Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
CA 02238840 1998-OS-25
WO 97/21793 PCT/FR96/OI979
1
Procd de traitement de ta surtace mtallique d'une tle.
L'invention concerne un procd de traitement de la surface mtallique
d'une tle, notamment d'une tle d'acier, destin prparer ladite
tle
l'emboutissage et/ou la protger contre la corrosion, dans lequel
on applique
une solution aqueuse de produit de traitement sur ladite surface,
on sche
ladite surface, puis on efFectue au moins une opration de huilage
de ladite
surface.
Le brevet EP 0 489 105 B1 dcrit un procd de ce type dans lequel
le
produit de traitement comprend un sel aquasoluble d'un mtal alcalin,
notamment du phosphate de potassium.
Avant d'emboutir une tle, on applique donc sur sa surface une solution
de phosphate de potassium puis on sche la solution applique ; les
conditions
d'application et de schage sont adaptes pour obtenir un dpt de
phosphate
de densit surfacique comprise entre 5 40 mglm2.
Ensuite, aprs ce dpt, on effectue au moins une opration de huilage
de la surface (recouverte de ce dpt).
Quand on a utilis pour le huilage une huile de lubrification ou
d'emboutissage, la tle ainsi traite est alors prte rentrer dans
l'outil de mise
en forme (par exemple une presse emboutir).
Pour tre efficace, ce traitement de surtace {phosphatation et huilage)
doit tre ralis sur une surface mtallique propre, et if est parfois
ncessaire
de nettoyer la surface de la tle avant d'appliquer la solution
de traitement.
Un tel traitement de surtace pralable l'emboutissage permet de
diminuer sensiblement le coefficient de frottement tle-outif d'emboutissage
sans recourir des huiles fortement additives, que l'on cherche
parfois
viter notamment pour des raisons conomiques.
Le traitement pralable de la surface mtallique par une solution
de
phosphate amliore donc sensiblement les proprits tribologiques
de ladite
surface.
Ainsi fa prparation d'une tle l'emboutissage comprend au moins
deux
oprations, l'une de dpt d'un produit de traitement (phosphate),
l'autre de
' huilage.
Et parfois mme, il faut envisager, aprs le dpt d'un produit de
traitement, non pas une mais deux oprations de huilage, car, dans
la pratique,
entre leur fabrication et leur mise en forme, les tles sont stockes,
parfois
pendant une priode prolonge, suprieure un mois.
Pendant cette priode de stockage, il convient donc de protger les
tles
contre la corrosion.
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2
Après le dépôt d'un produit de traitement (phosphate), on effectue alors
d'abord un huilage de protection temporaire contre la corrosion, le huilage de
lubrification n'étant effectué que juste avant la mise en forme de la tôle à
proprement parler.
Les huiles de protection sont généralement différentes des huiles de
lubrification : uné seule opération de huilage ne pourrait donc généralement
suffire.
Après stockage, les tôles peuvent donc être embouties, généralement
moyennant un deuxième huilage, ou re-huilage de lubrification.
En conclusion, entre la fabrication et la mise en forme des tôles, on
recense les inconvénients suivants
- au moins deux opérations (dépôt d'un produit de traitement à base de
phosphate + huilage), sinon trois en cas de stockage (re-huilage après
stockage).
- une dégradation de la résistance à la corrosion apportée par le huilage
de protection, lorsqu'on a procédé avant ce huilage à un dépôt d'un produit de
traitement à base de phosphate, ce qui traduit un problème de compatibilité
entre la couche de phosphate déposée pour améliorer les propriétés
tribologiques et la couche d'huile déposée pour protéger contre la corrosion.
- un manque de stabilité dans le temps des améliorations tribologiques
apportées par dépôt d'un produit de traitement à base de phosphate : ainsi les
tôles stockées longtemps sont plus difficiles à emboutir.
L'invention a pour but de limiter ces inconvénients tout en proposant un
traitement de surface offrant à la fois une bonne résistance à la corrosion et
une
bonne lubrif cation, même avec une seule opération de huilage.
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3
L'invention a pour objet un procédé de traitement de la surface
métallique d'une tôle, notamment d'une tôle d'acier, destiné à préparer ladite
tôle à l'emboutissage et/ou à la protéger contre la corrosion, dans lequel on
applique une solution aqueuse de produit de traitement sur ladite surface, on
sèche ladite surface, puis on effectue au moins une opération de huilage de
ladite surface, caractérisé en ce que
- le produit de traitement contient des polyéthoxylats d'un ou plusieurs
dérivés de la lanoline, lesdits dérivés étant des stérols ou des esters
d'alcools
gras, étant entendu que lorsque lesdits polyéthoxylats répondent à la formule
générale D-O-(CH2-CH2-O)n H, n est compris entre 30 et 150, n étant en outre
choisi de manière à ce que lesdits polyéthoxylats présentent une balance
hydrophile-lipophile (couramment appelé HLB) au moins égale à 14 (dans une
échelle comprise entre 0,1 et 20), et D est tel que la formule D-OH représente
le lanostérol,
- les conditions de séchage sont adaptées pour obtenir un dépôt à l'état
sec de produit de traitement, quasiment dépourvu d'eau de composition,
- et au moins une opération de huilage est réalisée en appliquant une
huile non aquasoluble sur ledit dépôt toujours à l'état sec.
Avantageusement, le dépôt est considéré comme étant à l'état sec s'il ne
contient plus ou quasiment plus d'eau de composition.
La lanoline est un corps gras d'origine animale.
