CH490625A - Procédé de fabrication d'une matière de frottement - Google Patents

Description

  Procédé de     fabrication    d'une     matière    de frottement    Dans le brevet français No 1147956, déposé le 7 dé  cembre 1955 au nom de la titulaire, est décrite une gar  niture de friction comportant 5 à 30 % de produits car  bonés, contenant du carbone amorphe ou graphitique et  des substances carbonées organiques présentant un état  pâteux avant carbonisation au moins partielle et 40 à  70 % d'éléments     métalliques    divisés.  



  Dans le brevet français No 1147956 il est indiqué que,  avantageusement; ces éléments métalliques contiennent  un métal à bas point de fusion ou donnant avec les autres  une solution solide à bas point de fusion.  



  Les produits à base de carbone précités consistent  dans une disposition qui peut être envisagée séparément  ou en     combinaison,    en houille     cokéfiable    avec une te  neur en matières volatiles supérieure à 5 % et de préfé  rence comprise entre 12 % et 20 %.  



  Les matériaux ainsi obtenus présentent au moins  deux réseaux, l'un à base carbonée, l'autre à base mé  tallique.  



  Dans un exemple il a été prévu d'ajouter à la houille       cokéfiable,    20 % de graphite et 9 % de sulfure de molyb  dène pour obtenir un     coefficient    de frottement aussi régu  lier que possible.  



  Pour la fabrication du produit, il a été prévu de trai  ter le mélange dans un moule porté sous une pression  de 100 à 4000     hectopièzes,    à une température pouvant  varier de 2000 à 7000 C.    L'atmosphère peut être l'atmosphère normale ou une  atmosphère réductrice obtenue par exemple à partir  d'halogénures, en particulier des     fluorures.     



  Les matériaux obtenus suivant le brevet français       N     114756 se sont révélés très intéressants dans les uti  lisations où la garniture de friction agit sous forte charge,    en raison de leur haut coefficient de frottement et de  leur usure très faible  La titulaire a établi que les propriétés remarquables  de frottement et d'usure du matériau réalisé suivant le  brevet français No 1147956 sont dues en particulier à  la présence     dans    ce matériau d'un produit qui a une  composition et des propriétés analogues à celles du coke  métallurgique et qui est formé in situ. Les propriétés  du coke métallurgique sont extrêmement différentes de  celles du coke de pétrole dont les propriétés varient nota  blement suivant qu'il est plus ou moins calciné.

   Le coke  métallurgique dont la composition     diffère    sensiblement  de celle du coke de pétrole présente une dureté beau  coup plus grande que ce dernier et des propriétés de  frottement beaucoup plus constantes.  



  On constate aussi que le coke métallurgique sous  l'effet de très fortes pressions se brise en morceaux plus  petits si la matrice qui lui sert de support ne présente  pas d'élasticité ce qui est le cas général des matières mé  talliques frittées. Ces     propriétés    du coke métallurgique  qui se sont révélées avantageuses sont sans doute dues  aux éléments solides associés au carbone tels que sili  cium, aluminium, magnésium, fer, la combustion du ma  tériau donnant de la silice, de l'alumine, de la magnésie  et des oxydes de fer qui se retrouvent dans les cendres  d'un tel matériau. Ces éléments solides associés se trou  vent mis en     oeuvre    successivement dans un état de divi  sion extrême.  



  Des essais entrepris par la titulaire ont montré qu'il  est possible, en opérant à une température supérieure à  7000 C d'obtenir des matériaux à forte teneur en fer  d'un grand intérêt. La transformation en coke métallur  gique de la houille     cokéfiable    introduite précède le  frittage des éléments métalliques, les matières volatiles de  la houille étant éliminées sans     difficulté    au travers des  poudres métalliques sans désagréger la matière.           Il    a été ainsi possible de réaliser à partir de poudre  de fer, des matériaux d'un grand intérêt ayant la compo  sition suivante  50 à 90 % de poudre de fer  0 à 20 % de graphite  0 à<B>10%</B> de sulfure de molybdène  10 à 20% de houille     cokéfiable.     



  La titulaire a découvert aussi que, sous réserve de  prévoir une composition de matériaux métalliques en  poudre conduisant à une matrice extrêmement résis  tante, il était possible de renoncer au réseau carboné en  introduisant directement dans le mélange du carbone  sous forme de coke métallurgique en poudre préparé  dans une opération distincte.  



