WO2011161346A1 - Process for applying a coating on a cylindrical casing made of an aluminium alloy - Google Patents

Process for applying a coating on a cylindrical casing made of an aluminium alloy Download PDF

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WO2011161346A1
WO2011161346A1 PCT/FR2011/051239 FR2011051239W WO2011161346A1 WO 2011161346 A1 WO2011161346 A1 WO 2011161346A1 FR 2011051239 W FR2011051239 W FR 2011051239W WO 2011161346 A1 WO2011161346 A1 WO 2011161346A1
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coating
preheating
thermal
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mechanical treatment
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PCT/FR2011/051239
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Martine Monin
David Lampis
Sebastien David
Emmanuel Piton
Original Assignee
Peugeot Citroën Automobiles SA
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material

Definitions

  • the present invention relates to a method for applying a coating to an aluminum alloy crankcase.
  • the object of the present invention is to provide a technique for replacing the cast iron inserts currently used in aluminum cylinder housings by depositing a coating on the cylinders.
  • the advantages would be to obtain both a lighter motor block and thus reduce the consumption gasoline as well as reduced interferences which would increase the engine capacity for the same engine block, better heat transfer and a lower price.
  • the temperature in the combustion chamber compared to the use of a thicker cast insert may be lower. This increases the performance of the engine without changing the cooling system and the compression ratio while keeping the same conditions of detonation.
  • the main properties sought for a coating are therefore: good adhesion, resistance to thermal fatigue, wear, a constant coefficient of friction close to that exhibited by the cast iron, resistance to corrosion and oxidation as well as a high modulus of elasticity and good machinability.
  • This coating must also allow an acceptable heat transfer in order to avoid micro-welding, wear or pre-ignition.
  • thermal spraying mainly applies to parts subject to high temperatures or friction (pistons, valves, exhaust, segments, etc.).
  • thermal spraying there are several known processes for depositing a coating by thermal spraying such as by Plasma, Arc Electrique two son (known as abbreviation TWA: Twin Wire Arc) or 1-wire electric arc to which a small plasma has been added and is known by the abbreviation PTWA.
  • TWA Twin Wire Arc
  • PTWA Twin Wire Arc
  • the most common technique for preparing aluminum alloy surfaces before thermal spray coating is sanding using Al 2 0 3 type particles (average size 500 ⁇ ).
  • the ideal coating must have the following qualities: wear resistance, corrosion resistance, low cost, machining, conductivity, adhesion, method of application.
  • the invention therefore aims to provide a method of coating a metal surface by a thermal spray treatment of an alloy on said surface, characterized in that the metal surface is subjected to a mechanical treatment operation to roughen and preheat said rough surface prior to the thermal spraying step.
  • a cast aluminum alloy casing cylinder it is first of all carried out a peeling of the barrel, then a finish of the barrel using a boring bar, one thus obtains characteristics dimensional and geometric required for the barrel, then the mechanical treatment is carried out to obtain the roughness state required for thermal spraying, for example by sandblasting, by machining, by water jet, by running-in ... or still preferably by brushing, then the preheating of the surface of the drums is carried out and then the coating by thermal spraying.
  • the mechanical treatment to roughen the cylindrical metal surface (barrel) is a brushing performed using a brush provided with a rotational movement coupled to a movement oscillatory translation.
  • the resultant is a surface state of the type "Crossed streaks" which ensures a uniform roughness on the entire surface of the barrel.
  • a brush carrying balls consisting of abrasive grains of silicon carbide or aluminum oxide with grains with a grain size between 30 to 250 ⁇ .
  • a thermal spray torch using a hot plasma (example: PTWA torch) allowing several rounds in the barrels to preheat the surfaces
  • an aluminum alloy cylinder block is obtained in which the casings of the drums consist of the coating obtained according to the process of the invention and no longer by a cast iron insert.
  • Such a casing thus has an improved weight while offering all the characteristics of mechanical and thermal stresses required.
  • Figure 1 shows a perspective view of a brush used in the method according to the invention
  • FIG. 2 represents a curve showing the evolution of adhesion as a function of preheating
  • Figures 3a and 3b show pictures of the coatings obtained after a nital attack.
  • the brush 1 consists of a rod 2 from which extend arms mounted spirally and carrying at their end a ball 3 consisting of abrasive grains.
  • Such a brush 1 can be used easily without the need to provide a special honing tool, said brush 1 can be used in a conventional machining center provided with a standard attachment to use the brush as a classic tool.
  • a rough surface is then obtained in a homogeneous manner, the surface state of which is of the "crossed streaks" type.
  • the striations made by brushing on the bored surface make it possible to obtain a surface state presenting a series of peaks and valleys.
  • the heights separating the peaks of the valleys do not exceed 70 ⁇ .
  • the roughness thus obtained is sufficient to obtain good adhesion while ensuring good quality of the coating. Indeed, if the substrate to be coated has a too high roughness is likely to create defects in the coating and therefore adversely affect the life of the coating.
  • the target temperature for the preheating of the aluminum substrate is between 80 ° C and 250 ° C.
  • the preheating time according to the methods used will vary between a few seconds (for induction) and several minutes (for other processes). It has been shown that this preheating also has a beneficial influence on the level of the residual stresses present in the coating before running-in.
  • the coatings obtained preferably have carbon contents of between 0.02% and 0.9% of carbon and manganese contents of between 0.2% and 1.1%.
