La présente invention concerne des compositions de vernis lubrifiants à base d'eau, de glycérine et de fluorure de graphite, leur préparation et leur mise en oeuvre.
Les lubrifiants solides, tels que le bisulfure de molybdène, le graphite et le fluorure de graphite, ne s'appliquent que rarement à l'état de poudre sèche sur les surfaces à lubrifier. On préfère le plus souvent les utiliser sous forme de dispersions dans l'huile, dans des solvants organiques ou dans l'eau, ou encore sous forme de graisses ou de pâtes. Sur de nombreuses pièces métalliques il est encore plus avantageux de déposer un vernis lubrifiant adhérant au métal.
Il est connu de former des vernis à base de bisulfure de molybdène et de liants durcissant à la chaleur, tels les sirops de sucre, les silicones, les asphaltes, la glycérine. De tels vernis sont décrits en particulier dans des publications du NACA (National Advisory Committee for Aeronautics): Technical Note 2628 de février 1952 et Technical Note 2802 d'octobre 1952.
L'adhérence de ces vernis aux surfaces métalliques dépend de plusieurs facteurs:
- - La rugosité de la surface métallique à traiter, fonction elle-même du mode de polissage. Ainsi la rectification donne des rugosités allant de 0,1 à 0,4 micromètre (µm), tandis que par sablage il est difficile d + obtenir une rugosité inférieure à 1 µm.
- - La granulométrie du lubrifiant solide, qui peut varier de 10 µm à moins d'un µm, suivant le mode de préparation et de broyage utilisé.
- - La nature de la surface métallique à lubrifier: nuance d'acier, acier inoxydable, acier réfractaire, laiton, fonte d'aluminium, carbure de tungstène, zamak etc.
La granulométrie du lubrifiant solide doit être étroitement liée à la rugosité de la surface métallique. Plus la rugosité est faible, plus fine doit être la granulométrie du lubrifiant solide pour obtenir une bonne adhérence du vernis sur le métal.
Les fluorures de graphite sont des lubrifiants solides, qui présentent de nombreux avantages sur le bisulfure de molybdène. Ils répondent à la formule générale (CFx)n, dans laquelle x peut varier d'environ 0,8 à 1,2 et n est indéterminé. Lorsqu'on veut préparer des vernis lubrifiants à base de fluorure de graphite en se fondant sur les enseignements de l'art antérieur, on se heurte à de nombreuses difficultés.
Les vernis, contenant 2 parties en poids de glycérine et une partie en poids de fluorure de graphite (avec un rapport F/C=x=0,9) de granulométrie moyenne 1 µm, adhèrent fortement après chauffage à 250° C, sur les pièces en acier, telles que les poussoirs de moteurs d'automobiles, et sur les aciers alliés au chrome et au chrome-manganèse. Mais sur l'acier inoxydable l'adhérence est moins bonne. Il en est de même sur les métaux autres que l'acier. Cette mauvaise adhérence provient d'une part de la nature du métal, et d'autre part du fait que le mélange de glycérine et de fluorure de graphite est relativement pâteux et donne des films trop épais. Si l'on cherche à diluer ce mélange par de l'eau pour le rendre moins visqueux, on obtient un vernis qui décante rapidement, et qui est par conséquent difficile à stocker. De plus l'adhérence sur les métaux est très insuffisante.
On peut préparer des dispersions aqueuses de fluorure de graphite en broyant par exemple 20 parties en poids de fluorure de graphite de granulométrie 5 µm en présence de 70 parties en poids d'eau et de 10 parties en poids de DISPERGINE CB (marque déposée de la demanderesse pour le sel de sodium d'un condensat d'acide naphtalènesulfonique et de formol). La granulométrie finale du fluorure de graphite dans la dispersion est d'environ 1 gm.
Lorsqu'une telle dispersion est pulvérisée seule sur lés métaux ferreux et sur l'aluminium, elle donne, après cuisson à 250°C, un film uniforme, assez peu lubrifiant, et qui ne résiste pas à l'action de l'eau: un goutte à goutte d'eau sur une plaque d'acier recouverte d'un tel film provoque rapidement l'écaillage et le décollage du film.
Si l'on incorpore de la glycérine à la dispersion aqueuse de fluorure de graphite, de façon à avoir un rapport fluorure de graphite/glycérine égal à 0,4, et que l'on pulvérise cette composition sur de l'aluminium ou de l'acier, on obtient après cuisson un film très irrégulier et peu adhérent.
Si d'autre part on mélange directement de la poudre de fluorure de graphite, de la glycérine et une solution aqueuse de DISPERGINE CB, on obtient des compositions qui, appliquées sur aluminium et séchées à 250° C, donnent des vernis adhérents, mais qui ne résistent pas au test de la goutte d'eau.
De façon tout-à-fait inattendue, la demanderesse a découvert qu'en préparant d'abord un mélange de glycérine et de poudre de fluorure de graphite, et en ajoutant à ce mélange une dispersion aqueuse de fluorure de graphite stabilisée à la DISPERGINE CB, on obtient des compositions qui, après séchage d'une heure à 250° C, forment des vernis brillants, adhérant très fortement à tous les types de métaux et résistant parfaitement à l'eau. Ces compositions sont très faciles à appliquer par pulvérisation et permettent d'obtenir des films très minces, de 4 à 5 µm d'épaisseur, à haut pouvoir lubrifiant.