  La présente invention est basée sur cette découverte  et a pour objet un procédé de fabrication d'une matière  de frottement caractérisé en ce que l'on fritte un mélange  de poudres comportant au moins de la poudre de fer et  de la poudre de coke métallurgique. Ce mélange est de  préférence d'abord comprimé à froid sous une pression  très élevée par exemple de l'ordre de 2000     hectopièzes,     puis fritté avec ou sans pression, par exemple dans des  conditions de zéro à 40     hectopièzes,    sous une tempéra  ture élevée, par exemple de l'ordre de 9000 C à 11000<B>C.</B>  



  Le coke métallurgique     introduit    dans le mélange de  poudres comporte de préférence 2 à 3 % de matières vo  latiles, et peut consister en du coke métallurgique qui  lorsqu'il est consumé à une température de 8000, présen  te une teneur en     cendres    de l'ordre de 8 à 10 %. Ces cen  dres contiennent un     certain    nombre d'oxydes ou de sels,  en lesquels se sont transformés des composés à base de  silice, magnésium, fer aluminium, calcium, soufre, qui  sont contenus dans le matériau.

   La proportion de ces  oxydes ou de sels est par exemple  
EMI0002.0008     
  
    SiO2 <SEP> 35 <SEP> à <SEP> 40%
<tb>  F%Og <SEP> <B>250/,</B>
<tb>  a1203 <SEP> <B>25%</B>
<tb>  CaO <SEP> 7 <SEP> %
<tb>  Mg0 <SEP> 3 <SEP> %
<tb>  Sulfates
<tb>  exprimés <SEP> en <SEP> S03 <SEP> 2 <SEP> %       Le coke métallurgique     utilisé    est donc tout à fait       différent    du coke de pétrole lequel a une teneur en cen  dres négligeable et contient 5 à 10 % de matières vola  tiles.  



  En outre, le coke métallurgique est très dur. La gra  nulométrie de la poudre du coke métallurgique dans le  mélange de poudres utilisé dans le procédé suivant l'in  vention peut être choisie dans une marge de valeurs  assez     grande.        Il    semble que la grosseur de grain ait peut       d'influence    sur l'usure, le     coefficient    de frottement étant  maintenu d'autant plus stable que la granulométrie est  plus     fine.     



  Dans le mélange de poudres utilisé dans le procédé  suivant l'invention, on peut prévoir du carbone, non seu  lement sous forme de coke métallurgique, mais encore,  sous forme simultanée de coke métallurgique et de  graphite naturel ou synthétique.  



  La composition des éléments autres que le carbone  dans le mélange de poudres est choisie de façon à jouer  le rôle d'une matrice très résistante et est de préférence  la suivante  
EMI0002.0016     
  
    poudre <SEP> de <SEP> fer <SEP> 96,5 <SEP> à <SEP> 93,5 <SEP> %
<tb>  poudre <SEP> de <SEP> nickel <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 5
<tb>  poudre <SEP> de <SEP> cuivre <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 1;5            Il    est possible de substituer au     nickel,    en tout ou par  tie, du cobalt voire du chrome.  



  Il est évident que l'on pourrait s'écarter de ces valeur  mais il faut remarquer que si la teneur en cuivre et nickel  augmente, les propriétés de conductibilité de la matrice  deviennent moins bonnes. Toutefois une teneur accrue  de nickel, cobalt ou chrome permet     d'otenir    un matériau  plus     réfractaire.     



  L'intérêt de la présence de coke métallurgique<B>:</B> amé  lioration du frottement dynamique,     diminution    de l'usure  dans des conditions sévères, subsiste même pour de fai  bles quantités de coke métallurgique, de l'ordre de 3 %  en poids et se maintient jusqu'à des quantités importantes  de l'ordre de 30 % en poids.

   Les valeurs les plus basses  peuvent être utilisées lorsqu'on introduit par ailleurs des  composés naturels ou synthétiques rentrant dans la  dénomination générale de silicate d'aluminium:     cyanite,          mullite,        sillimanite,        dumortierité,    topaze,     andalousite,    ou  telles reconstitutions de ces assemblages de silice ou       d'alumine        réalisées    artificiellement.  



  La somme du coke métallurgique et des silicates  d'aluminium introduits varie avantageusement en  poids entre 12 et 30 %, suivant les propriétés de frotte  ment recherchées pour le matériau.  



  On peut ajouter aux composants métalliques en pou  dre, au coke métallurgique et aux silicates     d'aluminium,     des éléments modificateurs ou régulateurs de frottement  tels que  
EMI0002.0030     
  
    - <SEP> graphite <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 20 <SEP> % <SEP> amorphe <SEP> ou
<tb>  naturel
<tb>  - <SEP> sulfure <SEP> de <SEP> moiybdène <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 10 <SEP> %
<tb>  - <SEP> poudre <SEP> de <SEP> bismuth <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 10 <SEP> %.