  • the iron oxides present in the coating are of FeO and Fe 3 O 4 type .
  • Figures 3a and 3b show that after a nital attack the resulting coatings have a layered structure, with clear layers and dark layers, rounded particles and porosities.
  • This entangled set of thin strips results from the flattening of particles surrounded by a very thin oxide layer (in gray), projected onto the aluminum alloy substrate.
  • the very dark spots correspond to the porosities.
  • Some particles of rounded shape, solidified before reaching the support, are fixed between the slats.
  • the metallographic attack reveals quenching structures composed of different bainites with possibly a mixture of martensite and residual austenite.
  • the set varies according to the decarburization rate of the droplets and the cooling rate of the latter. These bainitic structures make it possible to obtain good properties in terms of friction and wear. Certain projection conditions make it possible to obtain.
  • the coating will be achieved by the method according to the invention on barrel casings aluminum alloy foundry type gravity or underpressure.

Abstract

The invention relates to a process for coating a metal surface by a treatment in which an alloy is thermally sprayed onto said surface. The invention consists in subjecting the metal surface to a mechanical treatment operation in order to roughen it and in preheating said rough surface prior to the thermal spraying step.

Description

Procédé pour l'application d'un revêtement sur un carter cylindre en alliage d'aluminium  Method for applying a coating on an aluminum alloy cylinder block
[0001 ] La présente invention revendique la priorité de la demande française 1055090 déposée le 25 Juin 2010 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.  The present invention claims the priority of the French application 1055090 filed June 25, 2010 whose content (text, drawings and claims) is here incorporated by reference.
[ooo2] La présente invention concerne un procédé pour l'application d'un revêtement sur un carter cylindre en alliage d'aluminium.  The present invention relates to a method for applying a coating to an aluminum alloy crankcase.
[ooo3] Il est connu pour appliquer un revêtement sur des surfaces d'utiliser une technique de projection thermique qui offre de multiples possibilités pour modifier les propriétés de surface des matériaux.  [ooo3] It is known to apply a coating on surfaces to use a thermal spraying technique that offers multiple possibilities for modifying the surface properties of materials.
[ooo4] La consommation en carburant des véhicules est directement liée à leur poids et donc au poids des pièces en mouvement. En ce qui concerne le moteur, si on veut l'alléger de façon significative, il faut partir d'une base aluminium. Le champ d'application des alliages d'aluminium reste cependant souvent limité par une résistance mécanique insuffisante en surface, rendant impossible leur utilisation ou imposant localement des renforts la plupart du temps sous forme de pièces insérées. Ainsi, les propriétés tribologiques de ces matériaux étant insuffisantes, les fabrications actuelles incorporent des chemises en fonte ce qui limite le gain en termes de poids et donc de consommation.  [ooo4] The fuel consumption of vehicles is directly related to their weight and therefore to the weight of moving parts. As far as the engine is concerned, if you want to reduce it significantly, you have to start from an aluminum base. The field of application of aluminum alloys, however, is often limited by insufficient mechanical strength on the surface, making it impossible to use or locally imposing reinforcements mostly in the form of inserted parts. Thus, the tribological properties of these materials being insufficient, the current fabrications incorporate cast iron shirts which limits the gain in terms of weight and therefore consumption.
[ooo5] Cependant, parmi les matériaux amenés à jouer un rôle de plus en plus important dans l'industrie, l'aluminium occupe une place de choix. Ce métal présente la propriété d'avoir une faible densité ce qui est une qualité primordiale pour un secteur tel que l'automobile. Le substrat considéré à savoir un carter cylindre étant donc en alliage d'aluminium, ce matériau peut recevoir un traitement de surface en vue d'améliorer ses propriétés tribologiques (meilleur comportement en usure) ou chimiques (meilleure tenue en corrosion) et sa tenue mécanique en surface. [ooo5] However, among the materials that have come to play an increasingly important role in the industry, aluminum has a place of choice. This metal has the property of having a low density which is a primordial quality for a sector such as the automobile. The considered substrate, namely a cylinder block being thus made of aluminum alloy, this material can receive a surface treatment in order to improve its tribological properties (better wear behavior) or chemical properties (better corrosion resistance) and its mechanical strength. surface.
[ooo6] Ainsi, le but de la présente invention est de proposer une technique permettant de remplacer les inserts en fonte actuellement utilisés dans les carters cylindres en aluminium en déposant un revêtement sur les cylindres. Les avantages seraient d'obtenir à la fois un bloc moteur plus léger et donc réduire la consommation d'essence ainsi que des interfûts réduits ce qui permettrait d'augmenter la cylindrée pour un même bloc moteur, de meilleurs transferts de chaleur et un prix plus faible. [Ooo6] Thus, the object of the present invention is to provide a technique for replacing the cast iron inserts currently used in aluminum cylinder housings by depositing a coating on the cylinders. The advantages would be to obtain both a lighter motor block and thus reduce the consumption gasoline as well as reduced interferences which would increase the engine capacity for the same engine block, better heat transfer and a lower price.
