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Title:
FASTENER USING LUBRICATED INTERFERENCE FIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/050791
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a metallic fastener (10; 40) for assembly by interference fit of at least two structural elements (20, 22) comprising a through drilling, the fastener comprising an enlarged head (12; 42), a shaft (14; 44) having an external diameter (D1) before installation that is greater than an internal diameter (D3) of the bore, said shaft (14; 44) comprising a conductive surface (26; 56). Before installation, at least one conductive surface (26; 56) is covered with a lubricating layer (30) having sufficient adherence to prevent its abrasion by manual manipulation of the fastener (10; 40) and sufficiently weak to be at least partially torn from the conductive surface (26; 56) during mounting by interference fit of the fastener (10; 40), a mixture of at least one polyolefin and one polytetrafluoroethylene for example. The invention also relates to a method for obtaining such an fastener (10;40) and an installation method of such a fastener (10; 40) in a structure (22; 24). The invention has application in the assembly of aircraft structures.

Inventors:
BOURGES, Laurent (26644 Shadow Wood Drive, Rancho Palos Verdes, CA, CA 90275, US)
STEPHAN, Johan (24 bis rue Marceau, Houilles, F-78800, FR)
VANDAELE, Christophe (24 rue Anatole France, Conflans Sainte Honorine, F-78700, FR)
Application Number:
EP2015/072468
Publication Date:
April 07, 2016
Filing Date:
September 29, 2015
Export Citation:
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Assignee:
LISI AEROSPACE (42/52 Quai de la râpée, Paris, F-75012, FR)
International Classes:
F16B33/06; B64D45/02; F16B1/00; F16B4/00; F16B5/02; F16B33/00
Domestic Patent References:
WO2009112238A12009-09-17
Foreign References:
DE202010007769U12010-08-19
US20050151120A12005-07-14
GB2212580A1989-07-26
Attorney, Agent or Firm:
MAUPILIER, Didier (IPSIDE, 7-9 allées Haussmann, Bordeaux, F-33070, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1 - Fixation (10 ; 40) métallique pour assembler avec interférence au moins deux éléments de structure (22, 24) comprenant un perçage (20) traversant, la fixation comportant une tête élargie (12 ; 42), un fût (14 ; 44) présentant avant installation un diamètre extérieur (D-i) supérieur à un diamètre intérieur (D3) du perçage, ledit fût comprenant une surface conductrice (26 ; 56),

dans laquelle fixation au moins la surface conductrice (26; 56) est recouverte d'une couche (30) lubrifiante dont la composition comprend un mélange d'au moins une polyoléfine et d'un polytétrafluoroéthylène, ladite composition étant déterminée de façon à présenter une adhérence suffisante pour empêcher son abrasion par manipulation manuelle de la fixation et suffisamment faible pour être arrachée de la surface conductrice au moins partiellement lors du montage par interférence de la fixation, caractérisé en ce que la couche lubrifiante (30) comprend au moins 80% en masse de polyoléfine et de polytétrafluoroéthylène..

2. Fixation (10 ; 40) selon la revendication 1 telle que la polyoléfine est un polyéthylène ou un polypropylène.

3. Fixation (10 ; 40) selon la revendication 1 , telle que ladite couche (30) comprend également un dessicant et/ou un biocide. 4. Fixation (10 ; 40) selon la revendication 1 telle que la surface conductrice (26 ; 56) comprend une couche d'anodisation sulfurique d'une épaisseur inférieure à 1 μηι.

5. Fixation (10 ; 40) selon la revendication 1 telle que la surface conductrice (26 ; 56) est un métal ayant subi une passivation.

6. Fixation (10 ; 40) selon la revendication 1 telle que la surface conductrice (26 ; 56) est une couche d'aluminium déposé sous vide.

7. Fixation (10 ; 40) selon la revendication 1 telle que la surface conductrice (26; 56) comprend la totalité de la surface extérieure du fût.

8. Fixation (10 ; 40) selon la revendication 1 telle que la surface conductrice (26A, 26B) comprend une portion seulement de la surface extérieure du fût.

9. Fixation (10 ; 40) selon la revendication 8 telle que la surface conductrice comprend une portion annulaire (26A) du fût de la fixation.

1 0. Fixation (1 0 ; 40) selon la revendication 8 telle que la surface conductrice comprend une portion axiale (26B) du fût de la fixation.

11 . Fixation (1 0 ; 40) selon l'une des revendications précédentes telle que la couche (30) lubrifiante recouvre en outre une portion filetée de la fixation.

1 2. Fixation (40) selon l'une des revendications 1 à 11 comprenant en outre une queue de traction (50) et une gorge de rupture (48) dimensionnée pour casser sous une certaine contrainte en tension.