         Des exemples de mise en     oeuvre    du procédé suivant  l'invention sont donnés ci-après  <I>Exemple 1</I>  On mélange à froid, par exemple au moyen d'un  bras rotatif les poudres ayant la composition suivante  
EMI0002.0032     
  
    Poudre <SEP> Pourcentage <SEP> en <SEP> poids
<tb>  Fer <SEP> 62,82
<tb>  Nickel <SEP> 2;73
<tb>  Cuivre <SEP> 0;

  67
<tb>  Coke <SEP> métallurgique <SEP> 12,52
<tb>  Graphite <SEP> 10,68
<tb>  Sulfuredemolybdène <SEP> 5,54
<tb>  Bismuth <SEP> <U>5,04</U>
<tb>  Mélange <SEP> 100,00       On     comprime    ce mélange à froid sous une pression  de 2000     hectopièzes.    On fritte sous une pression de 0 à  à 40     hectopièzes    à une température de 9500 C à     1050o    C,  par exemple à 10000 C pendant quinze minutes à une  heure. On peut comprimer à nouveau à froid sous une  pression de 2000 à 4000     hectopièzes.     



  Des essais au banc ont été effectués avec ce matériau  appliqué contre un disque tournant, dans les conditions  suivantes  
EMI0002.0038     
  
    Vitesse <SEP> initiale <SEP> de <SEP> la <SEP> piste <SEP> de <SEP> frottement
<tb>  du <SEP> disque <SEP> : <SEP> 9 <SEP> m/sec
<tb>  Pression <SEP> appliquée <SEP> au <SEP> matériau <SEP> : <SEP> 15 <SEP> kg/cm2
<tb>  Température <SEP> du <SEP> disque <SEP> dans <SEP> sa <SEP> masse: <SEP> 310 <SEP> C
<tb>  Durée <SEP> de <SEP> frottement: <SEP> 5 <SEP> sec
<tb>  Ces <SEP> essais <SEP> ont <SEP> conduit <SEP> aux <SEP> résultats <SEP> suivants
<tb>  Coefficient <SEP> de <SEP> frottement <SEP> : <SEP> 0,30
<tb>  Usure <SEP> :

   <SEP> <B>-</B> <SEP> 0,04 <SEP> cm3/CVH         Ce matériau est     particulièrement    intéressant en rai  son de son usure faible, deux à trois fois plus faible que  les matériaux usuels dans les mêmes conditions d'essai  alors que son coefficient de frottement a une valeur tout  à fait appropriée pour la plupart des applications.  



  <I>Exemple 2</I>  On procède comme à l'exemple I, mais la compo  sition du mélange de poudres est la suivante  
EMI0003.0002     
  
    Poudre <SEP> Pourcentage <SEP> en <SEP> poids
<tb>  Fer <SEP> 67,70
<tb>  Nickel <SEP> 2,87
<tb>  Cuivre <SEP> 0,73
<tb>  Coke <SEP> métallurgique <SEP> 14,00
<tb>  Graphite <SEP> 12,52
<tb>  Sulfure <SEP> de <SEP> molybdène <SEP> <U>2,18</U>
<tb>  Mélange <SEP> 100,00       <I>Exemple 3</I>  On procède comme précédemment     mais    la compo  sition du mélange de poudres est la suivante  
EMI0003.0004     
  
    Poudre <SEP> - <SEP> Pourcentage <SEP> en <SEP> poids
<tb>  Fer <SEP> 71,20
<tb>  Nickel <SEP> 3,00
<tb>  Cuivre <SEP> 0,80
<tb>  Coke <SEP> métallurgique <SEP> 3,00
<tb>  Graphite <SEP> 7,00
<tb>  Cyanite <SEP> <U>15,00</U> <SEP> ,
<tb>  Mélange <SEP> 100,

  00       Une garniture de frein réalisée avec un matériau obte  nu à partir du mélange ci-dessus a donné de bons résul  tats dans des freins d'avion.  