[ooo7] La température dans la chambre de combustion par rapport à l'utilisation d'un insert en fonte plus épais risque d'être plus faible. On augmente ainsi les performances du moteur sans changer le système de refroidissement ainsi que le rapport de compression tout en gardant les mêmes conditions de détonation. Les principales propriétés recherchées pour un revêtement sont donc : une bonne adhérence, une résistance à la fatigue thermique, à l'usure, un coefficient de frottement constant et proche de celui présenté par la fonte, une résistance à la corrosion et à l'oxydation ainsi qu'un haut module d'élasticité et une bonne usinabilité. Ce revêtement doit permettre également un transfert de chaleur acceptable afin d'éviter les microsoudures, l'usure ou un préallumage. [ooo7] The temperature in the combustion chamber compared to the use of a thicker cast insert may be lower. This increases the performance of the engine without changing the cooling system and the compression ratio while keeping the same conditions of detonation. The main properties sought for a coating are therefore: good adhesion, resistance to thermal fatigue, wear, a constant coefficient of friction close to that exhibited by the cast iron, resistance to corrosion and oxidation as well as a high modulus of elasticity and good machinability. This coating must also allow an acceptable heat transfer in order to avoid micro-welding, wear or pre-ignition.
[ooo8] Un système Segment Piston Chemise (SPC) obtenu doit confiner les pressions de la combustion, effectuer la lubrification des surfaces, minimiser la consommation d'essence, la friction, le bruit, ne pas avoir de dérive dans le temps, être peu polluant, satisfaire à toutes les normes de sécurité et de recyclage et permettre à terme la mise sur le marché de moteurs plus puissants. [ooo8] A Piston Segment Segment (SPC) system obtained must confine the pressures of combustion, lubricate surfaces, minimize fuel consumption, friction, noise, have no drift over time, be little pollutant, meet all safety and recycling standards and eventually allow more powerful engines to be placed on the market.
[ooo9] On connaît comme technique de revêtement, de projeter des matériaux tels que des alliages à base de fer. [ooi o] Dans un procédé de revêtement par projection thermique, le matériau d'apport, qui se présente soit sous forme de fil soit sous forme de poudre, est injecté au sein d'une source enthalpique. Ainsi par échange de chaleur, le matériau est fondu puis projeté sur un subjectile grâce à l'énergie communiquée par la source. Les gouttelettes de métal fondu ainsi accélérées s'écrasent à la surface du substrat et s'empilent les unes sur les autres pour former un revêtement. La source enthalpique utilisée est généralement un plasma. [Ooo9] It is known as a coating technique, to project materials such as alloys based on iron. In a thermal spray coating process, the filler material, which is either in wire form or in powder form, is injected into an enthalpy source. Thus by heat exchange, the material is melted and then projected on a substrate thanks to the energy communicated by the source. The droplets of molten metal thus accelerated crash on the surface of the substrate and stack on top of each other to form a coating. The enthalpy source used is usually a plasma.
[ooi i] Dans l'automobile, la projection thermique s'applique principalement à des pièces soumises à de hautes températures ou aux frottements (pistons, soupapes, échappement, segments ...). [0012] Ainsi, on connaît plusieurs procédés permettant de déposer un revêtement par projection thermique tels que par Plasma, Arc Electrique deux fils (connu sous l'abréviation TWA : Twin Wire Arc) ou Arc Electrique 1 fils auquel on a ajouté un petit plasma et connu sous l'abréviation PTWA. Toutefois, pour permettre l'ancrage du dépôt sur les parois en aluminium des fûts avec ces procédés, il est nécessaire de donner une certaine rugosité à la surface. [ooi i] In the automobile, thermal spraying mainly applies to parts subject to high temperatures or friction (pistons, valves, exhaust, segments, etc.). Thus, there are several known processes for depositing a coating by thermal spraying such as by Plasma, Arc Electrique two son (known as abbreviation TWA: Twin Wire Arc) or 1-wire electric arc to which a small plasma has been added and is known by the abbreviation PTWA. However, to allow anchoring of the deposit on the aluminum walls of the drums with these methods, it is necessary to give a certain roughness to the surface.
[0013] La technique la plus répandue pour préparer des surfaces en alliage d'aluminium avant revêtement par projection thermique est le sablage à l'aide de particules type Al203 (taille moyenne 500μιτι). The most common technique for preparing aluminum alloy surfaces before thermal spray coating is sanding using Al 2 0 3 type particles (average size 500μιτι).
[ooi 4] Cette technique pose toutefois des problèmes dans le cas d'une application grande série puisqu'on risque de conserver des inclusions d ' Al203 au niveau de l'interface revêtement / Carter en aluminium et ces particules de céramique étant très dures, leur présence ne peut être tolérée sur la pièce finie. De plus, le procédé est lourd à gérer : cabines spécifiques, nécessité de contrôler la propreté et la qualité du sable et la nécessité de masquer de manière efficace le bloc et en particulier les zones où débouche le circuit de refroidissement. [Ooi 4] However, this technique poses problems in the case of a large series application since there is a risk of retaining inclusions of Al 2 0 3 at the interface coating / aluminum casing and these ceramic particles being very hard, their presence can not be tolerated on the finished piece. In addition, the process is cumbersome to manage: specific cabins, need to control the cleanliness and quality of the sand and the need to effectively hide the block and in particular the areas where the cooling circuit opens.
[0015] On connaît également par US 5 626 674, un procédé de traitement de surfaces d'alésages cylindriques en bombardant la surface avec des jets d'eau à haute pression de manière à préparer la surface en vue d'effectuer un revêtement par projection thermique. Also known from US 5,626,674, a method of treating cylindrical boring surfaces by bombarding the surface with jets of water at high pressure so as to prepare the surface for the purpose of making a spray coating thermal.
