DE FRICTION

La présente invention concerne le domaine des garnitures de friction à surface traitée.

Les garnitures de friction sont des éléments de friction utilisés notamment dans les embrayages de véhicules automobiles.

De manière connue, dans un embrayage, la fonction des éléments de friction est, quand ils sont serrés entre un plateau de pression et un volant moteur, de transmettre le couple moteur et d'assurer, lors du démarrage du moteur et du passage de vitesse, la progressivité de cette transmission de couple. Cette progressivité participe au confort de conduite.

Les garnitures sont fixées par rivetage sur les deux faces d'un disque appelé dans la suite, disque de friction. On appelle habituellement « dispositif de friction », un dispositif comprenant notamment le disque de friction portant les garnitures.

Les garnitures montées sur le disque de friction, serrées entre le plateau de pression et le volant moteur ou le plateau de réaction, transmettent le couple à la boite de vitesses. Une transmission de mauvaise qualité peut conduire, à terme, à une panne de l'embrayage. La qualité de la transmission du couple et la tenue à la force centrifuge, sont directement liées à la résistance mécanique des matériaux utilisés pour réaliser les garnitures et au coefficient de frottement entre le disque et les garnitures qu'il porte. Une bonne qualité de transmission requiert :

- d'une part, d'assurer le plus grand coefficient de frottement statique possible entre les surfaces du disque de friction et les garnitures et,

- d'autre part, d'augmenter, lors de la phase habituelle de rodage, le coefficient de frottement dynamique entre les garnitures et le plateau de pression ou le volant moteur dans des zones préférentielles de friction.

Pour optimiser la qualité de la transmission, il est connu de traiter la surface des garnitures.

A cet effet, le document FR 2 742 503 propose un premier type de procédé de traitement de surface d'une garniture dans lequel, après usinage de la garniture stabilisée rhéologiquement, on carbonise superficiellement la garniture par sur-cuisson de cette garniture à 200-300°C.

Cependant, ce type de procédé est fortement consommateur d'énergie car la surcuisson, réalisée dans une étuve ou un four, est longue (elle dure généralement plus de 24 heures). De plus, les propriétés de surface d'une garniture ainsi traitée sont relativement irrégulières. En effet, la sur-cuisson est susceptible d'engendrer dans l'épaisseur de la garniture un gradient de modification non maîtrisé s'étendant de 50 à 300μη-ι. De plus, l'effet de la sur-cuisson dans l'épaisseur d'une garniture peut varier d'une garniture à l'autre d'un même lot.

Un second type de procédé de traitement de surface d'une garniture est proposé notamment dans le document WO2009156700 ou DE10 2009 002240.

Dans ce cas, on place sur la surface de la garniture à traiter un film à effet chimique à base de polymères, éventuellement réticulés, ou à base d'acrylates.

Ce second type de procédé de traitement permet une meilleure maîtrise du gradient de modification dans l'épaisseur de la garniture traitée. Toutefois, il est difficile d'appliquer ce traitement de manière localisée. En effet, pour localiser le traitement il faut avoir recours à des masques, ce qui complique la mise en œuvre du procédé. On préfère donc appliquer le traitement à l'ensemble d'une surface, notamment aux zones non pertinentes de cette surface. Même si, comme présentées dans le document DE 10 2005 003 507, les évolutions récentes de l'état de l'art ont permis d'aboutir à un procédé de traitement de surface applicable sélectivement à certaines zones d'une surface de garniture, la délimitation des zones à traiter demeure relativement imprécise.

Par ailleurs, l'amélioration du coefficient de frottement statique ou dynamique d'une garniture par application d'un film à effet chimique à base de polymères ou d'acrylates requiert de maîtriser des paramètres variés tels que la nature chimique du film, son épaisseur et sa rugosité, ce qui rend la mise en œuvre du procédé de traitement relativement complexe.

