CA2118603A1 - Procede de realisation d'une piece composite a surface antiabrasion, et pieces obtenues par ce procede - Google Patents
Procede de realisation d'une piece composite a surface antiabrasion, et pieces obtenues par ce procedeInfo
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Abstract
2118603 9306255 Le procédé de réalisation d'une pièce composite à surface antiabrasion (2) se caractérise par une étape de réalisation d'un substrat (1) dont la forme et l'état de surface sont appropriés pour recevoir par collage des éléments de surface en matière antiabrasion (2), une étape de réalisation d'un ou plusieurs éléments de surface en matière antiabrasion (2) par infiltration d'un alliage liant dans un empilement de grains de carbure de tungstène, et par une étape de solidarisation des éléments de surface en matière antiabrasion (2) sur le substrat (1) par collage à l'aide d'une colle époxy (3).
Description
WO 93~062~ PCT/FR92/0~86~
. ~
. ~
2 1 1 3 6 ~ 3 TITRE DE L'INVENTION
PROCEDE DE REALISATION DIUNE PIECE COMPOSITE A SURFACE ANTIABRASION, ET
PIECES OBTENUES PAR CE PROCEDE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente inven~ion concerne la fabrication des pièces métalliques composites comportant un revêtement de contact destiné à
résister à l'abraslon.
On connait de telles pièces mécani~ues dites "pièces d'uQure", qui sont renforcées superficiellement par l'apport d'un matériau présentant des caractéris~iques améliorées au plan de la réslstance à
l'us~re par abrasion.
La présente invention concerne plus particulièrement les rechargements durs me~tant en oeuvre une structure de grains de haute dureté liés entre eux psr un alliage métallique que l'on dé~igne ccmmunement sous le terme de matrice métallique. Les grains de haute dureté peuvent avantageuaement être des grains à b~se de carbure de - tungstène.
Une première techniq~e connue pour réaliser un revêtement antiabrasion est le rechargement dur par soudage. On u~ e par exemple ~0 des bagu~tte~ rig~des ou des baguettes 80uple8, dont une ex~remité est appliquée sur 1~ surface à rechsrger et est soumise à un arc electrique ; ou à ~ne fl G e oxy~cétylénique. La ba~uette comprend une poudre de ~c~rbure de tung~tène noyée dans un alliage à b~e de nickel ou d'autres ~- ~ métaux appropriés.
Un tel rechargement dur ob~enu aYec des baguet~es à base de carbure de tungstène présente toutefois des inconvénients : en particu-lier, les procédés de soudage conduisent a déposer le rech~rgement sous forme de cordons succe~6ifs, juxtapoaés côte-~-côte les uns après les autres. On comprend que la réalisstion d'une surface relativement i~portante à l'aide d'une telle technique est fastidleuse, et requiert une cert~ine dextérité et une certaine habitude de la part de l'opérateur. D'autre part, les vagues inhérente3 à un tel procédé de dépôt de matières, reproduisant la forme des cordons successifs, entrainent des irrégularités d'épaisseur pouvant atteindre plusieurs ~illimètres.
Il en résulte que cette technique ne permet pas de réaliser des pieces dont les dimensions sont présises~ ou dvnt les formes sont W O 93/062~ PCT/FR~2/008S~
complexes.
Le document FR-A-814 171 décrit un procédé de réalisation de pièce de forme psr frittage en phase liquide, dans lequ~l on introdui~
dans un moule en carbone un mélange d'éclats de carbure et de poudre de m~tal de fusion. La pièce de forme est fondue SOU8 pression. Un tel procédé entra;ne, au cours de la fusion, un retrait dimensionnel important.
On conns;t également, du document US-A-4 307 ~45, un broyeur comportant des barreaux massifs en céramique fixés par collage sur une pièce support intermédiaire elle-même solidarisee au broyeur par un boulon. Ce document ne comporte aucun enselgnement relatif à la fabrication du barreau massif en céramique, et son objet est très éloigné de la réalisation d'un revêtement antiabrasion~
Une technique plu3 évoluée de réallsation de couche en matière antiabr~sion est décrite dan~ le document FR-A-l 398 732. Il s'agit d'une ~echnique d'infl}tration, dans laquell~ on utilise un moule ~reux en carbone ou en m~tlère céramique ayant une for~e déqirée ; on place un subs~rat mét~llique dans le creux du moule, en regard des parois de mo~l~ge du moule ; ~n remplit avec des grains de csrbure de tungs~ène ou équ~valent llespace intérieur creux compris entre le substrat et les ~; ~ paro~s de moulage du moule, en vibrant l'ensemble pour tasser les grains , on place de~ grains ou pastilles de métal ou d'alliage liant ~u-des6us des grains de carbure ; on chauffe l'ensemble à une température supérieure à la température de fusion de l'alliage et inférieure ~ la tempér~ture de fusion du noyAu et du moule. L'élévation de température assure la fusion de l'alli~ge ou métal liant, qui s'~nf~ltre dans l'espsce rempli de grains de carbure de tungstène, et assure la ~oudure avec le substrat métallique~ On laisse ensuite refroidir et on peut demouler.
I Cette technique dlinfiltration convient assez bien pour de~
pièces dans le quelles un substrat convexe est de dimensions relative-ment faibles, et de forme relativement compacte, la couche antiabrasion étant relativement massive. La technique convient également lorsque le substrst est concave.
Cependant, en tentant d'appliquer cette technique d'infiltra-tion à des pièces dans lesquelles le substrat présente une forme convexe, en particulier des pieces dont la surface est relativement W O 93/0625^-~ PCT/FR92JOn86~
PROCEDE DE REALISATION DIUNE PIECE COMPOSITE A SURFACE ANTIABRASION, ET
PIECES OBTENUES PAR CE PROCEDE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente inven~ion concerne la fabrication des pièces métalliques composites comportant un revêtement de contact destiné à
résister à l'abraslon.
On connait de telles pièces mécani~ues dites "pièces d'uQure", qui sont renforcées superficiellement par l'apport d'un matériau présentant des caractéris~iques améliorées au plan de la réslstance à
l'us~re par abrasion.
La présente invention concerne plus particulièrement les rechargements durs me~tant en oeuvre une structure de grains de haute dureté liés entre eux psr un alliage métallique que l'on dé~igne ccmmunement sous le terme de matrice métallique. Les grains de haute dureté peuvent avantageuaement être des grains à b~se de carbure de - tungstène.
Une première techniq~e connue pour réaliser un revêtement antiabrasion est le rechargement dur par soudage. On u~ e par exemple ~0 des bagu~tte~ rig~des ou des baguettes 80uple8, dont une ex~remité est appliquée sur 1~ surface à rechsrger et est soumise à un arc electrique ; ou à ~ne fl G e oxy~cétylénique. La ba~uette comprend une poudre de ~c~rbure de tung~tène noyée dans un alliage à b~e de nickel ou d'autres ~- ~ métaux appropriés.
Un tel rechargement dur ob~enu aYec des baguet~es à base de carbure de tungstène présente toutefois des inconvénients : en particu-lier, les procédés de soudage conduisent a déposer le rech~rgement sous forme de cordons succe~6ifs, juxtapoaés côte-~-côte les uns après les autres. On comprend que la réalisstion d'une surface relativement i~portante à l'aide d'une telle technique est fastidleuse, et requiert une cert~ine dextérité et une certaine habitude de la part de l'opérateur. D'autre part, les vagues inhérente3 à un tel procédé de dépôt de matières, reproduisant la forme des cordons successifs, entrainent des irrégularités d'épaisseur pouvant atteindre plusieurs ~illimètres.
Il en résulte que cette technique ne permet pas de réaliser des pieces dont les dimensions sont présises~ ou dvnt les formes sont W O 93/062~ PCT/FR~2/008S~
complexes.