[0016] De même dans GB 2 312 000, on a proposé un procédé de préparation et de revêtement d'une surface d'alésage cylindrique interne d'une pièce comprenant : l'insertion et le déplacement rotatif de manière réciproque d'une pluralité d'éléments de pierrage contre ladite surface d'alésage avec une pression d'au moins 30 psi pour réaliser un dessin d'abrasions en spirale se chevauchant sur ladite surface, chaque élément étant constitués de particules abrasives multi-facettes de forme irrégulière, lesdites particules lorsqu'elles sont en contact avec ladite surface creusant des rainures irrégulières espacées, non douces, de taille micro dans ladite pièce, ayant comme résultat des pics en spirale et des creux le long de la direction du mouvement, la réciprocité et la rotation répétées des éléments contraires ont pour résultat des rainures se chevauchant et abrasant en travers les pics et creux faits avant accompagnés par un moulage et un rabattement de certains desdits pics et creux pour créer des imperfections, plis et rainures irrégulières de micro tailles. Puis on dépose par projection thermique des particules métalliques résistantes sur ladite surface abrasée pour former un revêtement cohérent, lesdites particules déposées migrant à l'intérieur desdites rainures non douces et dans lesdites imperfections, plis et rainures durant le dépôt thermique pour augmenter la résistance de liaison mécanique dudit revêtement à ladite pièce. Likewise in GB 2,312,000, there has been proposed a process for the preparation and coating of an internal cylindrical bore surface of a part comprising: the insertion and rotary displacement of a plurality of mutually reciprocating piercing elements against said bore surface with a pressure of at least 30 psi to achieve a pattern of overlapping spiral abrasions on said surface, each member being comprised of irregularly shaped, multi-faceted abrasive particles, particles when in contact with said surface digging irregular, non-soft, micro-sized irregular grooves in said workpiece, resulting in spiral peaks and recesses along the direction of movement, reciprocity and rotation repeated contrary elements result in overlapping grooves and abrading across the peaks and troughs made before accompanied by molding and crimping. some of said peaks and troughs to create imperfections, creases and irregular grooves of micro sizes. Then, by thermal spraying, resistant metal particles are deposited on said abraded surface for forming a coherent coating, said deposited particles migrating within said non-soft grooves and in said imperfections, folds and grooves during thermal deposition to increase the mechanical bond strength of said coating to said workpiece.
[0017] Par conséquent, on a proposé soit une préparation thermique de la surface par préchauffage de la surface à revêtir soit une préparation mécanique par usinage de cette surface en créant des rayures à la surface à l'aide d'outils abrasifs. Therefore, it has been proposed either a thermal preparation of the surface by preheating the surface to be coated or a mechanical preparation by machining this surface by creating scratches on the surface using abrasive tools.
[ooi 8] Cependant, les enjeux actuels visent à réduire encore plus le poids des moteurs et à envisager également de remplacer les inserts en fonte par une chemise constituée d'un revêtement déposée à la surface du cylindre et ce même pour des moteurs Diesel fortement sollicités, les qualités d'adhérence du revêtement revêtent alors une importance capitale. Or, cette adhérence du revêtement obtenue par les procédés connus peut devenir critique. Il convient donc de renforcer cette adhérence.  [ooi 8] However, the current stakes are aimed at further reducing the weight of the engines and also considering replacing the cast iron inserts with a jacket made of a coating deposited on the surface of the cylinder, even for strongly diesel engines. stressed, the adhesion qualities of the coating are then of paramount importance. However, this adhesion of the coating obtained by the known methods can become critical. It is therefore necessary to reinforce this adhesion.
[0019] Une solution consiste à utiliser une sous-couche d'adhérence type Ni/AI. Cependant cette solution reste d'un coût trop élevé.  One solution is to use a Ni / AI type adhesion sub-layer. However this solution remains of a cost too high.
[0020] Il est donc primordial de proposer un procédé de revêtement par projection thermique dont on peut garantir que le dépôt effectué aura les qualités suivantes :  It is therefore essential to propose a thermal spray coating process which can be guaranteed that the deposit made will have the following qualities:
[0021 ] pour les contraintes thermiques  For thermal stresses
-résistance aux chocs thermiques (plus particulièrement au démarrage),  -resistance to thermal shocks (especially at startup),
-résistance aux hautes températures (environ 150 °C en surface en haut de fût), -resistance to high temperatures (about 150 ° C at the top of the drum),
-permission de transferts de chaleur acceptables afin d'éviter les microsoudures ou un pré-allumage, -permission of acceptable heat transfer in order to avoid micro-welding or pre-ignition,
[0022] pour les contraintes de corrosion  For the constraints of corrosion
-résistance au milieu corrosif de la chambre (soufre, alcool, eau, éthers, plomb, naphtalène...),  -resistance to the corrosive environment of the chamber (sulfur, alcohol, water, ethers, lead, naphthalene ...),
-compatibilité avec les huiles moteurs,  -compatibility with motor oils,
[0023] pour les contraintes mécaniques  For mechanical stress
- présenter une bonne adhérence > 35 MPa  - have good adhesion> 35 MPa
- avoir des contraintes de compression - présenter un comportement tribologique correct même en cas de lubrification limite - have compression constraints - present correct tribological behavior even in the case of limited lubrication
- résister aux pressions de combustion - être facilement rectifiable / rodable  - resist combustion pressures - be easily rectifiable / rodable
[0024] pour les contraintes industrielles [0024] for industrial constraints
- être bon marché  - be cheap
- être non polluant  - be non-polluting
[0025] Par conséquent, le revêtement idéal doit présenter les qualités suivantes : résistance à l'usure, résistance à la corrosion, faible coût, usinage, conductibilité, adhérence, méthode d'application.  Therefore, the ideal coating must have the following qualities: wear resistance, corrosion resistance, low cost, machining, conductivity, adhesion, method of application.