On l'obtient par exemple par raffinage de la suintine ; la suintine est
elle-même issue du lavage de la laine de mouton ; la suintine est considérée
habituellement comme une cire comprenant principalement des esters d'alcools
gras du type cholestérol, isocholestérol, lanostérol combinés avec des acides
gras saturés présentant un nombre d'atomes de carbone supérieur à 23.
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3a
Pour au moins une opération de huilage, on entend par huile non
aquasoluble une phase huileuse homogène par opposition, notamment, aux
émulsions aqueuses d'huile dans l'eau.
L'invention peut également présenter une ou plusieurs des
caractéristiques suivantes
- lesdits dérivés de la lanoline sont choisis parmi les alcools gras comme
le lanostérol, le cholestérol, l'isocholestérol et les acides gras et esters
dérivés
de la lanoline.
- si lesdits polyéthoxylats répondent à la formule générale
D-O-(CH2-CH2-O)ri H, n est compris entre 30 et 150, et vaut de préférence
environ 75 où n est choisi de manière à ce que lesdits polyéthoxylats
présentent
une balance hydrophile-lipophile (couramment appelé HLB) au moins égale à
14 (dans une échelle comprise entre 0,1 et 20).
- ledit dépôt à l'état sec présente, sur ladite surface, une densité
surfacique comprise entre 100 et 400 mg/m2.
- ladite solution aqueuse de produit de traitement contient au moins un
agent séquestrant vis à vis des ions du fer.
Le terme "HLB" (Hydrophilic Lipophilic Balance) désigne le rapport de
l'hydrophobie de la partie lipophile des molécules de polyéthoxylats à
l'hydrophilie des groupements solubilisants "éthoxy" des mêmes molécules ; il
s'agit d'un terme couramment utilisé dans le domaine des agents de surface.
L'invention a également pour objet une tôle, notamment une tôle
d'acier, traitée selon l'invention, caractérisée en ce que sa surface
métallique
est revêtue de deux couches superposées et distinctes, une couche
intermédiaire
contenant ledit produit de traitement et une couche superficielle d'huile.
De préférence, l'épaisseur de ladite couche intermédiaire est inférieure à
1 ~.m et sa densité surfacique est supérieure à 100 mg/m2.
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L'invention a également pour objet un procédé d'emboutissage d'une tôle
métallique, notamment d'acier, dans lequel on prépare ladite tôle par un
procédé selon ('invention puis on emboutit à proprement parler ladite tôle
pour
la mettre en forme, caractérisé en ce que : '
- on effectue une seule dite opération de huilage avant la mise en forme,
- l'intervalle de temps séparant ladite unique opëration de huilage de
l'opération d'emboutissage à proprement parler est supérieur à une journée.
Cette intervalle de temps correspond à une période de stockage pendant
laquelle la tôle traitée selon l'invention est efficacement protégée contre ia
corrosion par La double couche de produit de traitement et d'huile ; c'est
cette
même double couche qui sert à lubrifier l'interface tôle-outil d'emboutissage
lors de l'opération de mise en forme à l'issue de la période de stockage.
De préférence, ledit intervalle de temps - ou période de stockage de la
tôle traitée - est supérieur à un mois.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va
suivre, donnée à titre d'exemple, et en référence aux figures annexées sur
lesquelles
- les figures 1 à 3 représentent des courbes A, B, C de résultats d'essais
tribologiques pour différentes éprouvettes, avec, en ordonnée le coefficient
de
frottement k (de 0 à 0,3), et en abscisse, la force de serrage Fs (exprimée en
décaNewton - daN - de 200 à 2000 daN par intervalles de 360 daN) pour les
figures 1 et 3 ou la course de frottement D (exprimée en mm - de 0 à 180 mm)
pour la figure 2.
- les figures 4, 5 et 6 représentent, chacune pour un type d'éprouvette,
des résultats d'essais tribologiques immédiatement après traitement (A) et 30
jours après traitement (B), avec, en ordonnée le coefficient de frottement k
(de
0 à 0,3), et en abscisse, la force de serrage Fs (exprimée en décaNewton
daN - de 200 à 2000 daN).
- la figure 7 représente des résultats d'essais tribofogiques sur des
éprouvettes en acier zingué traitées suivants diffërents protocoles (courbes A
à
D), avec, en ordonnëe, le coefficient de frottement k (de 0 à 0,3) et, en
abscisse, la force de serrage FS (exprimée en décaNewion - daN - de 80 à 800
daN par intervalles de 144 daN).
- la figure 8 représente des résultats d'essais tribologiques sur des -
éprouvettes en acier traitées suivant l'invention pour différentes densités
surfaciques de dépôt préalable d'éthoxylat (courbes A à D), avec, en ordonnée,
le coefficient de frottement k (de 0 à 0,3) et, en abscisse, la force de
serrage Fs
(exprimée en décaNewton - daN - de 200 à 2000 daN).
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- la figure 9 représente des résultats d'essais tribologiques selon les
mêmes conventions que ia figure 8, 1a courbe S1 sur un échantillon dont le
dépôt préalable n'a pas été séché selon l'invention, la courbe S2 sur un
échantillon dont le dépôt préalable a été séché selon !'invention.
5 On va maintenant décrire à titre d'exemple non (imitatif le procédé de
~ traitement de surtace selon l'invention appliqué à une tôle d'acier.
On prépare une solution aqueuse de produit de traitement en mettant en
solution dans l'eau du polyéthoxylat de lanostérol, ledit polyéthoxylat
répondant
à la formule générale D-O-(CH2-CH2-O)n-H, D-OH représentant fe lanostérol.