Le document FR-A-814 171 décrit un procédé de réalisation de pièce de forme psr frittage en phase liquide, dans lequ~l on introdui~
dans un moule en carbone un mélange d'éclats de carbure et de poudre de m~tal de fusion. La pièce de forme est fondue SOU8 pression. Un tel procédé entra;ne, au cours de la fusion, un retrait dimensionnel important.
On conns;t également, du document US-A-4 307 ~45, un broyeur comportant des barreaux massifs en céramique fixés par collage sur une pièce support intermédiaire elle-même solidarisee au broyeur par un boulon. Ce document ne comporte aucun enselgnement relatif à la fabrication du barreau massif en céramique, et son objet est très éloigné de la réalisation d'un revêtement antiabrasion~
Une technique plu3 évoluée de réallsation de couche en matière antiabr~sion est décrite dan~ le document FR-A-l 398 732. Il s'agit d'une ~echnique d'infl}tration, dans laquell~ on utilise un moule ~reux en carbone ou en m~tlère céramique ayant une for~e déqirée ; on place un subs~rat mét~llique dans le creux du moule, en regard des parois de mo~l~ge du moule ; ~n remplit avec des grains de csrbure de tungs~ène ou équ~valent llespace intérieur creux compris entre le substrat et les ~; ~ paro~s de moulage du moule, en vibrant l'ensemble pour tasser les grains , on place de~ grains ou pastilles de métal ou d'alliage liant ~u-des6us des grains de carbure ; on chauffe l'ensemble à une température supérieure à la température de fusion de l'alliage et inférieure ~ la tempér~ture de fusion du noyAu et du moule. L'élévation de température assure la fusion de l'alli~ge ou métal liant, qui s'~nf~ltre dans l'espsce rempli de grains de carbure de tungstène, et assure la ~oudure avec le substrat métallique~ On laisse ensuite refroidir et on peut demouler.
I Cette technique dlinfiltration convient assez bien pour de~
pièces dans le quelles un substrat convexe est de dimensions relative-ment faibles, et de forme relativement compacte, la couche antiabrasion étant relativement massive. La technique convient également lorsque le substrst est concave.
Cependant, en tentant d'appliquer cette technique d'infiltra-tion à des pièces dans lesquelles le substrat présente une forme convexe, en particulier des pieces dont la surface est relativement W O 93/0625^-~ PCT/FR92JOn86~
- 3 21:1860~ :
importante par rapport à son voiume, les inventeurs ont constaté que le revêtement antiabrasion tend à se briser sous l'action de chocs 9 et qu'en particulier ce revêtement ne perme~ pas un réusina~e ultérieur après infiltration. La soudure entre l'épaisseur de matériau antiabra-sion et le substrat métallique est de mauvaise qualité.
Par exemple~ cette technique d'infiltration sur un substratmétallique ne permet pas la réalisation d'une pièce suffis~mment résistante mécsniquement pour constituer un pointeau pour vanne à
pointeau utilisée dan~ le~ usines hydroélectriques. En effet, lors de 18 fermeture du pointe~u sur son siège, le revêtement antiabrasion du pointeau tend a écl~ter sous l'effet des chocs et tensions méc~niques intervensne à cet ins~ant de fermeture.
De mffme, cette technique d'infiltration sur substrat métallique ne permet p8S de résliser des dents de malaxeurs d'aluminerie présentant 15. des qua}ités suffi~Antes de résistance mécanique.
RESU~ Dl: 1, ' INVENTION
~ e problème proposé par la présente invention est d'assurer une rési6tan~.e mécanique s~tisf~l^ante à un revêtement antiabra~ion à base de gralns de carbure de tung~tène inflltrés re~ouvrant un sub~r~t de nat~re tifférente~ l'ensemble constitusnt une pièce compos~te. Une telle pièce compo~ite doit pré~enter des qu~lltes de résistance mécsnique en surface suff isantes pour supporter des choc9, et pour permettre un réusinAge é~entuel de SA surface de revêtement antiabrasion sans 9e ; ~fendre ou se désagré~er.~ ~ 25 ~ L'ldée qul est 8 18 bs~e de la présen~e invention est que les déf~ut~ constatés de résistance mecanique des revêtement3 an~iabra~ion à
base de grains de carbure de tungstène réallsés par lnfiltration sur un substra~ résuleernient des dilatations différen~ielles intervenant lors de l'infiltration. En effet, lors de l'~nfiltration, on doit porter 30 1 'en~emble du substrat et du rechargement superficiel de grains de carbure de tungstène à une température suffisante pour 18 fusion de l'alliage ou métal liant qui doit s'lnfiltrer dans l'espace rempli de ; grains de carbure de tungstène et qui doit assurer la soudure avec lesubstrst. Lors de cet échauffement, le substrat netallique se dil~te 'S sensiblement, tandis que les grains de carbure de tungstène qui forment un empilement compact se dilatent très peu, roulent les uns sur `les autres et peuven~ ainsi suivre la dilatation du moule et du substra~.
W O 93/0625~ PCT/FR92/00865 8 6 0 3 ,r~
Après infiltration, lo.sque l'on refroidit l'ensemble, le subs~rat tend à se eontracter, tandis que l'empilement très compact de ~rains de carbure de tungstène ne se contracte que très peu. Il en rés~lte des tensions mécaniques importantes à l'interface entre le substrat et la couche de matière antiabrasion qui le recouvre. Ces tensions mécaniques importantes sont vraisemblsblement a l'origine des défauts de résistance mécanique constatés sur les pièces ainsi rechargées par infiltration sur un sub3trat, ain~i que des défauts constatés sur la soudure entre le revêtement antiabrasion ee le substrat ~étallique.
Lors de l'échauffement pour obtenir l'infiltration, les grains de csrbure de tungstène tendent à rouler les uns sur les autres, ce qui leur permet d'occuper tout l'espace en~re le moule et le substrat. s Lors du refroidissement de l'ensemble, les grains de carbure de tungstène n'ont plus la possibilité de rouler les uns sur les autres, car ils sont llés par l'alllage ou métal liant, de sorte que le revêtement antiabrasion ne peut plu8 se rétracter selon un coefficient similaire à celui du subætrat.
Mslgré ces défRuts de résistance mécanique aux chocs, des pièces ant~abr~sion obtenues par infiltration paraissen~ intére~santes, car la surfac~ antiabrasion ainsl ob~enue psr infiltration présente des propriétés remarquables de résistance 8 llabrasion. D'autre part, l'lnfiltration permet de reali3er des surfaces antiabrasion présentant des forme~ particulièrement régulières et lisses, favorisant l'effica-~; cité des pleces ~insi réallsées. Par exemple s'agi8~ant d'un pointesu de vannes pour u~ine hydr~électrlque, un tel pointeau doit présenter une surface canique bien régulière permettant une ob~uration efficace.
S'~gis~ant d'une dent de malaxeur ou d'un pavage de cylindre de mal~xeur, les 8urfaces dolYent egalement être blen régulières, pour ne pas contrarier le débit du fluide à malaxer.
La presente invention a ainsi pour objet de réaliser des pièces dont le re~êtement antiabraslon est obtenu par infiltration d'alliage dans un empilement de grains de carbure de tungstène, ces pièce~
présentant, après réalisation, des qualités nettement sméliorées de résistance mécanique de tenue aux chocs, éYitant la séparation entre le substrat et sa couche antiabrasion.
Selon l'invention, de telles pièces à revêtement antiabrasion peuvent être obtenues ~ moindre coût, no~amment lorsque les pièces sont W O 93/0625~ PCT/FR92/00865 211~
de grandes dimensions, l'abaissement des coûts étant obtenu notammen~ en diminuant les risques de rebut.
Un autre avantage de l'invention est qu'il devient possible de réaliser des rechargements ou revetements antiabrasion sur des substrats qui sont eux-mêmes susceptibles de ne pas supporter des températures aussi éleYées que celle nécessaire pour fondre l'alliage ou métal liant lors de l'infiltration. On peut sin~i conce~oir une pièce en matérlau composlte dan~ laquelle le substrat peut être non m~étallique, sssocié a ùne couche de matière antiabrasion à base de grains de carbure de tungstène infiltrés.
