importance que le métal de revê tement, par exemple le nickel ou le chrome, ait un point de fusion beaucoup plus élevé que la température de coulée, s'il a une solubilité suffisante dans - le métal de coulée. Lorsqu'on emploie comme métal de coulée de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, on peut employer par exemple le zinc, le cadmium, l'argent, le cui vre, le nickel et le chrome comme métal de revêtement.
En revanche, on peut employer comme métal de revêtement des métaux ou des alliages insolubles ou seulement peu solubles dans le métal de coulée, si leurs points de fusion sont inférieurs à la température de coulée, de telle sorte que ces métaux de revêtement sont fondus et éliminés de la surface du corps fritté par le métal de coulée, et qu'on obtient la liaison immédiate de ce dernier avec la surface du corps fritté. Ainsi le plomb, l'étain, le bismuth et l'antimoine, par exemple, con viennent comme métaux de protection pour des corps frittés en aluminium lorsque l'on emploie l'aluminium ou un alliage d'aluminium comme métal de coulée.
Le procédé peut, bien entendu, être appliqué avec des métaux de coulée autres que l'alu minium. Par exemple, il rend possible la fixation, par coulage, de garnitures frittées d'aluminium dans du cuivre. Dans ce cas, comme aussi dans beaucoup d'autres, le zinc s'est trouvé être un métal de revêtement convenable pour des garnitures frittées.
Le dessin annexé représente une photo micrographie avec agrandissement linéaire d'en viron 100 fois; on y voit la zone de liaison entre un alliage eutectique aluminium-silicium, qui convient pour des pistons, et une garniture interne frittée en aluminium, qui a été fixée en place par coulée pour former le piston. On peut voir en a la structure typique du corps fritté en aluminium, tandis que la structure de l'eu- tectique aluminium-silicium est visible en c. Entre les deux, se trouve une zone de transition b dans laquelle la garniture frittée a partiellement fondu et s'est liée au métal de piston coulé. Le zinc de la couche de transition s'est allié surtout au métal de piston.
L'épaisseur de la couche métallique de pro tection varie selon le métal employé et le temps mis au traitement. Dans le cas du zinc, on a employé des couches ayant une épaisseur d'en viron 20 à 40 #t. Pour d'autres métaux, par exemple le chrome, des couches d'une épaisseur maximum de 10 ji, ont été suffisantes.
On a trouvé, dans la pratique, que dans cer tains cas, spécialement quand on effectue la coulée à de hautes températures, non seulement la couche de protection, consistant par exemple en zinc, entre en solution et est enlevée par le métal de coulée, mais encore que des particules de la garniture métallique frittée sont aussi enlevées et enrobées de métal de coulée, ce qui nuit aux propriétés mécaniques du corps moulé, en particulier à sa dureté.
Cette difficulté peut être surmontée en for mant la couche métallique de protection en deux opérations. On munit d'abord la garniture métallique frittée d'un premier revêtement, de préférence en le métal de coulée. Cette enve loppe de métal recouvre au moins une grande partie du métal fritté; il n'est pas nécessaire qu'elle le couvre en entier. La surface extérieure de la garniture est ensuite recouverte d'un second revêtement métallique, au moins sur les parties non recouvertes par ladite enveloppe lorsque celle-ci est faite en un métal ou alliage qui ne s'oxyde pas facilement. On peut former des garnitures métalliques frittées, ainsi enveloppées, par pressage, étirage ou frittage du corps fritté avec l'enveloppe métallique.
Le résultat de cet enveloppement de la garniture métallique frittée est que, lorsqu'on verse le métal de coulée sur ou autour de la garniture, l'attaque par le métal de coulée ne peut s'étendre qu'à la couche de protection et aux zones extérieures de l'enveloppe de la garniture métallique frittée, enveloppe qui consiste en un même métal que le métal coulé ou en un métal de même genre, et non au métal fritté lui-même. Un enlèvement partiel de cette enveloppe par le métal de coulée ne peut endom mager le corps moulé.
Au contraire, l'union ho mogène avec le métal fritté est ainsi favorisée, en assurant une liaison solide de la garniture frittée, en raison de son union mécanique intime avec l'enveloppe, liaison obtenue avant l'opération de coulée, et pour laquelle on peut effectuer tout prétraitement approprié par pressage, frittage, etc.