Le lanostérol, parce qu'il est polyéthoxylé, est facilement solubilisable
dans l'eau.
Selon d'autres variantes de ('invention, on peut utiliser, à la place du
lanostérol, d'autres dérivés stérols de la lanoline, notamment le cholestérol
ou
l'isochoiestérol, ou les esters dérivés correspondants, ou des mélanges de ces
dérivés.
De préférence, le nombre de radicaux "oxyde d'éthylène" par molécule de
produit polyéthoxylat est compris entre 30 et 150, notamment de l'ordre de 75.
De préférence, on adapte le nombre de radicaux "oxyde d'éthylène" par
molécule de produit polyéthoxylat de manière à obtenir un polyéthoxylat
présentant un indice HLB au moins égal à 14 (Balance hydrophile-lipophile
échelle de 0,1 à 20).
Selon une variante équivalente de l'invention, on peut utiliser des
radicaux "oxyde de propylène" à la place des radicaux "oxyde d'éthylène".
On adapte d'une manière connue en elle-même la concentration de
polyéthoxylats dans la solution, les conditions d'application de ladite
solution
sur la tôle à traiter et les conditions de séchage pour obtenir un dépôt d'une
épaisseur inférieure à 1 ~.m sur la tôle.
La densité surfacique du dépôt de produit de traitement est
avantageusement comprise entre 300 à 400 mg/m2.
Avantageusement, la solution de traitement est facile à manipuler, à
appliquer et à sécher sur la tôle, puisqu'il s'agit d'une solution aqueuse.
~ De préférence, la concentration de polyéthoxylats dans ia solution est
comprise entre 0,5 et 10 % en poids.
~ Avantageusement, la concentration de polyéthoxylats dans la solution de
traitement est de 4% environ.
Si besoin, notamment en fonction des contraintes de stockage et
d'application de ces solutions, on peut également rajouter dans la solution un
agent antioxydant, un agent conservateur (ou bactéricide) et un agent anti-
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mousse dans des proportions qu'on adapte d'une manière connue en elle-
même, ces additifs n'ayant pas d'incidence notable sur les performances du
traitement de surface selon l'invention.
On procède ensuite au traitement de surface selon l'invention
- on applique la solution aqueuse de traitement sur la surface métaüique
de la tôle à traiter,
- puis on sèche la solution appliquée,
- et on applique alors sur la tôle une huile de lubrification connue en elle-
même, adaptée à l'emboutissage.
On obtient une tôle traitée, le traitement selon l'invention comprenant le
dépôt d'une couche intermédiaire d'éthoxyfats de lanostérol et d'une couche
superficielle d'huile.
Pour appliquer la solution aqueuse, on peut procéder par exemple par
trempage ou par aspersion.
On peut par exemple appliquer la solution de traitement directement à la
sortie d'une ligne de décapage, ce qui garantit la propreté de la surface
métallique à traiter.
Pour sécher la tôle, on peut utiliser l'air chaud.
Pour parvenir aux buts que poursuit l'invention, il importe de n'appliquer
l'huile que sur un dépôt convenablement séché.
Ainsi, on considère que le dépôt d'éthoxylat de lanostérol est à un état
suffisamment sec pour effectuer le huilage et parvenir aux buts que poursuit
l'invention dès lors qu'il ne contient plus d'eau de composition.
Les éthoxylats de lanostérol sont très hygroscopiques : exposés à une
atmosphère humide, ils peuvent reprendre jusqu'à 100% de leur poids en eau
dans un délai assez court (en dix minutes environ).
Cette reprise en eau correspond à de l'eau d'adsorption, par opposition à
de l'eau de composition.
Ainsi, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le séchage
doit être conduit de manière à éliminer toute (ou quasiment toute) l'eau de
composition (c'est à dire l'eau apportée par la solution de produit de
traitement)
mais par forcément de manière à éliminer l'eau d'adsorption.
Par ailleurs, pour l'opération de l'huilage, ü est nécessaire d'utiliser une
huile de lubrification non aquasoluble, notamment non solubilisée ou dispersée
dans l'eau.
De préférence, de la sortie du séchage jusqu'à l'application d'huile, la tôle
est maintenue à une température d'au moins 45°C, ce qui facilite le
maintien du
dépôt d'éthoxylat de lanostérol à l'état sec.
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On constate alors que la tle traite selon l'invention (dpt
sec
d'thoxylats de lanostrol + huilage) prsente de bien meilleures
proprits
_ tribologiques qu'une tle simplement huile sans traitement
de surface
pralable.
Ces performances tribologiques sont suprieures celles d'une
tle
traite selon l'art antrieur, notamment par dpt de phosphate
puis huilage
identique.
On constate galement que, si le huilage est effectu sur un
dpt sec
d'thoxylats de lanostrol ayant adsorb de l'eau, on obtient
galement de
bonnes performances tribologiques.
Mais on constate que si l'on ne sche pas convenablement le
dpt
d'thoxylats de lanostrol au point qu'il reste de l'eau de
composition dans ce
dpt, on n'obtient pas de telles proprits tribologiques.
Par ailleurs, la tle ainsi traite (dpt sec d'thoxylats de
lanostrol +
huilage) est aussi facile dgraisser qu'une tle traite selon
l'art antrieur
(dpt de phosphate + huilage).
Selon une variante concernant l'opration de huilage du procd
selon
l'invention, lorsque la tle doit tre stocke pendant une priode
prolonge,
aprs ie dpt de polythoxylats de lanostrol, on applique une
huile de
protection connue en elle-mme pour apporter une rsistance
la corrosion.