[0026] L'invention a donc pour but de proposer un procédé de revêtement d'une surface métallique par un traitement de projection thermique d'un alliage sur ladite surface, caractérisé en ce que la surface métallique est soumise à une opération de traitement mécanique pour la rendre rugueuse et à un préchauffage de ladite surface rugueuse préalablement à l'étape de projection thermique. The invention therefore aims to provide a method of coating a metal surface by a thermal spray treatment of an alloy on said surface, characterized in that the metal surface is subjected to a mechanical treatment operation to roughen and preheat said rough surface prior to the thermal spraying step.
[0027] En effet, de manière très avantageuse, on a pu constater que la soumission de la surface métallique cylindrique du fût d'un carter cylindre à un traitement mécanique pour la rendre rugueuse associé à un préchauffage de la surface augmente l'adhérence du revêtement obtenu ensuite par projection thermique. Indeed, very advantageously, it has been found that the submission of the cylindrical metal surface of the barrel of a cylinder block to a mechanical treatment to make it rough associated with a preheating of the surface increases the adhesion of the coating obtained by thermal spraying.
[0028] Ainsi, sur un carter cylindre en alliage d'aluminium issu de fonderie, on réalise d'abord un écroutage du fût, puis une finition du fût à l'aide d'une barre d'alésage, on obtient ainsi des caractéristiques dimensionnelles et géométriques requises pour le fût, puis on réalise alors le traitement mécanique permettant d'obtenir l'état de rugosité requis pour la projection thermique, par exemple par sablage, par usinage, par jet d'eau, par rodage... ou encore de manière préférée par brossage, puis on réalise ensuite le préchauffage de la surface des fûts et ensuite le revêtement par projection thermique.  Thus, on a cast aluminum alloy casing cylinder, it is first of all carried out a peeling of the barrel, then a finish of the barrel using a boring bar, one thus obtains characteristics dimensional and geometric required for the barrel, then the mechanical treatment is carried out to obtain the roughness state required for thermal spraying, for example by sandblasting, by machining, by water jet, by running-in ... or still preferably by brushing, then the preheating of the surface of the drums is carried out and then the coating by thermal spraying.
[0029] Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le traitement mécanique pour rendre rugueuse la surface métallique cylindrique (fût) est un brossage réalisé à l'aide d'une brosse munie d'un mouvement de rotation couplé à un mouvement de translation oscillatoire. La résultante est un état de surface du type « stries croisées » qui permet de garantir une rugosité homogène sur toute la surface du fût. According to a preferred embodiment of the invention, the mechanical treatment to roughen the cylindrical metal surface (barrel) is a brushing performed using a brush provided with a rotational movement coupled to a movement oscillatory translation. The resultant is a surface state of the type "Crossed streaks" which ensures a uniform roughness on the entire surface of the barrel.
[0030] De préférence, on utilise une brosse portant des boules constituées de grains abrasifs en carbure de silicium ou en oxyde d'aluminium avec des grains avec une dimension de grain comprise entre 30 à 250 μιτι.  Preferably, using a brush carrying balls consisting of abrasive grains of silicon carbide or aluminum oxide with grains with a grain size between 30 to 250 μιτι.
[0031 ] On réalise ensuite un préchauffage de ladite surface soit :  Then, a preheating of said surface is carried out:
[0032] - à l'aide d'un inducteur introduit au niveau de chaque fût  Using an inductor introduced at each barrel
[0033] - par immersion du carter cylindres dans une étuve  By immersion of the cylinder block in an oven
[0034] - à l'aide de lampes infrarouge introduites dans chaque fut - using infrared lamps introduced in each was
[0035] - à l'aide d'appareils soufflant de l'air chaud introduits dans chaque fut - using devices blowing hot air introduced in each was
[0036] - à l'aide d'une torche de projection thermique utilisant un plasma chaud (exemple : torche PTWA) permettant par plusieurs aller-retour dans les futs de préchauffer les surfaces  - using a thermal spray torch using a hot plasma (example: PTWA torch) allowing several rounds in the barrels to preheat the surfaces
[0037] Puis une fois cela effectué, on peut mettre en œuvre le revêtement de la surface par un traitement par projection thermique du type à l'arc électrique ou plasma.  Once this is done, we can implement the coating of the surface by a thermal spray treatment of the electric arc or plasma type.
[0038] On obtient donc ainsi un carter cylindre en alliage d'aluminium dans lequel les chemises des fûts sont constituées par le revêtement obtenu selon le procédé de l'invention et non plus par un insert en fonte. Un tel carter présente donc un poids amélioré tout en offrant toutes les caractéristiques de contraintes mécaniques et thermiques nécessaires.  Thus, an aluminum alloy cylinder block is obtained in which the casings of the drums consist of the coating obtained according to the process of the invention and no longer by a cast iron insert. Such a casing thus has an improved weight while offering all the characteristics of mechanical and thermal stresses required.