Pour atteindre ces buts ainsi que d'autres, la pré~ente invention prévoit un nouveau procédé de réalisation dlune pièce composite à revêtement antiabrasion, la pièce comportant au moins un substrat recouvert d'une couche de ma~ière antiabrasion à base de grains de carbure de tungstène, le procédé comprenant les étapes suivantes :
~) prévoir un substrat dont la forme et l'ét~t le surface Qont approprié~ pour recevolr par collage des éléments de revêtement en m~tle~e antl~brasion à base de grains de carbure de tungst2ne, b) realiser, par infiltrat~on d'un alliage liant dans un empilement de grain~ de carbure de tungstene, un ou plusieurs éléments de revêtement en matiere ~ntiabrasion, comportant une face interne conformée pour s'ad~pter sur la surface du substrat, et comportant une face externe conformée pour constituer la face ~ntiabrasion de la pièce composite à
realiser, c~ ~olidariser par collage le ou les élemen~s de revêtement en matière antiabra~ion sur le sub~trat, en appliquant lesdits élements de rev~tement sur le substrat avec interposltion d'une couche appropr~ée de colle.
Selon une prem~ère application, le substrat peut être en acier.
~8 !colle utili6ée pour le collage peut être une colle époxy.
De préférence, 1~ colle époxy est d'un type monocomposant ou polycomposant polymérisable à chaud. L'étape de collage comprend alors une étape de chauffage a température appropriée pendant la durée de polymérisation de la colle.
Pour la réalisation de la couche antiabrasion, on utilise une technique d'infiltration d'alliage dans un empile~ent de grains de carbure de tungstène. Le moule utilisé est avantageusement un moule à
W 0 93/06255 P ~ /FR92/0086 2 l ~ ~ 6 ~ 3 6 parois de moulage en sable de fonderie lié par des résines. Une difficulté est alors rencontrée car le moule comprend des parois dont la surface est rela~ivement importante par rapport 8U volume de la couche antiabrasion à réaliser, puisque cette couche n'a en général pas à avoir une épaisseur très importante par rapport à sa surface. La difficulté
apparait a}ors par le fait que la résine utilisée pour lier le sable du moule tend à se con~umer lors de l'infiltration, et nui~ à la réali~atlon d'une couche antiabrasion de bonne quslité. Pour résoudre cette difficulté, il convient de régler la quantité de résine présente dans le moule, pour l'ajuster ~ une ~uantité juste suffisante au maintien du sable de fonderie jusqu'à infiltration, limitant ainsi les dégagements gszeux résultant de la combustion de la résine pendant l'étape de chauffage et d'infiltration. En pratique, la quantité de ré~ne sera inférieure ` 6 7. en poids de la quantité de sable de fonderie.
BREVE DESCRIPTION DES D~SSINS
D'au~re~ objets, caractéristiques et avantages de la prés~nte in~ention ressortlront de la description suiv~nte de modes de réaliaa-tion p4rticuliers, fslte en relation avec les figures jolntes, psrmi l~squelles :
la flgure l représente ~chématique~ent en perspective un ~oule selon l'inve~tion permettant de resliser un élément de revêtement en matière antlabr~sion en forme de secteur cylindrique destiné à reeouvrir un ubstrat rylindrique ;
- les figure3 2 à 5 illustrent schématiquement les différentes étapes du procédé de réalisation d'un élement de revêtement en matière antiabra-slon dans un moule de la figure 1 représenté en coupe ;
- la figure 6 représente l'élément de revêtement antiabrasion ainsi obtenu ; 1 30 - ~ ~es figures 7 et 8 illu~trent les étapes de for~age du substrat destiné a reoevoir les éléments de revêtement antiabrasion ;
- la figure 9 illustre l'étape d'as~emblage des éléments de revêtement antiabrasion ~ur le substrat de la figure 8 ;
~ la figure 10 est une coupe longitudinale selon l'axe I-I de la figure 9 ;
- la figure 11 illustre l'étspe de réalisation par infiltration d'un élément de revêtement antiabrasion cônique, d~ns un moule représenté en W O 93/06255 PCT/FR92/0086~
~ 36~
coupe ;
18 figure 12 illustre l'étape d'assemblage de l'élément cônique de la figure 11 sur un substrat lui-même cônique, pour réalisation d'un pointeau de vanne pour usine hydroélectrique ;
- la figure 13 illustre, en coupe longitudinale, la structure d'un pointeau de ~anne selon la présente invention ; et - les figureY 14 et 15 illustrent, en coupes longitudinales ~elon deux plan~ perpenticulaires, la structure d'une dent de malaxeur selon la présente inven~lon.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES
Les figures 10 et 13 à 14 illustrent la structure interne des pièces composites à revêtement antiabrasion obtenues par un procédé
selon la présente invention. Dans tous les modes de réalisation, ces pièces comportent un substrat 1 recouvert au moins en partie par une couche de m~tière ~ntlabrasion 2 qui lui est solidarisée par une couche int~rmédl~ire 3 de colle.
On a représen~é, sur les figures 1 à 9, les étapes succe~sives de real~ation d'une piece antlabrasion selon l'invention9 dsns un mode :~:de reali~atlon correspondsnt à 18 fabrication d'un bllndage pour ~ ~ 20 mal~xeurs d'al~minerie.
; Les m~laxeurs d'aluminerie comprennent une encei~te cylindrique tubulaire:, de plusleurs mètres de long, de diamètre de l'ordre de 60 centimètres envlron, destlnée à contenir une pâte de carbone à ~alaxer psr de~ dents de mal~xeur~ Certaines dents son~ montées fixes sur la p~roi de l'encelnte et dépassent ~ers l'intérleur de l'enceinte, d'~tres dents sont moneées sur un rotor to~rnant axi~lement dans l'e~einte. ~es dents de m~laxeur 60nt par exemple telles que représen-tée~ en coupe longitudinale sur les figures 14 et 150 Sur les f~gures 1 à 6, on réalise, par infiltr~tion d'un alliage liant dans un empilement de gralns de carbure de tungstène, l'un des élements de revêtement en matiere antiabrasion qui seront utilisés pour recouvrir la surface intérieure de l'encelnte cylindrlque de malaxeur. Sur la flgure 1, on prépare un moule 4 creux, comprenant un évldement intérieur 5 délimité par des parois de moulage ayant la forme de llélement de surface en matière antiabrasion à realiser. Ce moule est représenté vide en coupe sur la figure 2.
Sur la figure 3, on introduit dans l'évidement 5 du moule 4 des W O 93/0625~ PCT/FR92/00865 2 1L~ 0 3 ' ' particules 6 de matière dure telle que du carbure de tungstène fondu, en vibrant l'ensemble, de sorte que les particules superficielles viennent au maximum en appui contre les parois de moulage et sont jointives les unes aux autres. Sur la f igurP 4, on prépare une quantité suffisante d'un alliage approprié 7 sous forme sdaptée, pour asæurer une réparti-tion ultérieure de l'alliage au cours de sa phase de fusion uItérieure.
L'alliage 7 e8t un alliage de brasAge suscep~lble de mouiller les particules de matière dure et de fondre a une température inférieure à
la température de fusion des particule3 de matière dure 6 et du moule 4.
Sur la igure 5, on chauffe l'ensemble du moule 4 et de son contenu jusqu'à une température supérieure à la température de fuRion de I'alliage 7 et inférieure à la température de fusion des particules de matière dure 6 et du moule 4. On maintient cette température pendant une durée suffisante pour assurer l'infiltration de l'alliage 7 en fusion d~ns l'espece rempli de particules de matière dure 6. On laisse ensuite refroidir, et on demoule, pour obtenir l'élément 8 de reYetement en ma~lère Antiabrasion représenté ~ur la figure 6.