  <I>Exemple 4</I>  On procède comme précédemment mais la composi  tion du mélange de poudres est la suivante  
EMI0003.0005     
  
    Poudre <SEP> Pourcentage <SEP> en <SEP> poids
<tb>  Fer <SEP> 69,30
<tb>  Nickel <SEP> 2,96
<tb>  Cuivre <SEP> 0,74
<tb>  Coke <SEP> métallurgique <SEP> <U>27,00</U>
<tb>  Mélange <SEP> 100,00       Un premier essai au banc a été effectué avec ce  matériau appliqué contre un disque tournant dans les  conditions suivantes  
EMI0003.0006     
  
    Vitesse <SEP> initiale <SEP> de <SEP> la <SEP> piste <SEP> de <SEP> frottement
<tb>  du <SEP> disque<B>:</B> <SEP> 9 <SEP> m/sec
<tb>  Pression <SEP> appliquée <SEP> au <SEP> matériau <SEP> : <SEP> 15 <SEP> kg/cm2
<tb>  Température <SEP> du <SEP> disque <SEP> dans <SEP> sa <SEP> masse <SEP> : <SEP> 315o <SEP> C
<tb>  Durée <SEP> de <SEP> frottement <SEP> :

   <SEP> 5 <SEP> sec
<tb>  Ce <SEP> premier <SEP> essai <SEP> a <SEP> conduit <SEP> aux <SEP> résultats <SEP> suivants
<tb>  Coefficient <SEP> de <SEP> frottement <SEP> : <SEP> 0,35
<tb>  Usure <SEP> : <SEP> 0,36 <SEP> cm3/CVH       Un deuxième essai au banc a été effectué avec le  même matériau contre un disque tournant mais dans  des conditions différentes suivantes  
EMI0003.0007     
  
    Vitesse <SEP> initiale <SEP> de <SEP> la <SEP> piste <SEP> de <SEP> frottement
<tb>  du <SEP> disque <SEP> : <SEP> 14 <SEP> m/sec
<tb>  Pression <SEP> appliquée <SEP> au <SEP> matériau <SEP> : <SEP> 45 <SEP> kg/cm2
<tb>  Température <SEP> du <SEP> disque <SEP> dans <SEP> sa <SEP> masse <SEP> : <SEP> 500,, <SEP> C
<tb>  Durée <SEP> du <SEP> frottement <SEP> :

   <SEP> 12 <SEP> sec     
EMI0003.0008     
  
    Ce <SEP> deuxième <SEP> essai <SEP> a <SEP> conduit <SEP> aux <SEP> résultats
<tb>  suivants
<tb>  Coefficient <SEP> de <SEP> frottement <SEP> : <SEP> 0,30
<tb>  Usure <SEP> : <SEP> 0,44 <SEP> cm3/CVH       On notera que le coefficient de frottement est voisin  dans les deux essais et on appréciera que l'usure est fai  ble malgré la sévérité des conditions des essais, en par  ticulier du deuxième essai.     Des    garnitures d'un: type usuel       soumises    au deuxième essai     accusent    une usure qui est  trois ou quatre fois plus importante que celle présentée  par le matériau du présent exemple.  



  <I>Exemple 5</I>  On procède comme précédemment mais la compo  sition du mélange de poudres est la suivante  
EMI0003.0012     
  
    Poudre <SEP> Pourcentage <SEP> en <SEP> poids
<tb>  Fer <SEP> 67,70
<tb>  Nickel <SEP> 2,87
<tb>  Cuivre <SEP> 0,73
<tb>  Coke <SEP> métallurgique <SEP> 15,00
<tb>  Graphite <SEP> <U>13,70</U>
<tb>  Mélange <SEP> 100,00       Un premier essai au banc a été effectué avec ce ma  tériau appliqué contre un disque tournant dans les condi  tions suivantes  
EMI0003.0013     
  
    Vitesse <SEP> initiale <SEP> de <SEP> la <SEP> piste <SEP> de <SEP> frottement <SEP> du <SEP> disque
<tb>  9 <SEP> m/sec
<tb>  Pression <SEP> appliquée <SEP> au <SEP> matériau <SEP> : <SEP> 15 <SEP> kg/cm2
<tb>  Température <SEP> du <SEP> disque <SEP> dans <SEP> sa <SEP> masse: <SEP> 300o <SEP> C
<tb>  Durée <SEP> du <SEP> frottement:

   <SEP> 5 <SEP> sec
<tb>  Ce <SEP> premier <SEP> essai <SEP> a <SEP> conduit <SEP> aux <SEP> résultats
<tb>  suivants
<tb>  Coefficient <SEP> de <SEP> frottement: <SEP> 0,36
<tb>  Usure <SEP> : <SEP> 0,12 <SEP> cm3/CVH       Un deuxième essai au banc a été effectué avec le  même matériau mais dans des conditions différentes sui  vantes  
EMI0003.0014     
  