[0039] On décrira maintenant l'invention plus en détails en référence au dessin dans lequel :  We will now describe the invention in more detail with reference to the drawing in which:
[0040] La figure 1 représente une vue en perspective d'une brosse utilisée dans le procédé selon l'invention ;  Figure 1 shows a perspective view of a brush used in the method according to the invention;
[0041 ] La figure 2 représente une courbe montant l'évolution de l'adhérence en fonction du préchauffage ; FIG. 2 represents a curve showing the evolution of adhesion as a function of preheating;
[0042] Les figures 3a et 3b représentent des photos des revêtements obtenus après une attaque au nital. [0043] Comme on peut le voir à la figure 1 , la brosse 1 est constituée d'une tige 2 à partir de laquelle s'étendent des bras montés en spirale et portant à leur extrémité une boule 3 constituée de grains abrasifs. Figures 3a and 3b show pictures of the coatings obtained after a nital attack. As can be seen in Figure 1, the brush 1 consists of a rod 2 from which extend arms mounted spirally and carrying at their end a ball 3 consisting of abrasive grains.
[0044] Une telle brosse 1 peut être utilisée facilement sans qu'il soit besoin de prévoir un outil spécial de rodage, ladite brosse 1 pouvant être utilisée dans un centre d'usinage classique muni d'un attachement standard permettant d'utiliser la brosse comme un outil classique.  Such a brush 1 can be used easily without the need to provide a special honing tool, said brush 1 can be used in a conventional machining center provided with a standard attachment to use the brush as a classic tool.
[0045] Par ailleurs, les caractéristiques géométriques et dimensionnelles des fûts du carter cylindre ainsi traités ne se dégradent pas.  Furthermore, the geometric and dimensional characteristics of the barrels of the cylinder thus treated do not degrade.
[0046] On obtient alors une surface rugueuse de manière homogène dont l'état de surface est du type « stries croisées ». Les stries réalisées grâce à brossage sur la surface alésée permettent d'obtenir un état de surface présentant une succession de pics et de vallées. Les hauteurs séparant les pics des vallées ne dépassent pas 70μιτι. La rugosité ainsi obtenue est suffisante pour obtenir un bon accrochage tout en garantissant une bonne qualité du revêtement. En effet si le substrat à revêtir présente une rugosité trop importante on risque de créer des défauts dans le revêtement et par conséquent nuire à la durée de vie du revêtement. A rough surface is then obtained in a homogeneous manner, the surface state of which is of the "crossed streaks" type. The striations made by brushing on the bored surface make it possible to obtain a surface state presenting a series of peaks and valleys. The heights separating the peaks of the valleys do not exceed 70μιτι. The roughness thus obtained is sufficient to obtain good adhesion while ensuring good quality of the coating. Indeed, if the substrate to be coated has a too high roughness is likely to create defects in the coating and therefore adversely affect the life of the coating.
[0047] On propose ensuite de chauffer les fûts avant le traitement par projection thermique à l'aide d'un inducteur 4. La température visée pour le préchauffage du substrat en aluminium est comprise entre 80 °C et 250 °C. Le temps de préchauffage selon les méthodes employées variera entre quelques secondes (pour l'induction) et plusieurs minutes (pour les autres procédés). Il a été démontré que ce préchauffage avait par ailleurs une influence bénéfique sur le niveau des contraintes résiduelles présentes dans le revêtement avant rodage.  It is then proposed to heat the drums before thermal spray treatment using an inductor 4. The target temperature for the preheating of the aluminum substrate is between 80 ° C and 250 ° C. The preheating time according to the methods used will vary between a few seconds (for induction) and several minutes (for other processes). It has been shown that this preheating also has a beneficial influence on the level of the residual stresses present in the coating before running-in.
[0048] On a pu montrer que le préchauffage permet d'augmenter l'adhérence des revêtements qui sont ensuite déposés quelle que soit la teneur en oxydes de fer et en carbone des matériaux alliages déposés. Ainsi des mesures d'adhérence on pu montrer selon la norme ASTL C633-79 que le préchauffage du substrat permet d'augmenter l'adhérence des revêtements déposés quelle que soit la teneur en carbone de ces dépôts. [0049] Les revêtements testés sont des aciers avec différentes teneurs en carbone et différentes teneurs en oxydes de fer. Le substrat sur lequel le revêtement était projeté était un cylindre en alliage d'aluminium obtenu par procédé de moulage gravité. Ainsi que le montre le tableau, on peut voir que l'adhérence évolue favorablement avec le préchauffage. It has been shown that the preheating increases the adhesion of coatings which are then deposited regardless of the content of iron oxides and carbon alloy materials deposited. Thus adhesion measurements have been shown according to ASTL C633-79 that the preheating of the substrate makes it possible to increase the adhesion of the deposited coatings regardless of the carbon content of these deposits. The coatings tested are steels with different carbon contents and different levels of iron oxides. The substrate on which the coating was projected was an aluminum alloy cylinder obtained by gravity molding process. As shown in the table, it can be seen that the adhesion evolves favorably with preheating.