L'invention a ainsi pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un procédé de traitement de surface s'appliquant efficacement et simplement à des zones de surface précises à traiter aussi bien pour améliorer le coefficient de frottement statique entre la garniture et le disque de friction que le coefficient de frottement dynamique entre la garniture et le plateau de pression ou le volant moteur dans des zones préférentielles de friction.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement d'une surface d'un élément de friction comprenant une matrice organique contenant au moins un matériau inorganique, tel qu'un élément de friction de dispositif de friction pour embrayage, caractérisé en ce que l'on traite au moins une zone de cette surface, dite zone à traiter, en la balayant par un faisceau LASER, selon au moins une trajectoire prédéterminée (25), le faisceau LASER ayant une densité d'énergie comprise entre 0,05 et 1 J/cm ² , une fréquence comprise entre 10 Hz et 10 kHz et une durée de puise comprise entre 1 ps et 1 ns.

Bien entendu, selon l'invention, la zone à traiter, peut être balayée par plusieurs faisceaux. Par ailleurs, chaque faisceau peut impacter une ou plusieurs zones prédéterminées.

Le faisceau LASER permet de bénéficier de conditions de fonctionnement parfaitement paramétrables, permettant un traitement chimique très précisément localisé de la zone à traiter.

Le faisceau LASER permet de sélectionner avec précision la zone à traiter et de s'épargner des coûts inutiles engendrés par le traitement de zones non pertinentes.

Le procédé selon l'invention permet également de modifier chimiquement, de manière parfaitement contrôlée, la structure surfacique des zones traitées.

Classiquement, une garniture de friction est composée de fibres synthétiques sans amiante telles que des fibres de verre par exemple. Ces fibres sont filées, éventuellement retordues avec du fil de cuivre puis imprégnées d'une matrice organique dite matrice liante, constituée de résines thermodurcissantes et/ou d'élastomères. Ces fibres enveloppées de matrice liante sont enroulées pour former une préforme et cuites sous presse dans un moule pour former la garniture.

Après cuisson, la garniture est classiquement usinée pour éliminer une peau de moulage qui la recouvre présentant des irrégularités.

L'utilisation d'un faisceau LASER permet de modifier de manière parfaitement contrôlée, sur une profondeur maîtrisée comprise entre 10 à 300μη"ΐ, les nœuds moléculaires au sein des mailles du réseau tridimensionnel formé par les résines thermodurcies ou les élastomères vulcanisés réticulés, de la matrice organique.

Le procédé selon l'invention modifie ainsi la densité de la structure tridimensionnelle de la matrice, par exemple par une modification contrôlée de la structure moléculaire des liants organiques et une oxydation surfacique des éléments métalliques, tel que le cuivre. Par contre, le traitement par faisceau LASER ne dégrade pas les jonctions entre les éléments de renforts mécaniques telles que des fibres de verre continues ou des charges de renforts, et la matrice liante de la garniture.

Le procédé selon l'invention peut aussi permettre de faire disparaître localement certains composés chimiques pour créer une topologie de surface spécifique, comme par exemple une modification de la rugosité selon la fonction recherchée, notamment la modification du frottement statique ou du frottement dynamique.

De plus, un traitement localisé permet de respecter la géométrie initiale de l'élément de friction, qui a été préalablement réalisée par compression à chaud et usinage du matériau thermodurci.

Grâce à l'utilisation du faisceau LASER selon le procédé de l'invention, on peut localiser un traitement de surface beaucoup plus facilement qu'avec un film à effet chimique, tout en maîtrisant le traitement dans l'épaisseur de la garniture au moins aussi bien qu'avec un film à effet chimique. De préférence, la densité d'énergie du faisceau LASER appliqué à la zone à traiter est inférieure à 0,3 J/cm ² . De préférence également la section du faisceau LASER impactant la zone à traiter est comprise entre 20 et Ι ΟΟμηη, préférentiellement égale à environ 35μη"ΐ. De manière préférentielle, la longueur d'onde du faisceau LASER appliqué à la zone à traiter est comprise entre 550 et 1200 nm. De manière préférentielle, toujours, la fréquence du faisceau LASER appliqué à la zone à traiter est supérieure à 100Hz, la durée de puise est supérieure à 100ps et la longueur d'onde est comprise entre 634 et 1064nm.