1 3. Procédé d'obtention d'une fixation (1 0 ; 40) métallique pour assembler avec interférence au moins deux éléments de structure (22, 24) comprenant un perçage (20) traversant, le procédé comprenant les étapes de

- fourniture d'une fixation métallique comportant une tête élargie, un fût présentant avant installation un diamètre extérieur (D1 ) supérieur à un diamètre intérieur (D3) du perçage, ledit fût comprenant une surface conductrice,

- pulvérisation d'une, ou trempage dans, une solution alcaline comprenant en masse 60 à 80% d'un solvant de base aqueuse et 20% à 35% d'un mélange d'au moins une polyoléfine et d'un polytétrafluoroéthylène, d'une partie au moins de la fixation,

- séchage de la fixation de sorte à obtenir une couche (30) lubrifiante comprenant un mélange d'au moins une polyoléfine et d'un polytétrafluoroéthylène.

14. Procédé selon la revendication 13 dans lequel le séchage est effectué à une température comprise entre 60°C et 80°C.

15. Procédé selon la revendication 13 dans lequel une étape de centrifugation est effectuée après le trempage et avant le séchage.

16. Procédé selon la revendication 13 dans lequel l'étape de pulvérisation ou trempage est précédée d'une étape de dépôt d'une couche d'aluminium ou d'une étape d'anodisation sulfurique.

17. Procédé d'installation d'une fixation (10 ; 40) métallique au travers d'un perçage (20) traversant au moins deux éléments de structure (22, 24), la fixation comportant une tête élargie (12 ; 42) et un fût (14 ; 44) présentant avant installation un diamètre extérieur (D-i) supérieur à un diamètre intérieur (D3) du perçage, ledit fût comprenant une surface conductrice (26 ; 56),

caractérisé en ce qu'avant installation, au moins la surface conductrice (26) est revêtue d'une couche (30) lubrifiante comprenant un mélange d'au moins une polyoléfine et un polytétrafluoroéthylène, et en ce que pendant l'installation, lors d'une étape d'insertion en interférence du fût de la vis dans la structure, la couche (30) lubrifiante est partiellement arrachée du fût de la vis. 18. Utilisation d'au moins une fixation (10 ; 40) métallique selon l'une des revendications 1 à 12, au travers d'un perçage (20) traversant au moins deux éléments de structure (22, 24) d'un aéronef, pour dissiper dans au moins un élément de structure des courants électriques, lorsque la tête d'au moins la fixation est frappée par la foudre.

Description:
Fixation en interférence lubrifiée

La présente invention se rapporte à une fixation conductrice d'électricité pour des appareils de type aéronef, à un procédé d'obtention d'une telle fixation et un procédé d'installation d'une telle fixation dans un assemblage d'éléments de structure.

La nouvelle génération d'avions comprend des structures en matériau composite renforcé de fibres de carbone qui ont l'avantage d'alléger de manière significative l'avion et qui, contrairement aux matériaux métalliques, ne sont pas sensibles à la corrosion et au phénomène de fatigue. Cependant, contrairement à une structure métallique, ces matériaux composites sont mauvais conducteurs électriques. Ils posent des problèmes d'évacuation des courants et par conséquent de résistance aux impacts de foudre. Il est ainsi nécessaire de combler tout jeu qui existerait entre une fixation et un perçage dans lequel la fixation est installée, pour créer un contact intime entre la fixation et la structure. Ce contact facilite le passage du courant, évite la création d'étincelles et empêche la présence d'un volume d'air qui, au passage de forts courants, se transforme en un plasma sous pression susceptible d'enflammer du carburant dans le cas d'une fixation installée dans une structure de réservoir. C'est pourquoi l'installation en interférence des dispositifs de fixation chemisés s'est répandue ces dernières années dans le domaine des structures en matériaux composites pour permettre l'évacuation des forts courants électriques engendrés par la foudre.

On connaît ainsi dans l'état de la technique les fixations chemisées à revêtement partiel des documents US 8,382,413 et WO 2011 /050040. Ces fixations comprennent une vis et une douille, installée avec jeu dans un perçage. La douille se dilate radialement dans la structure lors de l'insertion du fût de la vis dans la douille, le fût présentant un diamètre extérieur supérieur à un diamètre intérieur de la douille. Pour permettre l'insertion des fûts des vis, ceux-ci comprennent sur une portion annulaire de leur surface extérieure soit un vernis de glissement contenant un pigment tel que le bisulfure de Molybdène (MoS 2 ) soit un revêtement organique contenant des pigments d'aluminium et des pigments lubrifiants. Tous deux sont plutôt considérés isolants électriquement du fait de la présence de résine organique diélectrique. Les vis comprennent également une portion annulaire de fût nue conductrice d'électricité. La douille est laissée nue afin de permettre aux courants électriques de passer de la vis à la structure composite.