[0050] Les revêtements obtenus ont préférentiellement des teneurs en carbone comprises entre 0,02% et 0,9 % de carbone et des teneurs en manganèse comprises entre 0,2% et 1 ,1 %. Les oxydes de fer présents dans le revêtement sont de type FeO et Fe304. The coatings obtained preferably have carbon contents of between 0.02% and 0.9% of carbon and manganese contents of between 0.2% and 1.1%. The iron oxides present in the coating are of FeO and Fe 3 O 4 type .
[0051 ] Les figures 3a et 3b montrent qu'après une attaque au nital les revêtements obtenus présentent une structure stratifiée, avec des couches claires et des couches sombres, des particules de forme arrondie et des porosités. Cet ensemble enchevêtré de fines lamelles résulte de l'aplatissement de particules entourées d'une très fine couche d'oxyde (en gris), projetées sur le substrat en alliage d'aluminium. Les taches très noires correspondent aux porosités. Quelques particules de forme arrondie, solidifiées avant d'atteindre le support, sont figées entre les lamelles. L'attaque métallographique révèle des structures de trempe composées de différentes baïnites avec éventuellement un mélange de martensite et d'austénite résiduelle. L'ensemble variant en fonction du taux de décarburation des gouttelettes et de la vitesse de refroidissement de ces dernières. Ces structures bainitiques permettent d'obtenir de bonnes propriétés en frottement et en usure. Certaines conditions de projection permettent d'obtenir. Figures 3a and 3b show that after a nital attack the resulting coatings have a layered structure, with clear layers and dark layers, rounded particles and porosities. This entangled set of thin strips results from the flattening of particles surrounded by a very thin oxide layer (in gray), projected onto the aluminum alloy substrate. The very dark spots correspond to the porosities. Some particles of rounded shape, solidified before reaching the support, are fixed between the slats. The metallographic attack reveals quenching structures composed of different bainites with possibly a mixture of martensite and residual austenite. The set varies according to the decarburization rate of the droplets and the cooling rate of the latter. These bainitic structures make it possible to obtain good properties in terms of friction and wear. Certain projection conditions make it possible to obtain.
[0052] Le revêtement sera réalisé par le procédé selon l'invention sur des futs de carter cylindre en alliage d'aluminium de fonderie de type gravité ou sous-pression.  The coating will be achieved by the method according to the invention on barrel casings aluminum alloy foundry type gravity or underpressure.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de revêtement d'une surface métallique par un traitement de projection thermique d'un alliage sur ladite surface, caractérisé en ce que la surface métallique est soumise à une opération de traitement mécanique pour la rendre rugueuse et à un préchauffage de ladite surface rugueuse préalablement à l'étape de projection thermique. A method of coating a metal surface by a thermal spray treatment of an alloy on said surface, characterized in that the metal surface is subjected to a mechanical treatment operation to roughen it and to a preheating of said surface rough before the thermal projection step.
2. procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le traitement mécanique permettant d'obtenir l'état de rugosité de la surface est le sablage. 2. Method according to claim 1, characterized in that the mechanical treatment for obtaining the state of roughness of the surface is sanding.
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'on réalise un brossage, en tant que traitement mécanique de la surface. 3. Method according to claim 1, characterized in that it carries out a brushing, as a mechanical treatment of the surface.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on utilise une brosse (1 ) constituée d'une tige (2) à partir de laquelle s'étendent des bras montés en spirale et portant à leur extrémité une boule (3) constituée de grains abrasifs, ladite brosse étant munie d'un mouvement de rotation couplé à un mouvement de translation oscillatoire. 4. Method according to claim 3, characterized in that one uses a brush (1) consisting of a rod (2) from which extend arms mounted spirally and carrying at their end a ball (3) consisting of abrasive grains, said brush being provided with a rotational movement coupled to an oscillatory translation movement.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le préchauffage de ladite surface est mis en œuvre à l'aide des moyens de chauffage introduit au niveau de chaque fût tels qu'un inducteur (4), des lampes infrarouge, d'appareils soufflant de l'air chaud dans chaque fut. 5. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the preheating of said surface is implemented using the heating means introduced at each drum such as an inductor (4), Infrared lamps, appliances blowing hot air in each was.