Un faisceau LASER étant parfaitement paramétrable, le traitement selon le procédé de l'invention peut conduire, en fonction du domaine énergétique (longueur d'onde), de la longueur de puise utilisée, du diamètre de focale, et de la densité d'énergie, à la modification contrôlée des liants organiques. Cette modification se produit au niveau de la structure macromoléculaire, par exemple par le départ de carbone et d'hétéros éléments de manière maîtrisée. Ceci conduit à une modification physico-chimique de la structure surfacique de la zone traitée, aboutissant, dans la zone traitée, à une tension de surface et une topologie de surface différentes de celles de la surface non traitée.

Le traitement selon l'enseignement de l'invention permet d'agir pratiquement uniquement sur la matrice organique, si bien que l'on évite de dégrader la jonction entre les renforts mécaniques et la matrice dans le volume du matériau.

La source LASER utilisée peut être choisie indifféremment parmi, entre autres, un laser à excimère, un laser YV04 (pour avoir la flexibilité de traitement dans l'IR proche, le visible, voir l'UV), ou un laser YAG.

La surface d'un élément de friction telle qu'une garniture étant comprise entre 50 et 1000 cm ² , pour réaliser un traitement global et industriel, plusieurs faisceaux LASER peuvent être utilisés à la fois, notamment issus d'un faisceau de fibres optiques comme moyen de transport du faisceau de la source à la cible adapté à la configuration industrielle.

De manière avantageuse, le faisceau LASER est piloté selon une loi permettant une variation prédéterminée de l'effet en profondeur du traitement de la zone à traiter.

Une zone à traiter peut être située sur une face externe, dite de friction, de l'élément de friction, celui-ci formant garniture annulaire de dispositif de friction d'embrayage.

Le balayage du faisceau LASER sur la surface à traiter permet ainsi de modifier, dans une épaisseur micrométrique maîtrisée, la rugosité ou la chimie de surface de la surface du matériau de la zone à traiter pour augmenter d'une part le coefficient de frottement statique entre la garniture et le disque de friction et le coefficient de frottement dynamique entre la garniture et le plateau de pression ou le volant moteur dans des zones préférentielles de friction en phase de rodage. Le balayage du faisceau LASER sur la surface à traiter permet aussi une adaptation du dispositif de friction dans un embrayage à sec pour boîte manuelle (simple embrayage) ou pour boîte robotisée (double et simple embrayage à sec).

Une zone à traiter peut être située sur une face interne, dite d'appui, de l'élément de friction, celui-ci formant garniture annulaire de dispositif de friction d'embrayage. La zone à traiter de la face d'appui est destinée à venir en appui sur au moins une face complémentaire d'une pale de progressivité d'un disque de friction d'embrayage.

Préférentiellement, la zone à traiter est 2 à 3 fois supérieure à celle de la face complémentaire de la pale de progressivité.

Avantageusement, la zone de la face d'appui à traiter est munie d'un orifice destiné au passage d'un rivet de fixation de la garniture annulaire sur la pale de progressivité du disque de friction.

De manière préférentielle, la zone à traiter s'étend autour de l'orifice de passage du rivet et la surface de la zone à traiter étant de préférence 2 à 3 fois supérieure à celle de l'orifice.

Ceci permet une amélioration du frottement statique et une diminution du risque de désolidarisation consécutive au glissement localisé dans les zones de fixation. En effet, l'usure micrométrique du matériau de friction autour des jonctions rivetées et des zones de pression avec le disque de friction provoque des micro-cisaillements et génère, à terme, des glissements. Ces glissements peuvent engendrer la rupture de la jonction rivetée et dégrader le fonctionnement de l'embrayage. Il peut en résulter une perte de fiabilité entraînant un certain degré d'inconfort et d'insatisfaction de l'utilisateur.