Le procédé d'application de revêtement lubrifiant partiel sur le fût implique des mises en œuvre complexes de masquage de portions de vis à l'unité, et ne permet pas de traiter industriellement en vrac de gros volumes de fixations. De plus, l'utilisation des systèmes de fixation chemisés est coûteuse et alourdit l'avion.

On connaît également des fixations métalliques filetées destinées à être insérées en interférence directement dans une structure, non chemisées. Ces fixations peuvent être diversement traitées : le matériau de la fixation est soit laissé nu après une passivation, soit revêtu d'aluminium pur par le procédé dit « IVD », soit recouvert d'un revêtement anticorrosion à base de résine de phénol-formaldéhyde comprenant des pigments d'aluminium du type HI-KOTE™ 1 ou HI-KOTE™ 1 NC commercialisés par la société HI-SHEAR Corporation, décrits dans les brevets US 3 979 351 et EP 2 406 336, soit anodisé à l'acide sulfurique, soit revêtu de cadmium. Les fixations sont toutes lubrifiées par une dernière couche d'alcool cétylique, qui est une graisse lubrifiante, afin de permettre le montage d'un écrou sur la portion filetée. L'alcool cétylique s'enlève très facilement lors d'une manipulation manuelle, de vibrations lors des transports ou dans les systèmes de pose automatisés ou encore lors d'opération de nettoyage au moyen d'un chiffon.

L'aluminium a une très bonne conductivité électrique, et réduit le frottement dans les filets. Son pouvoir lubrifiant est cependant trop faible pour permettre d'installer une fixation en interférence dans une structure. En effet, une vis revêtue d'aluminium même revêtue d'alcool cétylique, grippe très vite lorsqu'elle est installée dans une structure ou une douille de diamètre intérieur inférieur au diamètre de la vis, et peut ne pas être complètement installée, surtout quand l'épaisseur de structure à serrer est grande.

Le revêtement à pigment d'aluminium protège les pièces en contact de la corrosion galvanique, et évite tout grippage entre le filetage de la vis et le taraudage d'un écrou, lors du vissage de ce dernier. Il n'est pas considéré comme conducteur d'électricité.

L'anodisation sulfurique est classiquement réalisée sur des pièces en aluminium, en titane, ou en alliage d'aluminium ou de titane afin d'augmenter la résistance à la corrosion de la pièce. La couche n'a aucun pouvoir lubrifiant et est conductrice lorsque son épaisseur est inférieure au micron.

Aucune des ces variantes de fixation ne peut être montée en interférence dans une zone de l'avion susceptible d'être frappée par la foudre, soit du fait d'une insuffisance de lubrification du fût, soit du fait d'une résistance électrique du revêtement anticorrosion trop importante compromettant le passage des courants de foudre.

Un but de l'invention est de résoudre ces problèmes. L'invention a ainsi pour objet une fixation métallique pour assembler avec interférence au moins deux éléments de structure comprenant un perçage traversant, la fixation comportant une tête élargie, un fût présentant avant installation un diamètre extérieur supérieur à un diamètre intérieur de l'alésage, ledit fût comprenant une surface conductrice. Avant installation, au moins la surface conductrice est recouverte d'une couche lubrifiante dont la composition comprend un mélange d'au moins une polyoléfine et d'un polytétrafluoroéthylène, comprenant au moins 80% en masse de polyoléfine et de polytétrafluoroéthylène, déterminée de façon à présenter une adhérence suffisante pour empêcher son abrasion par manipulation manuelle de la fixation et suffisamment faible pour être arrachée de la surface conductrice au moins partiellement lors du montage en interférence de la fixation.

La couche lubrifiante a un haut pouvoir lubrifiant et une faible adhérence sur la surface extérieure du fût, bien que suffisante pour ne pas être enlevée par simple manipulation manuelle. Lors de l'insertion de la fixation métallique en interférence dans la structure, cette couche est progressivement et partiellement arrachée du fût, laissant une partie de la surface extérieure métallique du fût en contact avec la structure, permettant la propagation des courants électriques issus de la foudre dans la structure.

L'invention est bien sûr applicable à l'assemblage de structures mixtes, c'est à dire utilisant des matériaux composites et métalliques, à l'assemblage de structures purement métalliques.

La fixation selon l'invention peut également comprendre au moins une des caractéristiques suivantes, isolée ou en combinaison :

- la polyoléfine est un polyéthylène ou un polypropylène, - la couche lubrifiante comprend également un dessicant et un biocide,

- la surface conductrice comprend une couche d'anodisation sulfurique d'une épaisseur inférieure à 1 micron,

- la surface conductrice est un métal ayant subi une passivation,

- la surface conductrice est une couche d'aluminium déposé sous vide, - la surface conductrice comprend la totalité de la surface extérieure du fût,

- la surface conductrice comprend une portion de la surface extérieure du fût,

- la surface conductrice comprend une portion annulaire du fût de la fixation,

- la surface conductrice comprend une portion axiale du fût de la fixation,

- la couche de lubrifiant recouvre en outre une portion filetée de la fixation,

- la fixation comprend en outre une queue de traction et une gorge de rupture dimensionnée pour casser sous une certaine contrainte en tension.