Sur le~ figures 7 et 8, on prépare le substrat destiné à
recevoir les élements de revetement en matière antiabra~ion. Sur la ~igur~ 7, on part d'une tôle rectangula$re 9~ Sur la flgure 8, on cintre ~; ~ ette t81e rectangulaire 9 pDur lui donner une forme demi-cylindrique de~; diamètre approprié pour que, après apposition des élements de revêtement en~matière antiabrasion, le diamètre interne de l'ensemble 80it conforme ;au~d~ametre du tube de malaxeur à réaliser.
Sur la figure 9, on réalise l'as~emblage et la solidarisation des elements de revêtement antiabra~ion telB que 1 ~ élément 8 sur le sub~trat 1 tel que la tôle cintrée 9. Cette solidarisation ~'effectue pnr collage, en appliquant lesdlt~ élements de re~êtement anti braqion 8 sur le substrat 1 en tôle cintrée 9 avec interpo~ltion d'une couche approprlée de colle. On a représenté, sur la figure lO `en coupe longitudinale selon l'axe I-I de la figure 9, l'assemblage ain~i obtenu, montrant la couche antiabraslon 2, le subs1rat l ou tôle 9 et la couche inter~édiaire de colle 3.
Dans le cas d'un malaxeur pour aluminerie, on utilise avanta-geusement une tôle 9 en acier. La colle 3 utilisée est une colle époxy~de préférence d'un type monocomposant ou polycomposant polymérisable à
chaud. Dans ce cas, l'étape d'a~semblage et de collage représentée sur W 0 93/0625~ PCT/FR92/00865 21l.~
la figure 9 comprend une etape de chauffage à température appropriée pendant la durée de polymérisation de la colle 3.
Après assembla~e des éléments de revêtement antiabrasion 8 sur le substrat l en tôle cintrée 9, on peut avantageusement prévoir une étape ultérieure d'usinage des excès de colle et des bords de la surface antisbrasion, afin de réaliser des élements demi-cylindriques pou~ant ê~re disposés les uns ~près les sutres bord-a-bord sans apparition de fentes ou d'lnterstice~ entre deux éléments adjacents.
Egalement, la résistance mécanique ainsi obtenue de l'en3emble des éléments antlabrasion collés sur la tôle 9 est suffisante pour que la ~urface antiabrPsion puisse être ultérieurement égalisée lors d'une étape ultérieure d'usinage.
Lors de la réalisation de l'élément de revêtemen~ antiabrasion 8, le moule 4 utili~é peut être réalise en différentes matières. Par exemple1 on peut utili er un moule 4 en graphite, préalablement usiné
pour former l'evidement 5. Une solution plus avantageuse consiste à
utiliser un moule 4 comprenant des parois de moulage en sable de ~onderie l$é par des résines. L'évidement 5 est alors réalisé en plongeant un modèle d~n~ 1~ moule 4 avant prlse de la résine, et en retir~nt le modèle aprè~ prise de la résine, selon une technique tradit~onnelle dans le moulage pour la coulée des métaux.
~;Toutefois, lor~que l'on utili~e un tel moule 4 en sable de fonderie lié par des résines, une difficulté peut appara~tre par le fait que l'élement de revetement antiabrasion 8 a former présente un~ urface 2s; très importante par rapport à 60n volume. Cel~ eBt dû au fait que éle~ene de revêtement est généralement pl~t. Le problème qui peut se produire est alors que, lors de l'infil~ration, la combustion de la réslne li-nt le sable du moule 4 produit des dégagements gazeux qui t~ndent à s'infiltrer dans l'évidement 5 rempli de particules dures 'i: : 30 antiabrasion 6. Ces dégagements gazeux peuvent former des dépôts sur les particules, et, si ce_ dépôtc sont en excès, lls peuvent nuire au mouillage des partlcules par l'alliage liant 7 lors de l'infiltration.
Il en résulte ~lors une quallté médiocre de résistance mécanique de l'élement antlabrasion 8 ainsi réallsé. Pour éviter cette difficulté, la qusntité de résine présent~ dans le moule 4 est ajustée pour être juste sufisante au msintlen du sable de fonderie jusqu'à infiltration. En pratlque, la quantité de résine peut être choisie inférieure à 6 % en W 0 93/062~ PCT/FR~2/00865 2ll~6a3 , poids de la quantité de sable de fonderie du moule 4.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 10, on obtient une pièce composite, représentée sur la figure 9, comprenant un substrat 1 en tôle 9 en acier de forme demi-cylindrique, avec, sur la surface intérieure du demi-cylindre, une couche de colle polymérisée adhérant au demi-cylindre et, adhérant 8 la couche de colle polymérisée et la surmontant, un pavage de plaques ou éléments de revêtement antiabrssion 8 en forme de ~ecteur de cylindre à contour généralement rectangulsire, le pavage suivant la courbure de la surface intérieure de demi cylindre, l'ensemble formant une plsque de blindsge pour malaxeur d'aluminerie.
Dans les modes de réal~sation représentés sur les figures 13 à
15, la pièce composite obtenue par le procédé de 17invention comprend une substrat 1 en acier présentant une forme générale convexe. Sur la surface extérieure du ~ubstrat, on retrouve une cvuche de colle 3 polyméri-qée. Surmontant ladite oouche de colle 3, on trouve une coiffe 2 en matériau antiabrasion.
Le~ figures 11 à 13 se rapportent à la realisation d'un pointeau de vanne à poin~e~u utilisée dans les usines hydroélectrique~.
~n tel pointeau est de forme côniquel et comprend un substrat cônique 1 en ~cier dont la urfsce extérieure conique est recouverte dlune coiffe ~ canique formant élément en matériau anti~brasion. Comme dans le mode de~réaIisat~on des figures 1 à 10, on réalise séparément le substrat 1 , et~la; coiffe 2. La coiffe 2 est elle-même réalisée par infiltration, comme le représente schematiqu~ment la figure 11, dans un moule 4 co~portant un noyau amovible 40, le moule 4 formant la surface extérieure de la coiffe, le noyau 40 formant la surface intérieure de la ~colffe cônique. Après démoulage, on adapte la coiffe 2 sur le substrat 1, comme le représente la figure 12, avec interposition d'une couche de ' ;~ 30 cdlle, et l'on obtient le pointeau ~el que représenté en coupe sur lafi~ure 13, présentant la coiffe 2, le substrat 1 et la couche intermédiaire de colle 3.
Le mode de réalisation des figures 14 e~ 15 est relatif à la réalisation d'une dent de malaxeur d'aluminerie. On remarque, sur ces figures, le substrat 1, la coiffe 2 formant element de revetement antiabrasion, et la couche intermédiii~ire 3 de colle. La pièce doit présenter avantageusement la forme représentée sur les figures. Cette VVO 93/062~5 P ~ /FR92/00865 ll 21~ C6~3 pièce est formée selon un procédé similaire à celui décrit en relation ~vec les figures précédentest en réalisant séparement le subs~rat 1 et la coiffe 2, la coiffe 2 étant obtenue par infiltration dans un moule.
L'assemblage du s~bstrat et de la coiffe par collage, dans tous S les modes de réalisatlon de l'invention, permet à la colle intermédialre 3 de jouer le rôle d'amortisseur entre le substrat 1 et l'élement antiabrasion 2. On augmente con6idérablement la résistance mécanique apparente du revêtement antiabrasion ainsi réalisé, de sorte qu'un réusinage ultérieur de sa aurface e~t rendu possible. La pièce présente une résistance BUX chocs nettement améliorée par rapport aux techniques de ré~lisation par infiltration en surmoulage.
En outre, cette technique selon la présente invention évite d'échauffer le substrat 1, de sorte que l'on n'altère pas son a6pect extérieur. En revanche, dans les techniques connues d'infiltration en surmoulage, l'échauffement du sub~trat 1, lorsqu'i1 est en acier, provo~ue une altération de sa ~urface et nécessite un réusinage.