Avantageusement, la zone à traiter est située sur la moitié radialement externe de la face de friction ou de la face d'appui de la garniture annulaire.

La trajectoire de balayage du faisceau LASER peut être formée par des trajets, éventuellement discontinus, courbes et sensiblement parallèles entre eux, du faisceau LASER.

En particulier, la trajectoire de balayage du faisceau LASER peut être formée par des trajets, éventuellement discontinus, sensiblement circulaires et concentriques, du faisceau LASER.

Dans une variante, la trajectoire de balayage du faisceau LASER peut être formée par des trajets, éventuellement discontinus, sensiblement rectilignes et parallèles entre eux, du faisceau LASER.

Le balayage du faisceau LASER sur la zone à traiter suit ainsi une trajectoire prédéterminée permettant une coopération de la zone à traiter parfaitement adaptée aux zones complémentaires des éléments destinés à venir au contact avec l'élément de friction. L'invention a également pour objet un élément de friction formant garniture annulaire destiné à être porté par un disque de friction, caractérisé en ce qu'il comporte une face traitée selon un procédé tel que défini ci-dessus

L'invention a encore pour objet un dispositif de friction pour embrayage de véhicule automobile, du type comprenant un élément de friction formant garniture annulaire porté par un disque de friction, caractérisé en ce que l'élément de friction est tel que défini ci-dessus.

L'invention a enfin pour objet un embrayage pour véhicule automobile, du type comprenant un dispositif de friction équipé d'un élément de friction formant garniture annulaire portée par un disque de friction, caractérisé en ce que l'élément de friction est tel que défini ci-dessus.

L'embrayage peut être un embrayage simple comportant un seul disque de friction destiné à être serré entre un plateau de pression et un plateau de réaction. Ou bien, l'embrayage peut être un embrayage double, c'est-à-dire un embrayage comportant deux disques de friction, un premier disque de friction étant destiné à être serré entre le plateau de pression et le volant moteur ou un plateau de réaction, et un deuxième disque de friction étant destiné à être serré entre un autre plateau de pression et le volant moteur ou le plateau de réaction.

L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures annexées, fournies à titre d'exemples et ne présentant aucun caractère limitatif, dans lesquelles :

la figure 1 est une vue en perspective, avec une coupe partielle montrant l'agencement de l'assemblage, d'un dispositif de friction pour embrayage montrant une zone d'élément de friction formant garniture annulaire traitée selon un premier exemple de réalisation du procédé selon l'invention ;

- la figure 2 est une vue de face de la face externe, dite de friction, de l'élément de friction formant garniture annulaire ayant des zones traitées selon un deuxième exemple de réalisation du procédé selon l'invention ;

les figure 3 à 5 sont des vues similaires à la figure 2 illustrant des troisième à cinquième exemples de réalisation du procédé selon l'invention ;

- la figure 6 est une vue de face de la face interne, dite d'appui, de l'élément de friction formant garniture annulaire montrant des zones traitées selon un sixième exemple de réalisation du procédé selon l'invention ;

la figure 7 est une vue similaire à la figure 6 selon un septième exemple de réalisation du procédé selon l'invention.

On a représenté sur la figure 1 un dispositif de friction 10 pour embrayage, selon l'invention. Ce dispositif 10 comprend un disque de friction 12 et deux garnitures de frictions 14 identiques portées respectivement par les deux faces du disque 12. Les garnitures 14 ont chacune une forme générale d'anneau plat. Le disque 12 a une structure classique et assure, dans l'exemple décrit, une fonction de progressivité. Il comporte ainsi des pales de progressivité (non représentées sur la figure 1 ) déformables axialement et élastiquement. Chaque garniture 14 comprend des orifices 16, appelés par la suite trous lamés 16, formant chacun siège passant pour un rivet de fixation 18 pour fixer la garniture 14 sur les pales de progressivité du disque de friction 12. Chaque garniture 14 comprend aussi des orifices 16A, appelés par la suite trous défoncés 16A. Chaque trou défoncé 16A, est positionné en vis-à-vis d'un trou lamé 16 de la garniture 14 de la face opposée du disque de friction 12. Un trou défoncé 16A permet classiquement le passage d'un outil pour le montage d'un rivet 18.