L'invention porte également sur un procédé d'obtention d'une fixation métallique pour assembler avec interférence au moins deux éléments de structure comprenant un perçage traversant, le procédé comprenant les étapes de

- fourniture d'une fixation métallique comportant une tête élargie, un fût présentant avant installation un diamètre extérieur supérieur à un diamètre intérieur du perçage, ledit fût comprenant une surface conductrice, - pulvérisation d'une, ou trempage dans, une solution alcaline comprenant en masse 60 à 80% d'un solvant de base aqueuse et 20% à 35% d'un mélange d'au moins une polyoléfine et d'un polytétrafluoroéthylène, d'une partie au moins de la fixation,

- séchage de la fixation de sorte à obtenir une couche polymère lubrifiante sèche comprenant un mélange d'au moins une polyoléfine et d'un polytétrafluoroéthylène.

Le procédé de fabrication d'une fixation selon l'invention peut également comprendre au moins une des caractéristiques suivantes, isolée ou en combinaison :

- le séchage est effectué à une température comprise entre 60°C et

80°C,

- une étape de centrifugation est effectuée après le trempage et avant le séchage,

- l'étape de pulvérisation ou trempage est précédée d'une étape de dépôt d'une couche d'aluminium ou une étape d'anodisation sulfurique.

L'invention porte également sur un procédé d'installation d'une fixation métallique au travers d'un perçage traversant au moins deux éléments de structure, la fixation comportant une tête élargie, un fût présentant avant installation un diamètre extérieur supérieur à un diamètre intérieur du perçage, ledit fût comprenant une surface conductrice. Avant installation, au moins la surface conductrice est revêtue d'une couche de polymères lubrifiants comprenant un mélange d'au moins une polyoléfine et d'un polytétrafluoroéthylène. Pendant l'installation, lors d'une étape d'insertion en interférence du fût de la vis dans la structure, la couche lubrifiante est partiellement arrachée du fût de la vis.

L'invention porte également sur l'utilisation d'au moins une fixation métallique selon un mode de réalisation de l'invention, au travers d'un perçage traversant au moins deux éléments de structure d'un aéronef, pour dissiper dans au moins un élément de structure des courants électriques, lorsqu'au moins la tête de la fixation est frappée par la foudre.

L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent :

- figure 1 : une fixation selon un premier mode de réalisation, avant installation dans une structure en coupe;

- figure 2 : une fixation selon un deuxième mode de réalisation de l'invention,

- figure 3 : une fixation selon un troisième mode de réalisation de l'invention,

- figure 4 : l'évolution du coefficient de frottement de fixations de l'art antérieur de différents diamètres, revêtues d'alcool cétylique,

- figure 5 : l'évolution du coefficient de frottement de fixations selon un mode de réalisation de l'invention, revêtues de lubrifiant,

- Figure 6 : une fixation selon un quatrième mode de réalisation de l'invention.

Dans ces figures, les éléments identiques conservent les mêmes références.

La figure 1 représente, de façon schématique, une vue de côté d'une fixation 1 0 avant installation dans un perçage 20 réalisé dans des éléments de structure 22, 24, figurés en coupe. Préférentiellement, une structure au moins est en matériau composite, ici la structure 24.

La fixation 1 0 métallique comporte une tête 1 2 fraisée, un fût 14 cylindrique présentant un diamètre extérieur D-ι et une portion de blocage 1 6 sous la forme d'un filetage présentant un diamètre extérieur D 2 mesuré en crête de filet, D 2 étant inférieur à D-i . Une portion de transition 1 8 raccorde le fût 14 cylindrique à la portion filetée 1 6. Le diamètre D 3 du perçage 20 avant installation de la fixation 1 0 est inférieur au diamètre D-ι extérieur du fût 14, et supérieur au diamètre D 2 de la portion filetée, pour que les filets ne soient pas endommagés lors de l'introduction de la fixation 1 0 dans le perçage 20.

Dans l'exemple illustré, la fixation 1 0 est en alliage de titane qui a subi une anodisation sulfurique, créant une couche d'anodisation d'épaisseur inférieure à un micron sur toute la surface extérieure de la fixation. La surface 28 extérieure de la portion filetée 1 6 et de la portion de transition 18 est recouverte d'une deuxième couche de revêtement lubrifiant anticorrosion contenant des pigments d'aluminium du type HI-KOTE™ 1 NC. Cette surface 28 est donc isolante (elle est représentée avec un fond pointillé sur les figures 1 à 3 et 6). La surface 26 de la tête 12 et du fût 14 est conductrice électriquement.