On comprend que la réalisation d'éléments de revêtement partiels, comme représenté sur la figure 9, permet de réaliser ces ;élements en diminuant le~ riEque~ de rebut. En effet, si un élémen~ eB~
défectueux, il ~uffit de le rempl~cer par un autre, sans aYoir à refaire la totalité du revêtement.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de reQlisa-tlon qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclu~ les diverses ariantes et généralisatlons contenue~ danq le domaine des revendica-tions ci-après.
~ -
importante par rapport à son voiume, les inventeurs ont constaté que le revêtement antiabrasion tend à se briser sous l'action de chocs 9 et qu'en particulier ce revêtement ne perme~ pas un réusina~e ultérieur après infiltration. La soudure entre l'épaisseur de matériau antiabra-sion et le substrat métallique est de mauvaise qualité.
Par exemple~ cette technique d'infiltration sur un substratmétallique ne permet pas la réalisation d'une pièce suffis~mment résistante mécsniquement pour constituer un pointeau pour vanne à
pointeau utilisée dan~ le~ usines hydroélectriques. En effet, lors de 18 fermeture du pointe~u sur son siège, le revêtement antiabrasion du pointeau tend a écl~ter sous l'effet des chocs et tensions méc~niques intervensne à cet ins~ant de fermeture.
De mffme, cette technique d'infiltration sur substrat métallique ne permet p8S de résliser des dents de malaxeurs d'aluminerie présentant 15. des qua}ités suffi~Antes de résistance mécanique.
RESU~ Dl: 1, ' INVENTION
~ e problème proposé par la présente invention est d'assurer une rési6tan~.e mécanique s~tisf~l^ante à un revêtement antiabra~ion à base de gralns de carbure de tung~tène inflltrés re~ouvrant un sub~r~t de nat~re tifférente~ l'ensemble constitusnt une pièce compos~te. Une telle pièce compo~ite doit pré~enter des qu~lltes de résistance mécsnique en surface suff isantes pour supporter des choc9, et pour permettre un réusinAge é~entuel de SA surface de revêtement antiabrasion sans 9e ; ~fendre ou se désagré~er.~ ~ 25 ~ L'ldée qul est 8 18 bs~e de la présen~e invention est que les déf~ut~ constatés de résistance mecanique des revêtement3 an~iabra~ion à
base de grains de carbure de tungstène réallsés par lnfiltration sur un substra~ résuleernient des dilatations différen~ielles intervenant lors de l'infiltration. En effet, lors de l'~nfiltration, on doit porter 30 1 'en~emble du substrat et du rechargement superficiel de grains de carbure de tungstène à une température suffisante pour 18 fusion de l'alliage ou métal liant qui doit s'lnfiltrer dans l'espace rempli de ; grains de carbure de tungstène et qui doit assurer la soudure avec lesubstrst. Lors de cet échauffement, le substrat netallique se dil~te 'S sensiblement, tandis que les grains de carbure de tungstène qui forment un empilement compact se dilatent très peu, roulent les uns sur `les autres et peuven~ ainsi suivre la dilatation du moule et du substra~.
W O 93/0625~ PCT/FR92/00865 8 6 0 3 ,r~
Après infiltration, lo.sque l'on refroidit l'ensemble, le subs~rat tend à se eontracter, tandis que l'empilement très compact de ~rains de carbure de tungstène ne se contracte que très peu. Il en rés~lte des tensions mécaniques importantes à l'interface entre le substrat et la couche de matière antiabrasion qui le recouvre. Ces tensions mécaniques importantes sont vraisemblsblement a l'origine des défauts de résistance mécanique constatés sur les pièces ainsi rechargées par infiltration sur un sub3trat, ain~i que des défauts constatés sur la soudure entre le revêtement antiabrasion ee le substrat ~étallique.
Lors de l'échauffement pour obtenir l'infiltration, les grains de csrbure de tungstène tendent à rouler les uns sur les autres, ce qui leur permet d'occuper tout l'espace en~re le moule et le substrat. s Lors du refroidissement de l'ensemble, les grains de carbure de tungstène n'ont plus la possibilité de rouler les uns sur les autres, car ils sont llés par l'alllage ou métal liant, de sorte que le revêtement antiabrasion ne peut plu8 se rétracter selon un coefficient similaire à celui du subætrat.
Mslgré ces défRuts de résistance mécanique aux chocs, des pièces ant~abr~sion obtenues par infiltration paraissen~ intére~santes, car la surfac~ antiabrasion ainsl ob~enue psr infiltration présente des propriétés remarquables de résistance 8 llabrasion. D'autre part, l'lnfiltration permet de reali3er des surfaces antiabrasion présentant des forme~ particulièrement régulières et lisses, favorisant l'effica-~; cité des pleces ~insi réallsées. Par exemple s'agi8~ant d'un pointesu de vannes pour u~ine hydr~électrlque, un tel pointeau doit présenter une surface canique bien régulière permettant une ob~uration efficace.
S'~gis~ant d'une dent de malaxeur ou d'un pavage de cylindre de mal~xeur, les 8urfaces dolYent egalement être blen régulières, pour ne pas contrarier le débit du fluide à malaxer.
La presente invention a ainsi pour objet de réaliser des pièces dont le re~êtement antiabraslon est obtenu par infiltration d'alliage dans un empilement de grains de carbure de tungstène, ces pièce~
présentant, après réalisation, des qualités nettement sméliorées de résistance mécanique de tenue aux chocs, éYitant la séparation entre le substrat et sa couche antiabrasion.
Selon l'invention, de telles pièces à revêtement antiabrasion peuvent être obtenues ~ moindre coût, no~amment lorsque les pièces sont W O 93/0625~ PCT/FR92/00865 211~
de grandes dimensions, l'abaissement des coûts étant obtenu notammen~ en diminuant les risques de rebut.
Un autre avantage de l'invention est qu'il devient possible de réaliser des rechargements ou revetements antiabrasion sur des substrats qui sont eux-mêmes susceptibles de ne pas supporter des températures aussi éleYées que celle nécessaire pour fondre l'alliage ou métal liant lors de l'infiltration. On peut sin~i conce~oir une pièce en matérlau composlte dan~ laquelle le substrat peut être non m~étallique, sssocié a ùne couche de matière antiabrasion à base de grains de carbure de tungstène infiltrés.
Pour atteindre ces buts ainsi que d'autres, la pré~ente invention prévoit un nouveau procédé de réalisation dlune pièce composite à revêtement antiabrasion, la pièce comportant au moins un substrat recouvert d'une couche de ma~ière antiabrasion à base de grains de carbure de tungstène, le procédé comprenant les étapes suivantes :
~) prévoir un substrat dont la forme et l'ét~t le surface Qont approprié~ pour recevolr par collage des éléments de revêtement en m~tle~e antl~brasion à base de grains de carbure de tungst2ne, b) realiser, par infiltrat~on d'un alliage liant dans un empilement de grain~ de carbure de tungstene, un ou plusieurs éléments de revêtement en matiere ~ntiabrasion, comportant une face interne conformée pour s'ad~pter sur la surface du substrat, et comportant une face externe conformée pour constituer la face ~ntiabrasion de la pièce composite à
realiser, c~ ~olidariser par collage le ou les élemen~s de revêtement en matière antiabra~ion sur le sub~trat, en appliquant lesdits élements de rev~tement sur le substrat avec interposltion d'une couche appropr~ée de colle.
Selon une prem~ère application, le substrat peut être en acier.
~8 !colle utili6ée pour le collage peut être une colle époxy.
De préférence, 1~ colle époxy est d'un type monocomposant ou polycomposant polymérisable à chaud. L'étape de collage comprend alors une étape de chauffage a température appropriée pendant la durée de polymérisation de la colle.