La garniture 14 comporte deux faces, une face externe 20, dite de friction, et une face interne 22, dite d'appui. La face de friction 20 est la face qui, une fois le dispositif de friction 10 monté dans l'embrayage, coopère par friction avec le plateau de pression, le volant moteur ou un plateau de réaction. La face de friction 20 peut également coopérer par friction avec le plateau de pression ou le plateau de réaction quand l'embrayage est un embrayage double, c'est-à-dire un embrayage avec deux disques de friction reliés chacun à un arbre d'entrée de boîte de vitesses. Dans ce cas, une face de friction 20 d'un premier disque de friction situé côté moteur coopère par friction avec un premier plateau de pression ou avec un plateau de réaction central, et une autre face de friction 20 d'un deuxième disque de friction situé à un côté éloigné du moteur qui coopère par friction avec un deuxième plateau de pression ou avec le plateau de réaction central. La face d'appui 22 est la face qui est en appui contre les pales de progressivité du disque de friction 12.

Les garnitures de friction 14 étant identiques, dans ce qui suit, on ne décrira qu'une seule des garnitures 14.

La garniture 14 comprend, de façon connue en soi, une matrice organique contenant au moins un matériau inorganique.

Une garniture de friction comprend classiquement :

20 à 45% en volume (de préférence 35%) de résines thermodurcissables formant une première partie de la matrice liante, comme par exemple des résines phénoplaste, mélamine formaldéhyde, époxy, polyamide imide, bismaléimide, ou poly imide ;

10 à 25% en volume (de préférence 15%) d'élastomères prévulcanisés ou vulcanisés au soufre, formant une deuxième partie de la matrice liante ;

- 0.5 à 10% en volume (de préférence 3%) de cuivre, réparti en fils ou en poudre dans l'élément de friction ;

le complément à 100% de volume d'autres composants inorganiques comme par exemple du verre, du sulfate de baryum, des charges modificatrices de friction, et des composants organiques comme des lubrifiants graphites, du noir de carbone ou des charges modificatrices de friction organiques.

La face de friction 20 de la garniture 14 est traitée selon un premier exemple de procédé selon l'invention.

Le traitement peut avoir lieu avant ou après rivetage des garnitures 14 sur le disque de friction 14.

Selon ce procédé, au moins une zone de la face de friction 20 a été balayée par un faisceau LASER exécutant une trajectoire prédéterminée 25. Pendant le traitement, on a réglé le faisceau LASER de façon préférentielle pour que sa densité d'énergie soit inférieure à 0,3 J/cm ² , que sa fréquence soit supérieure à 100Hz, que la durée de puise soit supérieure à 100ps, que la longueur d'onde soit comprise entre 634 et 1064nm et que la section du faisceau soit égale à environ 35μη-ι.

Les choix préférentiels ci-dessus de la densité d'énergie, de la fréquence, de la durée puise, de la section et de la longueur d'onde permettent un traitement chimique efficace et parfaitement localisé de la zone traitée 27. Par ailleurs, le faisceau LASER pourra avantageusement être piloté selon une loi permettant une variation prédéterminée de l'effet en profondeur du traitement de la zone traitée 27.

Bien qu'une trajectoire de balayage 25 du faisceau LASER a été représentée sur la face 20 de la garniture 14 pour permettre de visualiser une zone traitée 27, elle n'est pas visible à l'œil nu. Par contre, cette trajectoire 25 peut être visualisée par microscopie confocale ou par microscopie électronique à balayage.