Dans l'exemple de la figure 1 , toute la surface du fût 14 est conductrice. Cependant, seule une portion annulaire (26A) du fût (FIG. 2), ou une ou plusieurs portions axiales (26B), sur toute la hauteur du fût ou sur une partie seulement de la hauteur du fût (FIG.3) pourrait être conductrice. Les autres portions peuvent ainsi être recouvertes de revêtement lubrifiant anticorrosion contenant des pigments d'aluminium.

Dans les exemples des figures 1 à 3 et 6, la fixation 10 est entièrement recouverte d'une couche 30 lubrifiante, symbolisée par un trait mixte sur les figures. L'épaisseur de la couche 30 lubrifiante peut varier de 5 à 25 microns sans que cette épaisseur n'affecte les performances mécaniques ou de conduction électrique de la fixation.

Le déposant a constaté avec surprise qu'une telle vis 10 peut être installée en interférence dans une structure et apte à conduire les courants électriques lorsque au moins la surface extérieure du fût est recouverte d'une couche 30 lubrifiante comprenant un mélange de polyoléfine(s) et de polytétrafluoroéthylène. Le demandeur a également constaté que l'application de cette même couche 30 sur le revêtement lubrifiant anticorrosion de la portion filetée réduisait significativement la dispersion du couple nécessaire pour installer la fixation, par rapport à la dispersion engendrée par l'utilisation d'alcool cétylique. De plus, le pouvoir lubrifiant de cette couche 30 lubrifiante est très homogène quel que soit le substrat sur lequel il est appliqué.

Le demandeur a ainsi testé l'installation en interférence de deux lots de fixations 10 de diamètres extérieurs différents (diamètres mesurés en 1 6 eme de pouces), recouverts d'une couche 30 lubrifiante de différentes épaisseurs. Les configurations testées et indiquées dans la table 1 sont les suivantes :

- Configuration 1 : application de la couche 30 lubrifiante par trempage et centrifugation,

- Configuration 2 : application manuelle de la couche 30 lubrifiante en une passe au pistolet d'une durée d'une seconde, - Configuration 3 : application manuelle de la couche 30 lubrifiante en une passe au pistolet d'une durée de 15 secondes.

L'interférence est mesurée en comparant le diamètre D 3 d'un perçage réalisé dans une éprouvette en aluminium simulant une structure, au diamètre extérieur D-ι du fût 14 de la fixation 10 avant installation. L'épaisseur de la couche 30 lubrifiante est mesurée avant insertion de la fixation 10. La fixation 10 est installée dans le perçage en poussant sur la tête 12, l'effort d'installation étant mesuré jusqu'à l'accostage de la tête avec l'éprouvette. L'éprouvette est ensuite tronçonnée pour retirer la fixation 10 sans endommager la surface du fût 14, et l'épaisseur de la couche 30 lubrifiante restante après installation est mesurée. Les valeurs moyennes des résultats de ces mesures sont indiquées dans la table 1 .

Table 1

Dans tous les cas, les fixations 10 ont été insérées en interférence jusqu'à ce que les têtes 12 entrent en contact avec la surface des éprouvettes d'essai avec un effort d'installation modéré. Selon les configurations, un pelage de la couche 30 lubrifiante est observé, le surplus restant contenu sous tête ou étant repoussé à l'extérieur. L'épaisseur de la couche 30 lubrifiante après insertion est très homogène, et comprise entre 0,9 et 2,1 μπι.

Plusieurs fixations 10 installées en interférence dans des éprouvettes en composite à fibre de carbone ont fait l'objet de tests de foudre pour vérifier leurs conductivités électriques. Pour la réalisation de ces essais, les éprouvettes comprenant les fixations sont installées dans une chambre noire. Certaines têtes 12 de fixations sont frappées par un courant de très forte amplitude équivalent à celui de la foudre. Une caméra enregistre l'essai afin de détecter un étincelage ou un dégazage autour des fixations 10. Les éprouvettes sont ensuite extraites de la chambre et découpées afin d'examiner visuellement la surface des fixations 10 au microscope électronique à balayage.

Les essais menés montrent qu'aucun étincelage ni dégazage n'a été produit lors de l'essai. Les analyses visuelles montrent qu'aucun fût 14 n'a été endommagé par la foudre, mais que des portions de la couche 30 lubrifiante et de la couche d'anodisation ont été enlevées lors de l'insertion. Une théorie est que la rugosité des fibres de carbone dans le matériau composite a un effet abrasif sur une portion de la surface du fût, mais que cet effet n'est pas continu sur toute la hauteur du fût.