Les huiles de protection qu'on utilise gnralement ne sont
pas
aquasolubles et il est important, dans le traitement selon
l'invention, d'utiliser
prcisment des huiles non aquasolubles, ce qui exclut l'utilisation
d'mulsions
d'huile dans l'eau.
On constate alors que la tle traite selon l'invention (dpt
d'thoxylats
de lanostrol + huilage de protection contre ia corrosion),
rsiste beaucoup
mieux ta corrosion qu'une tle traite par une solution de
phosphate et huile
de la mme faon. .
Le dpt d'thoxylats de lanostrol selon l'invention est donc
beaucoup
plus compatible avec les huiles de protection que des traitements
de l'art
antrieur, notamment base de phosphate.
Contrairement certains traitements de l'art antrieur, le
dpt
d'thoxyiats de fanostrol selon l'invention ne contrarie donc
pas la protection
' apporte par l'huile.
Enfin on constate que des tles traites selon l'invention (dpt
d'thoxylats de fanostrol + huilage de protection contre la
corrosion), puis
stockes, n'ont pas besoin d'tre rehuifes juste avant emboutissage,
mme
aprs une priode de stockage prolonge : on peut donc n'effectuer
qu'une
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seule opération de huilage entre la sortie de fabrication des tôles (par
exemple,
sortie de décapage) et leur . mise en forme par emboutissage, et ta tôle est
protégée contre la corrosion dans l'intervalle de temps séparant l'unique
opération de l'huilage de l'opération d'emboutissage à proprement parler.
Dans les opérations industrielles classiques, cet intervalle de temps est
en général supérieur à une journée et représente la période de stockage
intermédiaire.
Grâce à !'invention, on parvient donc à simplifier et/ou à restreindre les
opérations situées entre la fabrication et 1a mise en forme de tôles.
Les caractéristiques tribologiques obtenues sur une tôle traitée selon
l'invention, même huilée par une huile de protection pourtant peu adaptée à
l'emboutissage, sont au moins comparables à celles qu'on obtient sur une tôle
huilëe directement par une huile spécialement adaptée à l'emboutissage (huile
"hautes performances"), sans dépôt préalable d'éthoxylats de lanostérol.
75 On constate également que les caractéristiques tribologiques, obtenues
grâce au traitement de surface selon l'invention, se maintiennent mëme après
une longue période de stockage, pouvant excéder un mois, ce qui indique la
stabilité du traitement selon l'invention par opposition au traitement
utilisant
des solutions de phosphate alcalin.
Sans préjuger des mécanismes en jeu, la demanderesse avance que ces
résultats sont atteints grâce notamment à une faible solubilitë des
polyéthoxylats de dérivés de la lanoline dans les huiles, combinée à une forte
affinité desdits polyéthoxylats pour la surface métallique de la tôle à
traiter,
notamment une tôle d'acier.
Pour obtenir les performances requises (lubrification, anti-corrosion), il est
donc important que le dépôt d'éthoxylat de lanostérol ne puisse pas se
solubiliser dans l'huile qu'on applique dessus, et que donc cette huile ne
contienne pas de phase aqueuse : le traitement selon l'invention ne peut être
en effet efficace lorsqu'on utilise des solutions ou dispersions de
lubrification
aqueuses, le dépôt d'éthoxylats de lanostérol ayant tendance alors à
s'éliminer
rapidement par solubilisation.
Le nombre de radicaux "oxyde d'éthylène" par molécule de produit
poiyéthoxylat est suffisamment élevé pour empêcher la solubilisation du
produit
de traitement dans l'huile, mais doit rester suffisamment faible pour que fe '
dépôt à l'état sec ne soit pas trop hygroscopique.
Il convient également d'éviter que le lanostérol soit éthoxylé (nombre de
radicaux "oxyde d'éthylène" trop élevé) au point de risquer de solubiliser de
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l'huile dans une phase aqueuse (ce qui correspondrait à une fonction
d'émulgateur).
_ Un avantage supplémentaire de l'invention est que ies produits dilués
dans la solution de traitement, à savoir les polyéthoxylats de dérivés de la
lanoline, ne présentent aucun risque vis à vis de l'environnement ou de la
santé humaine.
Du fait notamment de l'absence de risques de dégagements toxiques, les
tôles traitées selon l'invention peuvent être facilement soudées par points.
On a constaté qu'à l'issue d'une période prolongée de stockage, les tôles
traitées selon l'invention pouvaient avoir tendance à jaunir légèrement en
surface, notamment dans le cas où le dépôt sec intermédiaire d'éthoxylat
comporte de l'eau d'adsorption.
Le dépôt sec intermédiaire d'éthoxylat comporte des quantités
significatives d'eau d'adsorption notamment lorsqu'on n'effectue pas un
séchage très poussé (limité simplement à l'évaporation de l'eau de
composition), ou lorsqu'on laisse le dépôt adsorber de l'eau avant huilage
(cas
où on Laisse refroidir la tôle dans une atmosphère humide avant huilage).
Avantageusement, afin d'éviter ce risque de jaunissement, on ajoute,
dans la solution de produit de traitement selon l'invention, des agents
chéiatants ou séquestrants, notamment vis à vis des ions du fer (Fe2~, Fe3+).
L'invention s'applique également aux tôles d'acier revëtues de métal,
comme les tôles zinguées.
L'invention s'étend également aux cas où, notamment dans le but
d'améliorer encore les propriétés tribologiques, on effectue une deuxième
opération de huilage à l'issue de la période de stockage et juste avant
l'emboutissage à proprement parler ; on évitera toujours dans ce cas
d'utiliser
des huiles aquasolubles.