On notera que la trajectoire 25 représentée schématiquement sur la face de friction 20 de la garniture 14 (voir figures 1 à 5) l'est dans un but purement illustratif et ne correspond pas notamment au nombre de passages du faisceau LASER pour la trajectoire 25 réelle utilisée pour obtenir effectivement la zone traitée 27 selon l'invention.

Sur la figure 2 on voit que cette trajectoire 25 peut être discontinue de façon à former plusieurs zones traitées 27 sur la même face 20 d'une garniture 14. On voit également que la trajectoire 25 peut être parallèle à une direction correspondant sensiblement à la largeur de la zone traitée 27. De façon plus générale, la trajectoire de balayage 25 du faisceau LASER peut être formée par des trajets, éventuellement discontinus, sensiblement rectilignes et parallèles entre eux.

Les figures 3 et 4 illustrent le fait qu'un même type de zones traitées 27 issues du même type de trajectoires 25, peuvent se différencier quant à leur positionnement par rapport aux orifices 16. On voit également que, contrairement aux zones traitées 27 de la figure 2, la trajectoire 25 peut être parallèle à une direction correspondant sensiblement à la longueur de la zone traitée 27.

Sur la figure 5 on peut voir que la zone traitée 27 peut être courbe, par exemple parabolique, la trajectoire de balayage 25 étant formée par des trajets, éventuellement discontinus, courbes et sensiblement parallèles entre eux.

Les figures 1 , 3, 4 et 5 illustrent également le fait que la zone traitée 27 se trouve préférentiellement sur la moitié 28 radialement externe de la face de friction 20 de la garniture 14.

On notera que la trajectoire 25 représentée schématiquement sur la face d'appui 22 de la garniture 14 (voir figures 6 et 7) l'est dans un but purement illustratif et ne correspond pas notamment au nombre de passages du faisceau LASER pour la trajectoire 25 réelle utilisée pour obtenir effectivement la zone traitée 27 selon l'invention.

Comme la transmission du couple moteur de la garniture 14 au disque de friction 12 se fait par les rivets 18, chaque zone traitée 27 de la face d'appui 22, comme visible sur les figures 6 et 7, s'étend de préférence autour de l'orifice 16 de passage du rivet 18. La surface de la zone traitée 27 est avantageusement deux à trois fois supérieure à celle de l'orifice 16.

Comme sur la figure 1 , on voit sur la figure 6 que la trajectoire 25 du balayage est formée par des trajets, éventuellement discontinus, sensiblement circulaires et concentriques, du faisceau LASER.

Chaque zone traitée 27 de la face d'appui 22 de la garniture 14 vient en appui sur au moins une face correspondante d'une pale de progressivité d'un disque de friction 12. La zone traitée 27 est de préférence, comme illustré sur la figure 7, deux à trois fois supérieure à celle de la face correspondante de la pale de progressivité du disque de friction 12, pour tenir compte de la déformation élastique de la pale lors du pincement du dispositif de friction 10 entre le plateau de pression et le volant moteur.

L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation présentés et d'autres exemples de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.

Il est notamment possible d'adapter la forme de la zone traitée à toute forme de contraintes subies par les faces de friction ou d'appui de la garniture de friction et de traiter chaque face de friction ou d'appui de chaque garniture d'un même dispositif de friction pour embrayage indépendamment l'une de l'autre. Il est également possible que les zones traitées d'une même face varient les unes par rapport aux autres.

En effet, une fois les garnitures rivetées sur le disque de friction, il apparaît que chaque face de friction est soumise à des contraintes spécifiques et il est alors pertinent d'appliquer à chacune un traitement spécifique indépendant de celui appliqué sur l'autre face de friction. Par ailleurs, certains disques de friction étant du type à plusieurs rangées de rivets, on comprend que le procédé de traitement selon l'invention est adaptable à ce type de disque également.

On peut aussi prévoir d'utiliser le même procédé pour traiter des zones de surfaces d'éléments de frictions autres que des garnitures de friction, tels que des plaquettes de frein.