Selon une variante de l'invention, la surface conductrice 26 peut être constituée par la surface nue ou passivée du métal constituant la fixation, ou par une couche d'aluminium déposée sous vide sur la surface nue du métal constituant la fixation.

Le demandeur a en effet constaté avec surprise que le pouvoir lubrifiant de la couche 30 lubrifiante ne dépendait pas du support sur lequel elle était appliquée. Ainsi, le demandeur a réalisé plusieurs essais d'insertions de fixations 40 comprenant une queue de traction 50 (figure 6) de quatre diamètres différents, comprenant divers substrats revêtus soit d'alcool cétylique soit de couche 30 lubrifiante. L'insertion a été réalisée en interférence, au moyen d'une machine de traction tirant la queue de traction, et mesurant les efforts d'installation. Un calcul permet de déterminer les coefficients de frottement entre la fixation 40 et la structure dans laquelle la fixation est insérée.

Les configurations testées sont les suivantes :

- configuration 1 (HK1 NC/AC/MIF) : fixation couverte d'une première couche de revêtement lubrifiant anticorrosion HI-KOTE™ 1 NC et d'une deuxième couche d'alcool cétylique sur l'ensemble de la fixation; installation en interférence moyenne ;

- configuration 2 (HK1 NC/lub. organique/Ml F) : fixation couverte d'une première couche de revêtement lubrifiant anticorrosion HI-KOTE™ 1 NC et d'une deuxième couche 30 lubrifiante sur l'ensemble de la fixation ; installation en interférence moyenne ;

- configuration 3 (HK1 NC/AC/HIF) : fixation couverte de revêtement lubrifiant anticorrosion HI-KOTE™ 1 NC et d'une deuxième couche d'alcool cétylique sur l'ensemble de la fixation; installation en forte interférence ;

- configuration 4 (HK1 NC/lub. organique/HIF) : fixation couverte de revêtement lubrifiant anticorrosion HI-KOTE™ 1 NC et d'une deuxième couche 30 lubrifiante sur l'ensemble de la fixation ; installation en forte interférence ;

- configuration 5 (OAS/HK1 NC/AC/MIF) : fixation comprenant une première couche d'anodisation sulfurique, une deuxième couche de revêtement lubrifiant anticorrosion HI-KOTE™ 1 NC sur la portion filetée uniquement, et une troisième couche d'alcool cétylique sur l'ensemble de la fixation; installation en interférence moyenne;

- configuration 6 (OAS/HK1 NC/lub. organique/Ml F) : fixation comprenant une première couche d'anodisation sulfurique, une deuxième couche de revêtement lubrifiant anticorrosion HI-KOTE™ 1 NC sur la portion filetée uniquement, et une troisième couche 30 lubrifiante sur l'ensemble de la fixation; installation en interférence moyenne.

Les figures 4 et 5 illustrent les résultats moyens des essais réalisés. La figure 4 illustre l'évolution du coefficient de frottement de fixations de l'art antérieur de différents diamètres, revêtues d'alcool cétylique. La figure 5 montre l'évolution du coefficient de frottement de fixations 40 selon un mode de réalisation de l'invention, géométriquement identiques à celles utilisées pour les essais avec de l'alcool cétylique et ayant subi les mêmes traitements, mais revêtues d'une couche 30 lubrifiante et non d'alcool cétylique.

L'utilisation de l'alcool cétylique est clairement dépendante du substrat comme le montre la courbe de la configuration 5 sur la figure 4, décalée vers le haut par rapport aux courbes des configurations 1 et 3, ayant le même substrat. Les coefficients de frottement calculés varient ainsi entre 0,045 et 2,10 en fonction du diamètre et du substrat.

En comparaison, l'utilisation de la couche 30 lubrifiante montre que le coefficient de frottement est dans une plage resserrée variant entre 0,035 et 0,07 quel que soit le diamètre et le substrat (fig. 5).

L'utilisation de la couche 30 lubrifiante permet donc d'installer une fixation avec un couple ou un effort d'installation connu avec une grande précision, bien meilleure que celle obtenue lors de l'utilisation de l'alcool cétylique. Cette couche 30 permet ainsi de limiter le risque de rupture des fixations lors de l'installation, puisque le couple ou l'effort d'installation, qui est fonction du coefficient de friction entre la fixation et la structure, est très peu dispersé.

La couche 30 lubrifiante est obtenue par exemple à partir d'une solution alcaline liquide, de pH compris entre 8 et 10, comprenant au moins un mélange de polymères lubrifiants dispersés dans une base aqueuse. A l'état liquide, la composition de la solution est décrite dans la table 2.