L'invention s'étend également aux cas où, notamment dans le but
d'améliorer encore la résistance à la corrosion apportée par le traitement
selon
!'invention, on ajoute au moins un inhibiteur de corrosion dans la solution de
produit de traitement à base d'éthoxylat de fanostérol.
' Les exemples suivants illustrent l'invention
Dans ces exemples, sauf mention contraire, on applique une solution de
produit de traitement sur des éprouvettes d'acier que l'on sèche ensuite à
l'air
chaud, on obtient ainsi une éprouvette revêtue d'un dépôt sec de produit de
traitement, puis on applique un film d'huile sur le dépôt sec.
Dans les solutions de traitement, on utilise, comme produit de traitement
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- soit, selon l'invention, des polyéthoxylats de lanostérol présentant un
nombre moyen m de radicaux d'oxyde d'éthylène.
X désigne le produit pour lequel m=75 et le traitement de surtace associé
(application de la solution de traitement + séchage).
5 X' dësigne le produit pour lequel m=30 et le traitement de surface associé
(application + séchage) ; l'indice HLB du produit X' vaut environ 14 dans une
échelle de 0,1 à 20, 0,1 correspondant à un produit très lipophile et 20
correspondant à un prôduit très hydrophile.
- soit, pour comparaison avec !'art antérieur, du phosphate de potassium
10 désigné par P, P désignant aussi le traitement de surface associé
(application
+ séchage).
Le dépôt de produit de traitement est effectué dans les conditions de
séchage mentionnées précédemment dans la description générale de
l'invention, c'est à dire que l'on sèche au moins jusqu'à évaporer
sensiblement
toute l'eau de composition présente dans La couche de solution de traitement
appliquée sur l'éprouvette.
Le produit de traitement ainsi déposé sur l'éprouvette avant huilage
représente une charge de l'ordre de 300 mg/m2, qui correspond en tout cas à
un film mince d'une épaisseur inférieure à 1 ~,m.
Sauf mention contraire, le film d'huile appliqué sur te dépôt sec de produit
de traitement correspond à une charge de 2 gJm2 environ.
Comme type d'huile, on utilise
- soit une huile de protection : on prend une huile référencée 80.21 de la
Société QUAKER.
- soit une huile d'emboutissage : on prend une huile référencée V14 de la
Société FUCHS.
De préférence, le huilage est effectué directement après séchage, ce qui
empêche le dépôt d'adsorber des quantités importantes d'eau.
Dans les exemptes ci-dessous, on n'effectue qu'une seule opération de
huilage avant tes tests de tribologie ou d'emboutissage.
Exemale 1
Cet exemple a pour but d'illustrer l'amélioration apportée par le traitement
de surtace selon l'invention sur le coefficient de frottement de ladite
surface.
Cet exemple a également pour but d'illustrer que les .performances
tribologiques apportées par le traitement selon l'invention ne dépendent pas
du
type d'huile utilisé (huile de protection ou huile d'emboutissage).
On utilise des éprouvettes en acier de nuance BS2, qui présentent une
rugosité Ra = 1,2 p.m et des dimensions 2 x 40 x 500 mm.
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Après un éventuel dépôt de produit de traitement (phosphate : P
éthoxylats de lanostérol : X), les éprouvettes à tester sont huilées et la
charge
d'huile appliquée est de l'ordre de 2 g/m2.
Pour les tests de tribologie, on procède de fa manière suivante
L'appareil de test est un tribomètre plan-plan d'un type connu en lui-
mëme.
Les éprouvettes à tester sont serrées selon une force de serrage Fs entre
deux plaquettes en acier rapide offrant une surface d'appui (ou de glissement)
sur tes éprouvette de 1 cm2.
On mesure le coefficient de frottement k tout en déplaçant l'éprouvette par
rapport aux plaquettes sur une course D totale de 180 mm et à fa vitesse de 2
mm/s, selon deux types de procédure
- test (1 ) : en augmentant progressivement la force de serrage Fs .
- test (2} : en maintenant constante la force de serrage Fs = 1800 daN.
Ainsi, pour différents traitements de surface, différentes huiles, et
différentes procédures de tests, on obtient les résultats représentés aux
figures
1 à3:
- à chaque figure, A, B, C désignent les courbes respectivement (A) pour
une éprouvette sans traitement, (B) pour une éprouvette avec un traitement P
et (C) pour une éprouvette avec un traitement X selon l'invention.
- les figures 1 et 2 correspondent à des test d'échantillons huilés à laide
d'une huile de protection {80.21 de QUAKER), la figure 3 à des tests
d'échantillons huilés à l'aide d'une huile d'emboutissage (V14 de FUCHS).
A partir de ces courbes, on a reporté dans le tableau I les valeurs de
coefficient de frottement pour une force de serrage de 1800 daN.
Tableau 1 - Tests comparatifs de tribologie.
Dpt pralable : sans P X
Force de serrage variable (1 ) -
constante (2)
Coefficient de frottement F = 1800
daN
Huile de rotection - test 1 : fi 0,20 0,10 0,05
ure 1
Huile de rotection - test 2 : fi 0,13* 0,11 0,05
ure 2
Huile d'emboutissa e - test 1 : fi 0,14 0,11 0,06
ure 3
* : le coeffcient de frottement culmine à 0,3 puis se stabilise à 0,13.