Pour la réalisation de la couche antiabrasion, on utilise une technique d'infiltration d'alliage dans un empile~ent de grains de carbure de tungstène. Le moule utilisé est avantageusement un moule à
W 0 93/06255 P ~ /FR92/0086 2 l ~ ~ 6 ~ 3 6 parois de moulage en sable de fonderie lié par des résines. Une difficulté est alors rencontrée car le moule comprend des parois dont la surface est rela~ivement importante par rapport 8U volume de la couche antiabrasion à réaliser, puisque cette couche n'a en général pas à avoir une épaisseur très importante par rapport à sa surface. La difficulté
apparait a}ors par le fait que la résine utilisée pour lier le sable du moule tend à se con~umer lors de l'infiltration, et nui~ à la réali~atlon d'une couche antiabrasion de bonne quslité. Pour résoudre cette difficulté, il convient de régler la quantité de résine présente dans le moule, pour l'ajuster ~ une ~uantité juste suffisante au maintien du sable de fonderie jusqu'à infiltration, limitant ainsi les dégagements gszeux résultant de la combustion de la résine pendant l'étape de chauffage et d'infiltration. En pratique, la quantité de ré~ne sera inférieure ` 6 7. en poids de la quantité de sable de fonderie.
BREVE DESCRIPTION DES D~SSINS
D'au~re~ objets, caractéristiques et avantages de la prés~nte in~ention ressortlront de la description suiv~nte de modes de réaliaa-tion p4rticuliers, fslte en relation avec les figures jolntes, psrmi l~squelles :
la flgure l représente ~chématique~ent en perspective un ~oule selon l'inve~tion permettant de resliser un élément de revêtement en matière antlabr~sion en forme de secteur cylindrique destiné à reeouvrir un ubstrat rylindrique ;
- les figure3 2 à 5 illustrent schématiquement les différentes étapes du procédé de réalisation d'un élement de revêtement en matière antiabra-slon dans un moule de la figure 1 représenté en coupe ;
- la figure 6 représente l'élément de revêtement antiabrasion ainsi obtenu ; 1 30 - ~ ~es figures 7 et 8 illu~trent les étapes de for~age du substrat destiné a reoevoir les éléments de revêtement antiabrasion ;
- la figure 9 illustre l'étape d'as~emblage des éléments de revêtement antiabrasion ~ur le substrat de la figure 8 ;
~ la figure 10 est une coupe longitudinale selon l'axe I-I de la figure 9 ;
- la figure 11 illustre l'étspe de réalisation par infiltration d'un élément de revêtement antiabrasion cônique, d~ns un moule représenté en W O 93/06255 PCT/FR92/0086~
~ 36~
coupe ;
18 figure 12 illustre l'étape d'assemblage de l'élément cônique de la figure 11 sur un substrat lui-même cônique, pour réalisation d'un pointeau de vanne pour usine hydroélectrique ;
- la figure 13 illustre, en coupe longitudinale, la structure d'un pointeau de ~anne selon la présente invention ; et - les figureY 14 et 15 illustrent, en coupes longitudinales ~elon deux plan~ perpenticulaires, la structure d'une dent de malaxeur selon la présente inven~lon.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES
Les figures 10 et 13 à 14 illustrent la structure interne des pièces composites à revêtement antiabrasion obtenues par un procédé
selon la présente invention. Dans tous les modes de réalisation, ces pièces comportent un substrat 1 recouvert au moins en partie par une couche de m~tière ~ntlabrasion 2 qui lui est solidarisée par une couche int~rmédl~ire 3 de colle.
On a représen~é, sur les figures 1 à 9, les étapes succe~sives de real~ation d'une piece antlabrasion selon l'invention9 dsns un mode :~:de reali~atlon correspondsnt à 18 fabrication d'un bllndage pour ~ ~ 20 mal~xeurs d'al~minerie.
; Les m~laxeurs d'aluminerie comprennent une encei~te cylindrique tubulaire:, de plusleurs mètres de long, de diamètre de l'ordre de 60 centimètres envlron, destlnée à contenir une pâte de carbone à ~alaxer psr de~ dents de mal~xeur~ Certaines dents son~ montées fixes sur la p~roi de l'encelnte et dépassent ~ers l'intérleur de l'enceinte, d'~tres dents sont moneées sur un rotor to~rnant axi~lement dans l'e~einte. ~es dents de m~laxeur 60nt par exemple telles que représen-tée~ en coupe longitudinale sur les figures 14 et 150 Sur les f~gures 1 à 6, on réalise, par infiltr~tion d'un alliage liant dans un empilement de gralns de carbure de tungstène, l'un des élements de revêtement en matiere antiabrasion qui seront utilisés pour recouvrir la surface intérieure de l'encelnte cylindrlque de malaxeur. Sur la flgure 1, on prépare un moule 4 creux, comprenant un évldement intérieur 5 délimité par des parois de moulage ayant la forme de llélement de surface en matière antiabrasion à realiser. Ce moule est représenté vide en coupe sur la figure 2.
Sur la figure 3, on introduit dans l'évidement 5 du moule 4 des W O 93/0625~ PCT/FR92/00865 2 1L~ 0 3 ' ' particules 6 de matière dure telle que du carbure de tungstène fondu, en vibrant l'ensemble, de sorte que les particules superficielles viennent au maximum en appui contre les parois de moulage et sont jointives les unes aux autres. Sur la f igurP 4, on prépare une quantité suffisante d'un alliage approprié 7 sous forme sdaptée, pour asæurer une réparti-tion ultérieure de l'alliage au cours de sa phase de fusion uItérieure.
L'alliage 7 e8t un alliage de brasAge suscep~lble de mouiller les particules de matière dure et de fondre a une température inférieure à
la température de fusion des particule3 de matière dure 6 et du moule 4.
Sur la igure 5, on chauffe l'ensemble du moule 4 et de son contenu jusqu'à une température supérieure à la température de fuRion de I'alliage 7 et inférieure à la température de fusion des particules de matière dure 6 et du moule 4. On maintient cette température pendant une durée suffisante pour assurer l'infiltration de l'alliage 7 en fusion d~ns l'espece rempli de particules de matière dure 6. On laisse ensuite refroidir, et on demoule, pour obtenir l'élément 8 de reYetement en ma~lère Antiabrasion représenté ~ur la figure 6.
Sur le~ figures 7 et 8, on prépare le substrat destiné à
recevoir les élements de revetement en matière antiabra~ion. Sur la ~igur~ 7, on part d'une tôle rectangula$re 9~ Sur la flgure 8, on cintre ~; ~ ette t81e rectangulaire 9 pDur lui donner une forme demi-cylindrique de~; diamètre approprié pour que, après apposition des élements de revêtement en~matière antiabrasion, le diamètre interne de l'ensemble 80it conforme ;au~d~ametre du tube de malaxeur à réaliser.
Sur la figure 9, on réalise l'as~emblage et la solidarisation des elements de revêtement antiabra~ion telB que 1 ~ élément 8 sur le sub~trat 1 tel que la tôle cintrée 9. Cette solidarisation ~'effectue pnr collage, en appliquant lesdlt~ élements de re~êtement anti braqion 8 sur le substrat 1 en tôle cintrée 9 avec interpo~ltion d'une couche approprlée de colle. On a représenté, sur la figure lO `en coupe longitudinale selon l'axe I-I de la figure 9, l'assemblage ain~i obtenu, montrant la couche antiabraslon 2, le subs1rat l ou tôle 9 et la couche inter~édiaire de colle 3.
Dans le cas d'un malaxeur pour aluminerie, on utilise avanta-geusement une tôle 9 en acier. La colle 3 utilisée est une colle époxy~de préférence d'un type monocomposant ou polycomposant polymérisable à
chaud. Dans ce cas, l'étape d'a~semblage et de collage représentée sur W 0 93/0625~ PCT/FR92/00865 21l.~
la figure 9 comprend une etape de chauffage à température appropriée pendant la durée de polymérisation de la colle 3.