6. .Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le préchauffage de ladite surface est mis en œuvre par immersion du carter cylindres dans une étuve. 6. .Procédé according to one of claims 1 to 4, characterized in that the preheating of said surface is implemented by immersion of the cylinder block in an oven.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le préchauffage de ladite surface est mis en œuvre à l'aide d'une torche de projection thermique utilisant un plasma chaud permettant par plusieurs aller-retour dans les futs de préchauffer les surfaces. 7. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the preheating of said surface is implemented using a thermal spray torch using a hot plasma allowing several roundtrip in the barrels to preheat the surfaces.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la température du préchauffage est comprise entre 80 °C et 250 °C. 8. Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the preheating temperature is between 80 ° C and 250 ° C.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le revêtement est déposé par un procédé de projection thermique de type arc électrique.9. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the coating is deposited by a thermal projection method of the electric arc type.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le revêtement est déposé par un procédé de projection thermique de type plasma. 10. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the coating is deposited by a thermal projection method plasma type.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8707541B2 (en) 2009-06-25 2014-04-29 Ford Global Technologies, Llc Process for roughening metal surfaces
US8726874B2 (en) 2012-05-01 2014-05-20 Ford Global Technologies, Llc Cylinder bore with selective surface treatment and method of making the same
US8752256B2 (en) 2008-04-21 2014-06-17 Ford Global Technologies, Llc Method for preparing a surface for applying a thermally sprayed layer
US8833331B2 (en) 2012-02-02 2014-09-16 Ford Global Technologies, Llc Repaired engine block and repair method
US8877285B2 (en) 2011-11-22 2014-11-04 Ford Global Technologies, Llc Process for repairing a cylinder running surface by means of plasma spraying processes
US9079213B2 (en) 2012-06-29 2015-07-14 Ford Global Technologies, Llc Method of determining coating uniformity of a coated surface
CN105290048A (en) * 2015-10-29 2016-02-03 重庆勤俭节电科技有限公司 Complete equipment purging device based on video monitoring
CN105290050A (en) * 2015-10-29 2016-02-03 重庆勤俭节电科技有限公司 Plasma purging device for complete equipment
US9382868B2 (en) 2014-04-14 2016-07-05 Ford Global Technologies, Llc Cylinder bore surface profile and process
US9511467B2 (en) 2013-06-10 2016-12-06 Ford Global Technologies, Llc Cylindrical surface profile cutting tool and process
US10220453B2 (en) 2015-10-30 2019-03-05 Ford Motor Company Milling tool with insert compensation

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1055090A (en) 1951-12-03 1954-02-16 Device for measuring bores
US5271967A (en) * 1992-08-21 1993-12-21 General Motors Corporation Method and apparatus for application of thermal spray coatings to engine blocks
US5626674A (en) 1992-04-28 1997-05-06 Progressive Technologies, Inc. High pressure water jet apparatus for preparing low density metallic surface for application of a coating material
GB2312000A (en) 1996-04-08 1997-10-15 Ford Motor Co Method of preparing by honing and coating aluminium bore surface
JP2003342708A (en) * 2002-05-24 2003-12-03 Kobe Steel Ltd Method for manufacturing twin-screw cylinder
US20060026831A1 (en) * 2004-08-06 2006-02-09 Jens Boehm Process for preparing a cast cylinder bore for thermal coating
WO2009130184A1 (en) * 2008-04-21 2009-10-29 Ford Global Technologies, Llc Method for preparing a surface for applying a thermally sprayed layer
DE102008044973A1 (en) * 2008-08-29 2010-03-04 Daimler Ag Metal spray process to apply a coating to e.g. the bearing of an automotive engine connecting rod in presence of induction heat coil

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1055090A (en) 1951-12-03 1954-02-16 Device for measuring bores
US5626674A (en) 1992-04-28 1997-05-06 Progressive Technologies, Inc. High pressure water jet apparatus for preparing low density metallic surface for application of a coating material
US5271967A (en) * 1992-08-21 1993-12-21 General Motors Corporation Method and apparatus for application of thermal spray coatings to engine blocks
GB2312000A (en) 1996-04-08 1997-10-15 Ford Motor Co Method of preparing by honing and coating aluminium bore surface
JP2003342708A (en) * 2002-05-24 2003-12-03 Kobe Steel Ltd Method for manufacturing twin-screw cylinder
US20060026831A1 (en) * 2004-08-06 2006-02-09 Jens Boehm Process for preparing a cast cylinder bore for thermal coating
WO2009130184A1 (en) * 2008-04-21 2009-10-29 Ford Global Technologies, Llc Method for preparing a surface for applying a thermally sprayed layer
DE102008044973A1 (en) * 2008-08-29 2010-03-04 Daimler Ag Metal spray process to apply a coating to e.g. the bearing of an automotive engine connecting rod in presence of induction heat coil

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8752256B2 (en) 2008-04-21 2014-06-17 Ford Global Technologies, Llc Method for preparing a surface for applying a thermally sprayed layer
US8707541B2 (en) 2009-06-25 2014-04-29 Ford Global Technologies, Llc Process for roughening metal surfaces
US8877285B2 (en) 2011-11-22 2014-11-04 Ford Global Technologies, Llc Process for repairing a cylinder running surface by means of plasma spraying processes
US8833331B2 (en) 2012-02-02 2014-09-16 Ford Global Technologies, Llc Repaired engine block and repair method
US8726874B2 (en) 2012-05-01 2014-05-20 Ford Global Technologies, Llc Cylinder bore with selective surface treatment and method of making the same
US10221806B2 (en) 2012-05-01 2019-03-05 Ford Global Technologies, Llc Cylindrical engine bore
US9079213B2 (en) 2012-06-29 2015-07-14 Ford Global Technologies, Llc Method of determining coating uniformity of a coated surface
US9511467B2 (en) 2013-06-10 2016-12-06 Ford Global Technologies, Llc Cylindrical surface profile cutting tool and process
US9382868B2 (en) 2014-04-14 2016-07-05 Ford Global Technologies, Llc Cylinder bore surface profile and process
CN105290048A (en) * 2015-10-29 2016-02-03 重庆勤俭节电科技有限公司 Complete equipment purging device based on video monitoring
CN105290050A (en) * 2015-10-29 2016-02-03 重庆勤俭节电科技有限公司 Plasma purging device for complete equipment
US10220453B2 (en) 2015-10-30 2019-03-05 Ford Motor Company Milling tool with insert compensation

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FR2961827A1 (en) 2011-12-30
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