Ainsi, le traitement selon l'invention apporte une amélioration très
sensible des propriétés tribologiques puisque le coefficient de frottement du
métal de !'éprouvette est environ divisé par 2 par rapport à du métal traité
selon
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l'art antérieur (dépôt de phosphate f huilage), et par 3 par rapport à du
métal
directement huilé.
Par ailleurs, les coefficients de frottement des éprouvettes traitées selon
l'invention, sont comparables, que l'on utilise, pour l'opération de
l'huilage, une
huile de protection ou une huile d'emboutissage, ce qui montre que les
propriétés tribologiques résultant du traitement selon l'invention sont
indépendantes de l'huile qu'on utilise.
Sur des éprouvettes traitées selon l'invention, on a également observé au
microscope les surtaces après frottement à différents stades de la course D de
frottement - 16, 69, 121, 174 mm - dans le tribomètre.
On repère notamment la valeur de course D à partir de laquelie on
observe l'apparition de rayures, puis de points de collage ; les observations
sont reportëes au tableau II.
Tableau II - Observations de surfaces agrès frottement
Dpt pralable : sans P X
Tests force de serrage constante
(2)
Rsultat : valeur de la course D en
mm...
. l'a arition du dfaut
- dfaut de ra ures : 69 69 sans
- dfaut de oints de colla e : 69 174 sans
Les observations microscopiques confirment donc les améliorations
qu'apporte le traitement de surface selon l'invention par rapport aux
traitements
de l'art antérieur, puisqu'on n'observe aucun défaut ni de rayure ni de point
de
collage après 180 mm de course de frottement sous une force de serrage de
1800 daN.
Exemple 2
Cet exemple a pour but d'illustrer un mode de réalisation préférentiel de
l'invention selon lequel le nombre moyen m de radicaux oxyde d'éthylène dans
la molécule du produit de traitement est compris entre 30 et 150.
On procède à des tests de tribologie selon ia même procédure - test (1 ) -
que dans l'exemple 1 (Fs variable) sur deux éprouvettes traitées selon
l'invention X et X' {avec huilage dit de "protection" : 80.21 QUAKER).
Les résultats correspondants sont reportés aux figures 5-A (X) et 6-A (X')
et récapitulés au tableau !Il.
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s arceau m - v eszs com araurs ae umoioemems on rmvennon.
le a res iran se~
Produit de traitement selon l'inventionX X'
:
Nombre mo en d'ox de d'th lne / molcule75 30
Test (1 ) - force de serrage variable.
Huile de protection - test (1 ).. selonFig. Fig.
la figure : 5-A 6-A
Coefficient de frottement F = 1800 0,05 0,09
dN :
On rappelle que X et X' se différencient par le type de polyéthoxylat de
dérivés de la lanoline utilisé : m étant le nombre moyen de radicaux d'oxyde
d'éthylène par molécule, on a : pour X, m=75 et pour X', m=30.
Ainsi, les propriétés tribologiques qu'on obtient après traitement de la
surface métallique selon l'invention dépendent du nombre moyen m de
radicaux d'oxyde d'éthylène dans la molécule du produit de traitement : les
performances tribologiques sont inférieures pour une valeur trop faible de m,
tout en restant supérieures aux traitements de l'art antérieur pour une valeur
de
m de (ordre de 30.
Exemple 3
Cet exemple a pour but d'illustrer la stabilité des performances
tribologiques apportées par le traitement selon l'invention, même après
plusieurs semaines de stockage.
On procède aux mêmes mesures tribologiques - test (1 ) que dans
('exemple 1 (Fs variable), d'une part immédiatement après le traitement,
d'autre
part 30 jours après le traitement.
Les traitements (dépôt + huilage) sont effectués en utilisant une huile de
protection (QUAKER 80.21 ).
Les résultats sont représentés aux figures 4 à 6, pour différents
traitements de surface (fig.4 : P ; fig.5 : X ; fig.6 : X') ; sur chaque
figure, les
courbes A représentent les résultats de tests effectués immédiatement après le
traitement, les courbes B les résultats de tests effectués 30 jours après le
traitement.
Les résultats sont également récapitulés au tableau IV.
Tableau IV - Tests de tribologie ' stabilité de traitemen#s oréafahfes
Test effectu x jours aprs traitement0 jour 30 jours
: x :
Test (1 ) - force de serrage variable
sur prouvettes huiles (huile de protection)
Coefficient de frottement Fs = 1800
dN..
. selon nature du traitement
- traitement P art antrieur : 0,11 0,12
- traitement X invention : 0,05 0,05
- traitement X' invention : 0,09 0,08
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Ainsi le traitement de surface selon l'invention assure une amélioration
des propriétés tribologiquès plus stable dans le temps que Les traitements de
l'art antérieur.
Exemple 4
Cet exemple a pour but de confirmer, par des essais d'emboutissage, les
résultats donnés par les tests tribologiques, notamment ceux de l'exemple 1.
A cette fin, on procède à vies essais de type "SWIFT" à fond ptat sur
presse ERICHSEN connus en eux-mêmes.
Les flans d.e tôle à emboutir sont en acier de nuance 3C - acier extra doux
pour emboutissage - et présentent une épaisseur de 2 mm.
Les caractéristiques de l'outil d'emboutissage sont les suivantes
diamètre de poinçon : 110 mm - diamètre de flan . 220 mrn (~i .= 2) - vitesse
d'emboutissage : 3 mm/s.
Pour caractériser la réduction du frottement à l'emboutissage, on mesure
la force de serrage "critique" Fsr du serre-flan à partir de,laquelle on a
rupture
de fa pièce en cours d'emboutissage : voir résultats au tableau V.