Après assembla~e des éléments de revêtement antiabrasion 8 sur le substrat l en tôle cintrée 9, on peut avantageusement prévoir une étape ultérieure d'usinage des excès de colle et des bords de la surface antisbrasion, afin de réaliser des élements demi-cylindriques pou~ant ê~re disposés les uns ~près les sutres bord-a-bord sans apparition de fentes ou d'lnterstice~ entre deux éléments adjacents.
Egalement, la résistance mécanique ainsi obtenue de l'en3emble des éléments antlabrasion collés sur la tôle 9 est suffisante pour que la ~urface antiabrPsion puisse être ultérieurement égalisée lors d'une étape ultérieure d'usinage.
Lors de la réalisation de l'élément de revêtemen~ antiabrasion 8, le moule 4 utili~é peut être réalise en différentes matières. Par exemple1 on peut utili er un moule 4 en graphite, préalablement usiné
pour former l'evidement 5. Une solution plus avantageuse consiste à
utiliser un moule 4 comprenant des parois de moulage en sable de ~onderie l$é par des résines. L'évidement 5 est alors réalisé en plongeant un modèle d~n~ 1~ moule 4 avant prlse de la résine, et en retir~nt le modèle aprè~ prise de la résine, selon une technique tradit~onnelle dans le moulage pour la coulée des métaux.
~;Toutefois, lor~que l'on utili~e un tel moule 4 en sable de fonderie lié par des résines, une difficulté peut appara~tre par le fait que l'élement de revetement antiabrasion 8 a former présente un~ urface 2s; très importante par rapport à 60n volume. Cel~ eBt dû au fait que éle~ene de revêtement est généralement pl~t. Le problème qui peut se produire est alors que, lors de l'infil~ration, la combustion de la réslne li-nt le sable du moule 4 produit des dégagements gazeux qui t~ndent à s'infiltrer dans l'évidement 5 rempli de particules dures 'i: : 30 antiabrasion 6. Ces dégagements gazeux peuvent former des dépôts sur les particules, et, si ce_ dépôtc sont en excès, lls peuvent nuire au mouillage des partlcules par l'alliage liant 7 lors de l'infiltration.
Il en résulte ~lors une quallté médiocre de résistance mécanique de l'élement antlabrasion 8 ainsi réallsé. Pour éviter cette difficulté, la qusntité de résine présent~ dans le moule 4 est ajustée pour être juste sufisante au msintlen du sable de fonderie jusqu'à infiltration. En pratlque, la quantité de résine peut être choisie inférieure à 6 % en W 0 93/062~ PCT/FR~2/00865 2ll~6a3 , poids de la quantité de sable de fonderie du moule 4.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 10, on obtient une pièce composite, représentée sur la figure 9, comprenant un substrat 1 en tôle 9 en acier de forme demi-cylindrique, avec, sur la surface intérieure du demi-cylindre, une couche de colle polymérisée adhérant au demi-cylindre et, adhérant 8 la couche de colle polymérisée et la surmontant, un pavage de plaques ou éléments de revêtement antiabrssion 8 en forme de ~ecteur de cylindre à contour généralement rectangulsire, le pavage suivant la courbure de la surface intérieure de demi cylindre, l'ensemble formant une plsque de blindsge pour malaxeur d'aluminerie.
Dans les modes de réal~sation représentés sur les figures 13 à
15, la pièce composite obtenue par le procédé de 17invention comprend une substrat 1 en acier présentant une forme générale convexe. Sur la surface extérieure du ~ubstrat, on retrouve une cvuche de colle 3 polyméri-qée. Surmontant ladite oouche de colle 3, on trouve une coiffe 2 en matériau antiabrasion.
Le~ figures 11 à 13 se rapportent à la realisation d'un pointeau de vanne à poin~e~u utilisée dans les usines hydroélectrique~.
~n tel pointeau est de forme côniquel et comprend un substrat cônique 1 en ~cier dont la urfsce extérieure conique est recouverte dlune coiffe ~ canique formant élément en matériau anti~brasion. Comme dans le mode de~réaIisat~on des figures 1 à 10, on réalise séparément le substrat 1 , et~la; coiffe 2. La coiffe 2 est elle-même réalisée par infiltration, comme le représente schematiqu~ment la figure 11, dans un moule 4 co~portant un noyau amovible 40, le moule 4 formant la surface extérieure de la coiffe, le noyau 40 formant la surface intérieure de la ~colffe cônique. Après démoulage, on adapte la coiffe 2 sur le substrat 1, comme le représente la figure 12, avec interposition d'une couche de ' ;~ 30 cdlle, et l'on obtient le pointeau ~el que représenté en coupe sur lafi~ure 13, présentant la coiffe 2, le substrat 1 et la couche intermédiaire de colle 3.
Le mode de réalisation des figures 14 e~ 15 est relatif à la réalisation d'une dent de malaxeur d'aluminerie. On remarque, sur ces figures, le substrat 1, la coiffe 2 formant element de revetement antiabrasion, et la couche intermédiii~ire 3 de colle. La pièce doit présenter avantageusement la forme représentée sur les figures. Cette VVO 93/062~5 P ~ /FR92/00865 ll 21~ C6~3 pièce est formée selon un procédé similaire à celui décrit en relation ~vec les figures précédentest en réalisant séparement le subs~rat 1 et la coiffe 2, la coiffe 2 étant obtenue par infiltration dans un moule.
L'assemblage du s~bstrat et de la coiffe par collage, dans tous S les modes de réalisatlon de l'invention, permet à la colle intermédialre 3 de jouer le rôle d'amortisseur entre le substrat 1 et l'élement antiabrasion 2. On augmente con6idérablement la résistance mécanique apparente du revêtement antiabrasion ainsi réalisé, de sorte qu'un réusinage ultérieur de sa aurface e~t rendu possible. La pièce présente une résistance BUX chocs nettement améliorée par rapport aux techniques de ré~lisation par infiltration en surmoulage.
En outre, cette technique selon la présente invention évite d'échauffer le substrat 1, de sorte que l'on n'altère pas son a6pect extérieur. En revanche, dans les techniques connues d'infiltration en surmoulage, l'échauffement du sub~trat 1, lorsqu'i1 est en acier, provo~ue une altération de sa ~urface et nécessite un réusinage.
On comprend que la réalisation d'éléments de revêtement partiels, comme représenté sur la figure 9, permet de réaliser ces ;élements en diminuant le~ riEque~ de rebut. En effet, si un élémen~ eB~
défectueux, il ~uffit de le rempl~cer par un autre, sans aYoir à refaire la totalité du revêtement.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de reQlisa-tlon qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclu~ les diverses ariantes et généralisatlons contenue~ danq le domaine des revendica-tions ci-après.
~ -
Claims
REVENDICATIONS
1 - Procédé de réalisation d'une pièce composite à revêtement antiabrasion, ladite pièce comportant au moins un substrat (1) recouvert d'une couche de matière antiabrasion (2) à base de grains de carbure de tungstène, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivan-tes a) prévoir un substrat (1) en acier présentant une forme générale convexe et un état de surface approprié pour recevoir par collage des éléments de revêtement (2) en matière antiabrasion à base de grains de carbure de tungstène, b) réaliser, par infiltration d'un alliage liant (7) dans un empilement de grains de carbure de tungstène (6), un ou plusieurs éléments (2, 8) de revêtement en matière antiabrasion, comportant une face interne concave conformée pour s'adapter sur la surface convexe du substrat (1), et comportant une face externe conformée pour constituer la face antiabrasion de la pièce composite à réaliser, c) solidariser par collage le ou les éléments de revêtement (8) en matière antiabrasion sur le substrat, en appliquant lesdits éléments de revêtement (8) sur la surface convexe du substrat (1) avec interposition d'une couche appropriée de colle (3).