On donne maintenant deux exemples de mise en aeuvre du procédé décrit. <I>Exemple 1</I> On insère une tige cylindrique en aluminium fritté d'un diamètre de 50 mm dans un tube en un alliage convenant pour pistons d'alu minium et qui est le même que celui devant être employé pour le coulage, ou semblable à celui-ci. Ce tube a un diamètre interne de 50 mm et un diamètre externe de 70 mm. Le métal fritté et le tube formant enveloppe sont alors traités à chaud par un procédé d'extrusion, en réduisant le diamètre total à tel point qu'il en résulte une union intime entre le métal fritté et le métal de l'enveloppe. De la masse extrudée ainsi obtenue, on découpe des disques d'une épaisseur d'en viron 10 mm que l'on libère de leur oxyde de surface.
On munit alors ces disques d'une couche protectrice métallique en zinc. Pour la fabri cation de pistons pour machines à combustion interne, on place ces plaques en forme de disques dans le moule froid de telle manière qu'elles forment une partie de la tête du piston. <I>Exemple 2</I> Des disques d'une épaisseur de 10 mm sont découpés d'une barre cylindrique d'aluminium fritté d'un diamètre de 50 mm, et sont pressés en chauffant entre des pièces en forme de disques d'une épaisseur de 5 à 10 mm, faites en le métal qui doit être coulé, ou en un métal semblable. Après que les disques de métal fritté ont été ainsi pressés entre lesdites pièces formant couverture, le traitement subséquent est effectué comme à l'exemple 1.
<B> Process for </B> Manufacturing a Metal Part The present invention relates to a process for manufacturing a metal part comprising a sintered aluminum lining and a part formed and joined to this lining by casting. By aluminum is also meant aluminum alloys. In the manufacture of pistons for internal combustion machines, it is desirable to form the parts of the piston which are exposed to the greatest hot stresses from a material particularly resistant to heat.
For example, for this purpose, heavy metal mushroom heads or iron plates have been used to form pistons by casting, and lastly, due to their low weight and heat resistance capacity, sintered aluminum bodies. These sintered metal bodies are formed from very small particles of aluminum or aluminum alloys which have been pressed together hot and under high pressure, and which can be further compressed again in a process. ex trusion. The fine particles of aluminum per cent, at their contact points, their oxide films, and thus a high resistance body is formed, having at the same time good electrical and thermal conductivity.
However, these sintered metal bodies are always covered with a thin film of oxide on the outer surface of the particles, which prevents these sintered bodies, when cast together with metals, for example aluminum or aluminum alloys, unites feels firmly and intimately with these. As a result, it is necessary to release the sintered body from its surface oxide film, for example by sandblasting or by any other surface treatment, at a time as close as possible to that at which the casting is carried out. This results in tedious and expensive operations.
In particular, it has heretofore been impossible in large-scale manufacturing to prepare sintered internal linings suitable for storage. It has also been impossible to prevent the formation of a fresh film of oxide in the interval between the removal of the oxide from the sintered body and the time of casting, especially when said sintered bodies thus cleaned are. , as is the rule, preheated before the molding operation.
The aim of the invention is to obviate these drawbacks. The method according to the invention is characterized in that the surface of this lining intended to come into contact with the molten metal is freed from its oxide, a protective metallic layer is applied to said surface of the lining, and the coating is poured. metal so as to join it to said lining. In this way, it is possible to produce sintered interior linings which can be stored and kept for as long as desired.
In addition there is thus no longer an interval between the removal of the oxide and the pouring of the metal during which a fresh oxide film could form, because the application of the protective layer can be carried out in an electrolytic bath simultaneously with the removal of the oxide layer, and the protective metal layer is partially or completely removed as the cast metal itself covers the oxide-free surface of the sintered packing. Another advantage lies in the fact that the protective layer, when it is made of a metal suitably chosen for these purposes, combines very intimately, for example by solution or diffusion, with the cast metal, at the border zone between both,
so that a high resistance of the connection between the sintered gasket and the molded body is thus ensured. There then also occurs an immediate fusion of the surface layer of the sintered body with the cast metal.
The application of the protective metallic layer, either directly to the sintered metal lining or to the metallic coating, can be practically carried out in various ways. Preferably, the procedure is such that the removal of the oxide layer takes place at the same time as the application of the protective metal layer, away from air, in order to avoid reoxidation. It has been found advantageous to produce the protective metal layer on sintered metal linings by the so-called dip contact process, for example by dipping sintered aluminum linings in solutions of basic metal salts, such as solutions of zincates. .
The protective layer can however also be produced electrolytically, for example in a basic bath. Another method is to melt the protective metal layer on the sintered metal body using ultrasonic waves. This can be done by suspending the sintered object in a bath of molten metal which is agitated by ultrasonic waves produced by a magnetostriction oscillator. Such a technique is used to tint aluminum surfaces. The oxide layer can be detached from the surface by means of ultrasonic vibrations to allow the cover metal to unite perfectly with the cleaned surface of the sintered metal body.