Table 2

Le solvant est par exemple un mélange d'eau et d'isopropanol. Liquide à sa température d'utilisation, le solvant dissout et/ou dilue les autres substances sans les modifier chimiquement et sans lui-même se modifier. L'isopropanol permet d'obtenir un séchage plus rapide de la solution une fois appliquée. Le solvant s'évapore au séchage.

Le polymère lubrifiant est par exemple une composition comportant une polyoléfine, ou un mélange de polyoléfines, par exemple un mélange de polyéthylène et/ou de polypropylène, et du polytétrafluoroéthylène. Une polyoléfine est un polymère d'oléfines qui a une structure générale du type

-(CH 2 -CRR') n dans lequel les radicaux R et R' peuvent être un atome d'hydrogène, un groupe méthyl (-CH 3 ), éthyle (-C 2 H 5 ) ou propyl (-C 3 H 7 ).

Le pourcentage en masse de polyéoléfine(s) dans la solution est par exemple compris entre 19,5 et 30%, et le pourcentage en masse du polytétrafluoroéthylène dans la solution est compris entre 0,5 et 5 %.

La solution peut en outre comprendre jusqu'à 4% en masse d'un dessicant, par exemple du gel de silice. Le dessicant permet d'accélérer le temps de séchage de la solution une fois appliquée.

La solution peut en outre comprendre jusqu'à 2% en masse d'un tensioactif comme du polyéthylène glycol éther. Il améliore la dispersion des polymères lubrifiants dans un solvant de base aqueuse. Le tensioactif s'évapore au séchage.

La solution peut en outre comprendre moins de 1 % en masse d'un biocide qui évite la formation rapide de bactéries et de champignons susceptibles de se développer dans une solution de base aqueuse.

L'extrait sec d'une telle solution comprend les polymères lubrifiants, et si la solution liquide en contient, le dessicant et/ou le biocide, soit en masse, entre 20 et 40%. L'extrait sec comprend au moins 80% de polymères lubrifiants, et au plus 100%, si la solution ne comprend ni dessicant ni biocide.

La table 3 indique une formulation préférée de la solution.

Table 3

Composé % masse

Solvant : Eau 53,9

Solvant : Isopropanol 15

Polymères lubrifiants 26

Dont : PTFE 1

Autres composants Gel de silice 3.0

Alcool PEG Ether 2.0

Biocide 0.1

L'extrait sec d'une telle formulation comprend les polymères lubrifiants, le gel de silice et le biocide, soit 29,1 % en masse. Les polymères lubrifiants constituent dans cet exemple 89,34% en masse de l'extrait sec (26% des 29,1 % de matière sèche).

Un mode d'obtention de la fixation 10 comprenant une couche 30 lubrifiante est le suivant.

Dans une première étape, la fixation 10 métallique issue de la forge et/ou usinée est dégraissée, séchée puis sablée, afin d'offrir une surface extérieure propre et propice à l'adhésion d'un revêtement. Eventuellement, un dépôt d'aluminium sous vide ou une oxydation anodique, partielle ou sur la totalité de la surface extérieure de la fixation 10, est réalisé. Si nécessaire, les filets de la fixation sont recouverts d'un revêtement anticorrosion lubrifiant de type HI-KOTE™ 1 NC.

Dans une deuxième étape, la fixation est chargée dans un panier puis trempée dans une solution alcaline comprenant en masse 60 à 80% d'un solvant de base aqueuse et 20% à 35% en masse d'un mélange de polyoléfine(s) et de polytétrafluoroéthylène dispersés dans le solvant, pendant une minute au plus.

Le panier est centrifugé pour essorer l'excès de lubrifiant, puis séché entre 60°C et 80°C afin que les solvants s'évaporent.

Ce procédé permet d'obtenir à la surface extérieure de la vis 10 une couche 30 comprenant au moins 80% de polymères lubrifiants, d'une épaisseur de quelques microns. Il est à noter que la température de séchage est inférieure à la plus basse température de fusion des polyoléfines. En effet, une température supérieure à 150°C conduit à un jaunissement voir un brunissement de la couche de polymère et contribue à une détérioration des performances du revêtement.

Lorsque la totalité de la surface de la fixation peut être revêtue de la couche 30 lubrifiante, un tel procédé est avantageux car il permet de traiter en une fois de gros volumes de fixations. Un autre mode d'application de la couche 30 lubrifiante consiste à pulvériser une solution alcaline comprenant en masse 60 à 80% d'un solvant de base aqueuse et 20% à 35% d'un mélange de polyoléfine(s) et de polytétrafluoroéthylène au moyen d'un pistolet sur tout ou partie de la fixation 10. Dans ce cas, l'épaisseur de la couche 30 lubrifiante est maîtrisée par l'opérateur et l'opération de centrifugation n'est pas nécessaire.