    Vitesse <SEP> initale <SEP> de <SEP> la <SEP> piste <SEP> de <SEP> frottement
<tb>  du <SEP> disque: <SEP> 14 <SEP> m/sec
<tb>  Pression <SEP> appliquée <SEP> au <SEP> matériau <SEP> : <SEP> 45 <SEP> kg/cm2
<tb>  Température <SEP> du <SEP> disque <SEP> dans <SEP> sa <SEP> masse <SEP> : <SEP> 5000 <SEP> C
<tb>  Durée <SEP> du <SEP> frottement: <SEP> 15 <SEP> sec
<tb>  Ce <SEP> deuxième <SEP> essai <SEP> a <SEP> conduit <SEP> aux <SEP> résultats
<tb>  suivants
<tb>  Coefficient <SEP> de <SEP> frottement <SEP> :

   <SEP> 0,20
<tb>  Usure <SEP> : <SEP> 1,00 <SEP> cm3/CVH       On notera que les taux d'usure sont relativement fai  bles en comparaison avec ceux présentés par des maté  riaux d'un type usuel essayés dans les mêmes conditions

Claims (1)

1. REVENDICATION I Procédé de fabrication d'une matière de frottement, caractérisé en ce qu'on fritte un mélange de poudres comportant au moins de la poudre de fer et de la pou dre de coke métallurgique. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le pourcentage en poids de la poudre de fer dans le mélange de poudres est compris entre 50 % et 90 % et de préférence entre 60 % et 75 % tandis que le pourcen tage en poids de la poudre de coke métallurgique dans le mélange de poudres est compris.entre 1 et 40 % et de préférence entre 3 % et 30 %. @ 4 2. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le mélange de poudres comporte en outre de la poudre de silicate d'aluminium. 3.

   Procédé suivant la revendication I et la sous-reven- dication 2, caractérisé en ce que le pourcentage en poids de la poudre de silicate d'aluminium dans le mélange de poudres est non supérieur à 20 %. 4. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le mélange de poudres comporte en outre- de la poudre d'un métal autre que le fer, tel que le nickel, cobalt ou chrome. 5. Procédé suivant la revendication I et la sous-reven- dication 4, caractérisé en ce que le pourcentage en poids de la poudre de l'autre métal dans le mélange de pou dres est compris entre 1 % et 5 % et de préférence entre 2%et3%. 6.

   Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le mélange de poudres comporte en outre de la poudre de cuivre. 7. Procédé suivant la revendication I et la sous-reven- dication 6, caractérisé en ce que le pourcentage en poids de la poudre de cuivre dans le mélange de poudres est compris entre 0,2 et 2 % et de préférence entre 0,5 et<B>19'</B> . 8. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le mélange de poudres comporte en outre de la poudre de graphite naturel ou synthétique. 9.

   Procédé suivant la revendication I et la sous-re- vendication 8, caractérisé en ce que le pourcentage en poids de la poudre de graphite naturel ou synthétique dans le mélange de poudres est non supérieur à 15 %. 10. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le mélange de poudres comporte en outre de la poudre de sulfure de molybdène.

   11. Procédé suivant la revendication I et la sous-re- vendication 10, caractérisé en ce que le pourcentage en poids de la poudre du sulfure de molybdène est non supérieur à 10 % et de préférence compris entre 2 % et <B>6%.</B> 12. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le mélange de poudres comporte en outre de la. poudre de bismuth. 13. Procédé suivant la revendication I et la sous-re- vendication 12, caractérisé en ce que le pourcentage en poids de la poudre de bismuth dans le mélange de pou dres est non supérieur à 10 % et de préférence compris entre 3 % et 7 %. 14.

   Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le mélange est d'abord comprimé à froid;- sous une pression très élevée puis fritté sous une pression plus faible que la précédente ou même nulle et sous une tem pérature élevée. 15. Procédé suivant la revendication I et la sous-re- vendication 14, caractérisé en ce que la pression de com pression à froid est de l'ordre de 2000 hectopièzes. 16.

   Procédé suivant la revendication I et la sous-re- vendication 14, caractérisé en ce que le frittage est exer cé sous une pression d'au plus 40 hectopièzes, sous une température de 9000 C à 11000 C et pendant une durée de quinze minutes à une heure. 17. Procédé suivant la revendication I et la sous- revendication 14, caractérisé en ce que, après frittage, on comprime à nouveau à froid sous une pression de 2000 à 4000 hectopièzes. REVENDICATION II Matière de frottement obtenue conformément au pro cédé suivant la revendication I.