The protective metal layer can be vapor deposited under a high vacuum, after the oxide layer has been previously removed from the sintered metal lining.
Experiments have shown that many metals are suitable for forming the protective metal layer on sintered internal linings. Generally speaking, the coating metal can be chosen from two points of view. First, you can choose metals or metal alloys which dissolve in the casting metal. In this case, it does not matter that the coating metal, for example nickel or chromium, has a much higher melting point than the casting temperature, if it has sufficient solubility in - the casting metal. When aluminum or an aluminum alloy is used as the casting metal, for example, zinc, cadmium, silver, copper, nickel and chromium can be used as the coating metal.
On the other hand, metals or alloys which are insoluble or only slightly soluble in the casting metal can be used as coating metal, if their melting points are lower than the casting temperature, so that these coating metals are melted and removed from the surface of the sintered body by the casting metal, and that immediate bonding of the latter with the surface of the sintered body is obtained. Thus lead, tin, bismuth and antimony, for example, are suitable as protective metals for aluminum sintered bodies when aluminum or an aluminum alloy is employed as the casting metal.
The process can, of course, be applied with casting metals other than aluminum. For example, it makes it possible to fix, by casting, sintered linings of aluminum in copper. In this case, as also in many others, zinc has been found to be a suitable coating metal for sintered linings.
The accompanying drawing represents a photo micrograph with linear enlargement of about 100 times; it shows the bonding area between an aluminum-silicon eutectic alloy, which is suitable for pistons, and an aluminum sintered internal gasket, which has been cast in place to form the piston. The typical structure of the aluminum sintered body can be seen in a, while the structure of the aluminum-silicon euectic is visible in c. In between is a transition zone b in which the sintered packing has partially melted and bonded to the cast piston metal. The zinc in the transition layer has mostly alloyed with the piston metal.
The thickness of the protective metal layer varies depending on the metal used and the time taken for treatment. In the case of zinc, layers having a thickness of about 20 to 40 #t have been employed. For other metals, for example chromium, layers of a maximum thickness of 10 µm, have been sufficient.
It has been found in practice that in some cases, especially when the casting is carried out at high temperatures, not only the protective layer, consisting for example of zinc, goes into solution and is removed by the casting metal, but still that particles of the sintered metal lining are also removed and coated with the casting metal, which adversely affects the mechanical properties of the molded body, in particular its hardness.
This difficulty can be overcome by forming the protective metal layer in two operations. The sintered metal lining is first provided with a first coating, preferably of the casting metal. This metal shell covers at least a large part of the sintered metal; it does not have to cover it entirely. The outer surface of the lining is then covered with a second metallic coating, at least on the parts not covered by said envelope when the latter is made of a metal or alloy which does not oxidize easily. Sintered metal linings, thus wrapped, can be formed by pressing, stretching or sintering the sintered body with the metal casing.
The result of this envelopment of the sintered metal liner is that when the casting metal is poured over or around the liner, the attack by the cast metal can only extend to the protective layer and to the liner. outer zones of the envelope of the sintered metal lining, which envelope consists of the same metal as the cast metal or of a similar metal, and not of the sintered metal itself. Partial removal of this casing by the casting metal cannot damage the molded body.
On the contrary, the homogeneous union with the sintered metal is thus favored, ensuring a solid bond of the sintered lining, due to its intimate mechanical union with the casing, bond obtained before the casting operation, and for which any suitable pretreatment can be carried out by pressing, sintering, etc.
We now give two examples of implementation of the described process. <I> Example 1 </I> A cylindrical sintered aluminum rod with a diameter of 50 mm is inserted into a tube made of an alloy suitable for aluminum pistons and which is the same as that to be used for casting , or similar to this. This tube has an internal diameter of 50 mm and an external diameter of 70 mm. The sintered metal and the casing tube are then heat treated by an extrusion process, reducing the overall diameter to such an extent that an intimate union between the sintered metal and the casing metal results. From the extruded mass thus obtained, discs with a thickness of about 10 mm are cut out, which are freed from their surface oxide.
These discs are then provided with a protective metal layer of zinc. For the manufacture of pistons for internal combustion machines, these disc-shaped plates are placed in the cold mold in such a way that they form part of the piston head. <I> Example 2 </I> Discs with a thickness of 10 mm are cut from a cylindrical bar of sintered aluminum with a diameter of 50 mm, and are pressed by heating between disc-shaped pieces of '5-10mm thick, made of the metal to be cast, or a similar metal. After the sintered metal disks have been thus pressed between said cover parts, the subsequent treatment is carried out as in Example 1.