Un tel procédé est utilisé principalement quand une partie de la fixation seulement doit être revêtue. Par exemple, si seulement une portion de fût doit être revêtue, la tête et une partie du fût devant être masquées. Les fixations sont dans ce cas installées dans des plaques percées assurant le masquage de la portion non lubrifiée, et l'opérateur ou un robot pulvérise la solution alcaline uniquement du côté opposé à la tête.

Le procédé d'installation de la vis 10 comportant une couche 30 lubrifiante, dans un perçage traversant au moins deux structures d'un aéronef est le suivant.

La longueur de la fixation 10 est choisie en fonction de l'épaisseur des structures à assembler de sorte que la portion filetée 1 6 ressorte de la structure 24 après avoir été insérée. L'insertion de la fixation en interférence dans la structure se fait par poussée sur la tête, ou par traction de la queue de traction si la fixation en comporte une, ou encore par vissage d'un écrou sur la portion filetée dans le cas de fixations à fut conique. Grâce à son fort pouvoir lubrifiant, la couche 30 lubrifiante permet l'insertion en interférence de la vis. Cependant, du fait de cette même interférence entre la surface extérieure du fût de la vis et la surface intérieure de la structure et de la faible adhérence de la couche 30 sur le fût de la vis, la couche 30 lubrifiante est partiellement arrachée du fût de la vis à la fois sur sa hauteur et sur sa périphérie, laissant à nu des portions conductrices de fût 14. L'enlèvement de la couche 30 n'est pas total du fait des tolérances de fabrication de la vis et du mode d'application du lubrifiant sur la vis, qui peuvent constituer très localement des poches de réservoir de lubrifiant de quelques microns d'épaisseur.

La couche 30 lubrifiante réduit suffisamment les forces de frottement entre la vis et la structure pour permettre une installation en interférence. Son adhérence est suffisamment forte pour adhérer au fût et résister à toute manipulation manuelle, et suffisamment faible pour être enlevée partiellement lors d'un montage en interférence au fur et à mesure de l'installation.

Une fois la tête 12 de la vis 10 en contact avec la surface extérieure 32 de la structure 22, dirigée vers l'extérieur de l'aéronef, et l'écrou au contact de la surface extérieure 34 de la structure 24, dirigée vers l'intérieur de l'aéronef, la fixation 10 est installée et assemble sans jeu les structures 22 et 24. Lorsque la tête 12 de la vis 10 est frappée par la foudre, le courant électrique s'évacue dans les éléments de structure 22, 24 ou, dans le cas de structures composites vers un treillis métallique éventuellement inclus sur la surface 32, ou a l'intérieur des éléments de structure, via les portions métalliques du fût 14.

L'invention n'est bien sûr pas limitée aux exemples décrits ci-dessus. Ainsi, le fût 14 de la vis peut être conique et inséré dans un perçage conique, ou dans une chemise dont la surface intérieure est conique, et la surface extérieure est cylindrique, installée dans un perçage cylindrique. Une fixation comprenant une telle chemise est décrite dans la demande de brevet FR 2 946 707 du demandeur. La tête élargie de la vis peut être de n'importe quelle forme connue, par exemple protubérante ou bombée.

En variante, la fixation peut comprendre une queue de traction munie de gorges de traction et cassable au niveau d'une gorge de rupture, comme représenté en figure 6. La fixation 40 comprend une tête 42 protubérante, un fût 44 cylindrique, une portion filetée 46, une gorge de rupture 48 dimensionnée pour casser sous une certaine contrainte en tension ou en flexion, et une queue de traction 50 comprenant des gorges de traction 52.

Dans cet exemple, la tête 42 et le fût 44 ont une surface extérieure 56 conductrice, et la portion filetée présente une surface extérieure 58 recouverte de revêtement anticorrosion HI-KOTE™ 1 NC, isolante électriquement. L'ensemble de la fixation est revêtue d'une couche 30 lubrifiante comprenant un mélange de polyoléfine(s) et de polytétrafluoroéthylène, par exemple par trempage, centrifugation et séchage comme précédemment décrit. Bien sûr, seul le fût 44 pourrait n'être recouvert de la couche 30 lubrifiante, au moyen d'un pistolet et de masques sur une portion seulement, annulaire, axiale ou d'une autre forme. Cette fixation 40 est installée en interférence dans un perçage d'épaisseur telle que la queue de traction 52 ressorte de la structure, du côté opposé à la tête 42. Un outillage comprenant des mâchoires agrippe les gorges de traction et tire la fixation 40 dans le perçage. La queue de traction est ensuite cassée au niveau de la gorge de rupture 50 par une traction supplémentaire, ou par application d'une flexion sur la queue de traction.

En variante sur tous les types de fixations décrits ci dessus, la portion de blocage filetée peut être remplacée par des gorges de sertissage visant à accueillir une bague sertie à la place d'un écrou vis.