On procède sui plusieurs type de flans de tôle : non traité ("sans"), traité
P et traité X (défini en préambule des exemptes) ; les flans de tôle sont tous
huilés de la mème façon par une huile de protection.
Tahlea« V - Force de serrage maximum à l'emboufissac~e
Nature du traitement sans P X
:
Force de serra e criti 70 150 190
ue kN
Pour compléter les résultats, on observe des flans de tôle emboutis avec
une force de serrage légèrement inférieure à la force dé serrage critique :
l'état
de surface du flan de tôle traité X reste très bon, alors qu'on observe. du
grippage sur la jupe du flan de tôle non traité.
Ces résultats d'emboutissage confirment donc les conclusions des essais
tribologiques de l'exemple 1.
Exemple 5 :
Cët exemple a pour but d'illustrer l'avantage qu'apporte le traitement de
surface selon l'invention lorsqu'on cherçhe simultanément à améliorer les
propriétés tribologiques et à protéger fa tôle traitée contre la corrosion.
Pour illustrer cet avantage, on procède à deux types de tests de corrosion
sur des éprouvettes de tôle d'acier
* marque de commerce
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test (1 ) de corrosion atmosphérique : on expose l'éprouvette à
l'atmosphère.
- test (2) de corrosion en enceinte climatique : les éprouvettes sont
placées en enceinte en paquet serré, ce qui simule les conditions auxquelles
5 est soumise une tôle bobinée pendant une opération de transport.
Le cycle climatique auquel est soumis te paquet d'éprouvettes à tester est
le suivant : 10 h à 40°C et 95% d'humidité - 4 h à 20°C et 85%
d'humidité -10 h
à -5°C et 0% d'humidité - 8h à 30°C et 85% d'humidité.
Le résultat du test - (1 ) ou (2) - s'obtient en observant les traces
10 éventuelles de corrosion des éprouvettes - piqûres et/ou tachage - et en
classant les observation sur une échelle à 5 cotations : 0 pour absence de
piqûre, 5 pour un tachage généralisé.
Pour un type d'éprouvette donné, on repère les résultats de test en
fonction du nombre de jours d'exposition - test (1 ) - ou du nombre de cycles
15 climatiques - test (2).
On effectue des tests sur plusieurs types d'éprouvettes : huilée sans
dépôt préalable ("sans"), traitées selon l'art antérieur (P), traitées selon
l'invention (X).
Les résultats obtenus sont reportés aux tableaux VII (test 1 ) et VIII (test
2)
; le tableau V (test 1 ) représente à titre indicatif les rësultats obtenus
sur des
éprouvettes traitées dans les mêmes conditions mais non huilées.
- Tr~cfic dP rnrrnsinn atmosohériauelll sur éc~rouvettes non huit
Jours : I 6 I 11
sans 0,5 4,0
P 0,5 5,0
X 0,0 0,5
v III T~~a.. ..1.. .. ...i...w.....~h~.:....r. !4\ n éy,rm nmfivc. 4w nilécc
l4 n/m~l
Jours :~ vv6.. "~1"" _ 14_. _..~9 29
D t
sans 0,0 0,0 0,0
P 0,0 2,0 2,5 3,0 4,0
X 0,0 0,5 0,5 0,5 1,0
II - Tests de corrosion ciimati ue 2 sur é rouvettes t
Nombre de cycles 3 5 T 7
sans 0,5 0,5 1,0
P 1,0 ~ 2,5 3,0
X 0,5 1,0 2,0
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On constate donc que le traitement selon l'invention apporte une
meilleure protection contre la corrosion qu'un traitement de l'art antérieur :
un
dépôt préalable d'éthoxylat de lanostérol dégrade moins ia résistance à la
corrosion apportée par la couche d'huile qu'un dépôt de phosphate de
potassium.
Exemple 6
Cet exemple a pour but de démontrer que des tôles traitées selon
l'invention sont aussi faciles à dégraisser que des tôles traitées selon l'art
antérieur (dépôt de phosphate de potassium ~- huile identique).
Pour évaluer la dégraissabilité (en %), on utilise une procédure conforme
à la norme NFT 60-159.
On évalue la dégraissabilité des éprouvettes huilées, d'une part
directement, d'autre part après un traitement dit de "vieillissement" qui
consiste
à maintenir l'éprouvette à 150°C pendant 15 minutes.
Les résultats sont reportés au tableau IX .
Tableau IX - Tests de déaraissabilité
Test effectu sanslavec vieillissement:sans avec
Dgraissabilit (%) de la tle
...
..a rs d t ou non et huila e.
- huila e direct : 100 % 100
- traitement P art antrieur 100 % 100
:
- traitement X invention : 100% 95%
Ainsi, même avoir traité une tôle selon l'invention, on peut facilement la
dégraisser pour remettre la surface de la tôle "à nu".
Exemple 7
Cet exemple a pour but d'illustrer l'amélioration des propriétés
tribologiques qu'on obtient grâce au traitement selon l'invention appliqué à
des
tôles d'acier revêtu.
Cet exemple a également pour but d'illustrer l'incidence de la
concentration en éthoxyiats dans la solution de traitement selon l'invention
sur
l'amélioration des propriétés tribologiques.
Cet exemple a enfin pour but d'illustrer les performances tribologiques
qu'on obtient sur une surface traitée par une solution d'éthoxylat de
lanostérol,
séchée mais non huilée.
L'exemple concerne ici des tôles d'acier zingué par électrodéposition.