Dans les compositions suivant l'invention, le choix du liant durcissant à la chaleur est critique. Si au lieu de la glycérine, on utilise un sirop de sucre, comme le »spread molasse«, on obtient une sorte de graisse non étalable et non pulvérisable. Le choix du dispersant, utilisé comme stabilisant de la dispersion aqueuse de fluorure de graphite est également critique. Si l'on remplace la DISPERGINE CB par l'OLOA 246 B (marque déposée par la Société OROGIL pour un sulfonate de calcium) ou par des PLURONIC P 103 ou F 88 (marques déposées de la demanderesse pour des condensate séquencés d'oxyde de propylène et d'oxyde d'éthylène), on obtient des vernis ne présentant aucune adhérence sur l'aluminium.
Par contre, le rapport fluorure de graphite/glycérine peut varier entre 0,3 et 1, mais de préférence entre 0,5 et 0,8.
Les exemples suivants, non limitatifs, illustrent l'invention.
- A) On mélange intimement 100 parties en poids de fluorure de graphite (CFx)n, avec x=0,9, de granulométrie 1 µm, avec 200 parties en poids de glycérine.
- B) On prépare d'autre part 100 parties en poids d'une dispersion aqueuse stabilisée de fluorure de graphite, en broyant 20 parties en poids de fluorure de graphite en présence de 70 parties en poids d'eau et de 10 parties en poids de DISPERGINE CB en poudre.
- C) A 50 parties du mélange A, on ajoute 50 parties de la dispersion B, et on homogénéise. On obtient ainsi une composition lubrifiante présentant un rapport fluorure de graphite/glycérine égal à 0,80 (Composition 1).
- D) A 62 parties du mélange A, on ajoute 38 parties de la dispersion B et on homogénéise. On obtient ainsi une composition lubrifiante présentant un rapport fluorure de graphite/glycérine égal à 0,68 (Composition 11).
Les compositions (1) et (II) de l'exemple 1 sont pulvérisées sur des plaques d'acier ordinaire, d'acier inoxydable et d'aluminium à divers degrés de polissage, de manière à obtenir, après cuisson d'une heure à 250° C, des vernis ayant une épaisseur de 4 à 5 µm d'épaisseur. Dans tous les cas l'adhérence du vernis au métal est considérée comme bonne à très bonne, et le film formé à la surface du métal résiste au test de la goutte d'eau.
Le pouvoir lubrifiant des compositions (1) et (II) de l'exemple 1 est mesuré sur une machine bille-plan, qui permet d'enregistrer le coefficient de frottement en fonction de la température. Un disque en acier XC 38 est poli à la rugosité choisie et recouvert du produit à tester. Ce disque, tournant à vitesse constante, est soumis à la pression exercée par une bille fixe en acier 100 C 6. A titre comparatif on a mesuré dans les mêmes conditions le pouvoir lubrifiant d'un simple mélange 2/1 de glycérine et de fluorure de graphite (A de l'exemple 1 ) et le pouvoir lubrifiant d'une dispersion aqueuse de fluorure de graphite (B de l'exemple 1 ). Les résultats obtenus sont consignés dans le Tableau 1.
La stabilité du frottement est bonne si au cours de la mesure les variations 4CF du coefficient de frottement sont inférieures ou égales à 0,01. La stabilité est moyenne si △CF≤0,02 et mauvaise si △CF > 0,02.
La composition (I) de l'exemple 1 est utilisée pour améliorer la lubrification de coussinets constitués par une bande d'acier recouverte de billes de laiton frittées et imprégnées de polytétrafluoréthylène. Une seule couche suffit pour obtenir, après séchage à 250° C pendant 1 heure, un vernis très correct. En comparaison, si l'on utilise le simple mélange A de l'exemple 1, il faut appliquer plusieurs couches, et le vernis résultant manque totalement d'adhérence.
La composition (1) de l'exemple 1 est utilisée pour lubrifier un dispositif en fonte d'aluminium destiné à la fabrication de pièces en polyuréthanne aggloméré. Ce dispositif est constitué d'un anneau cylindrique dans lequel coulisse un cylindre étroitement ajusté. Alors que le mélange A de l'exemple 1 donnait après cuisson un vernis non adhérent, la composition (1) pulvérisée à l'intérieur de l'anneau et sur le cylindre a donné un vernis adhérent et lubrifiant.
Cet exemple montre que les vernis selon l'invention peuvent être utilisés pour lubrifier des pièces soumises à des températures très élevées.
La composition (1) de l'exemple 1 a été pulvérisée sur des pièces en acier réfractaire utilisées dans une installation de brasage et appelées à supporter des températures de 500 à 600°C et des projections de brasure. Après séchage, la composition (1) a donné un vernis adhérent, résistant bien aux conditions sévères d'utilisation.
Sur une pièce en carbure de tungstène, qui présentait un poli miroir, rendant très difficile l'accrochage des vernis, on a appliqué le mélange A de l'exemple 1, et constaté que le vernis n'avait aucune adhérence. Au contraire la composition (1) de l'exemple 1 a donné un vernis adhérant bien.