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On Dréoare ouatre tvDe d'éprouvettes selon les Drotocoles suivants
Protocole Dpt : concentration en thoxylatHuilage aprs dpt.
dans la solution de traitement.Huile QUAKER 6130
A ~ Pas de d t rglable. oui
B 4% en oids. oui
C 10% en nids. ~ oi~i
D 10% en oids. NON
Les courbes A, B, C et D de ta figure 7 correspondent aux rësultats des
tests tribologiques respectivement pour les éprouvettes de type A, B, C et D.
Les tests sont conduits selori la procédure (1 ~ de l'exemple 1 (Fs
variable), â ta différence prës que ta force de serrage reste dans
l'intervalle 80
- 800 daN.
En comparant les courbes A 'et B, on constate l'amélioratiôn des
propriétés tribologiques apportées par le traitement selon l'invention sur des
surfaces d'acier zingué, amélioration qui se situe principalement au niveau de
la régularité du glissement.
En comparant les courbes B et C, on constate que l'amélioration des
propriétés tribologiques est plus accentuée lorsqu'on utilise des solutions de
traitement plus concentrées en éthoxylats de dérivées de Ia lanoline.
La courbe D montre que l'on obtient également de bonnes propriétés
tribôlogiques même si l'on ne huile pas après le dëpôt d'éthoxylat.
Exemple 8
Cet exemple a pour but d'illustrer l'incidence de ia densité surfiacique de
dépôt sec d'éthoxylat de lanostérol selon l'invention- sur les propriétés
tribologiques.
A partir d'acier de nuance BS2, on prépare quatre type d'éprouvettes A,
B, C, D traitées selon (invention : dépôt d'éthoxylat de lanostérol + huilage
QUAKER' 80.21, les types d'éprouvettes se différenciant par la densité
surfacique de dépôt d'éthoxylat de lanostérol.
Ön mesure les performances tribologiques selon la procédure du test (1,).
Les résultats obtenus sont reportés à la figure 8 et au tableau X.
'Tahloai ~ X - infl! ~PnrP fiQ ia f'lPnSttE? de déDÖt Dréàlable_
Protocole Dpt : thoxylat lanostrol.Coefficient de frottement k
Densit de surface FS = 1800 daN.
A 300 m /m2. 0, 075
B 380 m /m2. 0,055
' C 470 m !m2. 0,050
D 660 m Im2. 0,045
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Les courbes A, B, C et D de la figure 8 correspondent aux résultats des
tests tribologiques respectivement pour les éprouvettes de type A, B, C et D.
On constate donc qu'on obtient une amélioration sensible des propriétés
tribologiques dès que la densité de dépôt atteint 300 mg/m2 et que cette
amëlioration n'augmente plus sensiblement au delà de environ 400 mg/m2.
Exerreple 9
Cet exemple a pour but d'illustrer l'incidence de l'addition d'agent
sëquestrant (des ions de fer) dans la solution de produit de traitement selon
l'invention sur la suppression des risques de jaunissement des tôles traitées
selon l'invention.
Comme agent séquestrant, on utilise ici le sel trisodique de l'acide
hydroxy-ethyl-ethylène-diamine-acétique (HEDTA-Na3).
On prëpare des éprouvettes selon le protocole défini en préambule des
exemples, en rajoutant, dans la solution de produit de traitement, cet agent
séquestrant à différentes concentrations.
Les éprouvettes traitées selon !'invention sont ensuite soumise à
l'exposition de la lumière solaire pendant la même période, à l'issue de
laquelle
on mesure leur jaunissement ou "indice de jaune", par une méthode
coforimétrique connue en elle-mëme.
L'indice de jaune, désigné par B*, est déduit des coordonnées
trichromatiques mesurëes dans l'échelle de colorimétrie CIE-LAB à l'aide d'un
colorimètre de type LMG 083 de la Société "Microcolor Docteur Lange".
Les valeurs extrêmes mesurées ici vont de quasiment 0 (pas de
jaunissement) à 8 (fort jaunissement).
Les résultats obtenus sont reportés au tableau Xi.
Tableau XI : incidence, de estrant our er aumssemem.
seau evn ie
Concentration HEDTA-Na3 (% Sans dpt 0% 1 2% 3% 4%
poids) %
dans la solution de traitementHuila e direct
:
Indice de -aune B* : 0,02 8 3 1,2 0,030,02
On constate donc que l'introduction d'agent séquestrant dans la solution
de produit de traitement permet d'éviter les risques de jaunissement de tôles
traitées selon l'invention.
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Exemple 10
Cet exemple a pour but d'illustrer l'importance du séchage (après
application de la solution de produit de traitement) pour obtenir de bonnes
propriétés tribologiques.
On prépare deux échantillons S1, S2, traités selon la modalité X de
l'invention (précédemment définie), huilés de la même façon.
La seuie différence entre les échantüions S1 et S2 est que, après
application de la solution de produit X
- S1 est séché seulement 2 minutes à température ambiante de telle sorte
que le dépôt (de produit de traitement - non sec) représente 1,2 g/m2.
- S2 est séché pendant 12 minutes à température ambiante de telle sorte
que te dépôt (de produit de traitement - sec) représente 0,8 g/m2.
Les mesures de tribologie pratiquées selon le test (1 ) sont représentées à
la figure 9 et récapitulées comme suit à partir de fa valeur du coefficient de
frottement k pour une force de serrage Fs de 1800 daN
- pour S1 (non séché) : k = 0,11
- pour S2 (séché selon l'invention) : k = 0,05
Cet exemple illustre donc bien, selon l'invention, l'importance du séchage
du dépôt de produit de traitement avant huilage pour obtenir des perfiormances
tribologiques élevées.