2 - Procédé de réalisation d'une plaque de blindage pour malaxeur d'aluminerie à revêtement antiabrasion, ladite plaque compor-tant; au moins un substrat (1) recouvert d'une couche de matière antiabrasion (2) à base de grains de carbure de tungstène, procédé
caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
a) prévoir un substrat (1) en tôle cintrée en demi-cylindre, dont l'état de surface intérieure est approprié pour recevoir par collage des éléments de revêtement (2) en matière antiabrasion à base de grains de carbure de tungstène, b) réaliser, par infiltration d'un alliage liant (7) dans un empilement de grains de carbure de tungstène (6), plusieurs éléments (27 8) de revêtement en matière antiabrasion, comportant une face interne confor-mée pour s'adapter sur la surface intérieure du substrat (1), et comportant une face externe conformée pour constituer la face antiabra-sion de la pièce composite à réaliser, c) solidariser par collage les éléments de revêtement (8) en matière antiabrasion sur le substrat, en appliquant lesdits éléments de revêtement (8) sur la surface intérieure du substrat (1) avec interposi-tion d'une couche appropriée de colle (3), réalisant un pavage de plaques en matière antiabrasion suivant la courbure de surface intérieu-re de demi-cylindre.
3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé
en ce que :
- le substrat (1) est en acier, - la colle (3) est une colle époxy.
4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que :
- la colle époxy (3) est d'un type monocomposant ou polycomposant polymérisable à chaud, - l'étape de collage comprend une étape de chauffage à température appropriée pendant la durée de polymérisation de la colle (3).
5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape ultérieure d'usinage des excès de colle et des bords de la surface antiabrasion.
5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une étape ultérieure d'usinage de la surface antiabrasion.
7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préalable de fabrication d'un élément de surface (8) en matière antiabrasion, étape dans laquelle :
- on prépare des moyens de moule (4) creux comprenant un évidement intérieur (5) délimité par des parois de moulage ayant la forme de l'élément de surface en matière antiabrasion à réaliser, - on introduit des particules de matière dure telle que du carbure de tungstène (6) dans l'évidement intérieur (5) du moule (4), en vibrant l'ensemble, de sorte que les particules superficielles viennent au maximum en appui contre les parois du moule et sont jointives les unes aux autres, - on prépare une quantité suffisante d'un alliage approprié (7) sous forme adaptée pour assurer une répartition ultérieure de l'alliage au cours de sa phase de fusion ultérieure, l'alliage étant un alliage de brasage susceptible de mouiller les particules de matière dure (6) et de fondre à une température inférieure à la température de fusion des particules de matière dure (6) et du moule (4), - on chauffe l'ensemble à une température supérieure à la température de fusion de l'alliage (7) et inférieure à la température de fusion des particules de matière dure (6) et du moule (4), - on maintient cette température de fusion pendant une durée suffisante pour assurer l'infiltration de l'alliage (7) en fusion dans l'espace (5) rempli de particules de matière dure (6), - on laisse refroidir et on démoule l'élément de surface antiabrasion.
8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de moule (4) comprennent des parois de moulage en sable de fonderie lié par des résines.
9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la quantité de résine présente dans les moyens de moule (4) est ajustée pour être juste suffisante au maintien du sable de fonderie jusqu'à
infiltration, limitant les dégagements gazeux résultant de la combustion de la résine pendant l'étape de chauffage et d'infiltration.
10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la quantité de résine est inférieure à 6 % en poids de la quantité de sable de fonderie.
11 - Pièce composite à revêtement antiabrasion obtenue par le procédé selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend :
- un substrat (1) en tôle cintrée (9) en forme de demi-cylindre, - sur la surface intérieure du demi-cylindre, une couche de colle (3) polymérisée, adhérant au demi-cylindre, - adhérant à la couche de colle (3) polymérisée et la surmontant, un pavage de plaques (8) en matière antiabrasion à base de carbure de tungstène, ledit pavage suivant la courbure de surface intérieure de demi-cylindre, - l'ensemble formant une plaque de blindage pour malaxeurs d'aluminerie.
12 - Pièce composite à surface antiabrasion selon la revendica-tion 11, caractérisée en ce que les plaques (8) sont des secteurs de cylindre à contour généralement rectangulaire.
13 - Pièce composite à surface antiabrasion obtenue par le procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend :
- un substrat (1) en acier présentant une forme générale convexe, - sur la surface extérieure convexe du substrat (1), une couche de colle polymérisée (3), - adhérant à ladite couche de colle (3) polymérisée, une coiffe (2) en matériau antiabrasion à base de carbure de tungstène, dont la surface interne est conformée pour s'adapter sur la surface extérieure convexe du substrat (1).
14 - Pièce composite à surface antiabrasion selon la revendica-tion 13, caractérisée en ce que ladite pièce est une dent de malaxeur d'aluminerie, 15 - Pièce composite à surface antiabrasion selon la revendica-tion 13, caractérisée en ce que ladite pièce présente une forme générale cônique constituant un pointeau de vanne.
1 - Procédé de réalisation d'une pièce composite à revêtement antiabrasion, ladite pièce comportant au moins un substrat (1) recouvert d'une couche de matière antiabrasion (2) à base de grains de carbure de tungstène, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivan-tes a) prévoir un substrat (1) en acier présentant une forme générale convexe et un état de surface approprié pour recevoir par collage des éléments de revêtement (2) en matière antiabrasion à base de grains de carbure de tungstène, b) réaliser, par infiltration d'un alliage liant (7) dans un empilement de grains de carbure de tungstène (6), un ou plusieurs éléments (2, 8) de revêtement en matière antiabrasion, comportant une face interne concave conformée pour s'adapter sur la surface convexe du substrat (1), et comportant une face externe conformée pour constituer la face antiabrasion de la pièce composite à réaliser, c) solidariser par collage le ou les éléments de revêtement (8) en matière antiabrasion sur le substrat, en appliquant lesdits éléments de revêtement (8) sur la surface convexe du substrat (1) avec interposition d'une couche appropriée de colle (3).
2 - Procédé de réalisation d'une plaque de blindage pour malaxeur d'aluminerie à revêtement antiabrasion, ladite plaque compor-tant; au moins un substrat (1) recouvert d'une couche de matière antiabrasion (2) à base de grains de carbure de tungstène, procédé
caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
a) prévoir un substrat (1) en tôle cintrée en demi-cylindre, dont l'état de surface intérieure est approprié pour recevoir par collage des éléments de revêtement (2) en matière antiabrasion à base de grains de carbure de tungstène, b) réaliser, par infiltration d'un alliage liant (7) dans un empilement de grains de carbure de tungstène (6), plusieurs éléments (27 8) de revêtement en matière antiabrasion, comportant une face interne confor-mée pour s'adapter sur la surface intérieure du substrat (1), et comportant une face externe conformée pour constituer la face antiabra-sion de la pièce composite à réaliser, c) solidariser par collage les éléments de revêtement (8) en matière antiabrasion sur le substrat, en appliquant lesdits éléments de revêtement (8) sur la surface intérieure du substrat (1) avec interposi-tion d'une couche appropriée de colle (3), réalisant un pavage de plaques en matière antiabrasion suivant la courbure de surface intérieu-re de demi-cylindre.
3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé
en ce que :
- le substrat (1) est en acier, - la colle (3) est une colle époxy.
4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que :
- la colle époxy (3) est d'un type monocomposant ou polycomposant polymérisable à chaud, - l'étape de collage comprend une étape de chauffage à température appropriée pendant la durée de polymérisation de la colle (3).
5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape ultérieure d'usinage des excès de colle et des bords de la surface antiabrasion.
5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une étape ultérieure d'usinage de la surface antiabrasion.
7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préalable de fabrication d'un élément de surface (8) en matière antiabrasion, étape dans laquelle :
- on prépare des moyens de moule (4) creux comprenant un évidement intérieur (5) délimité par des parois de moulage ayant la forme de l'élément de surface en matière antiabrasion à réaliser, - on introduit des particules de matière dure telle que du carbure de tungstène (6) dans l'évidement intérieur (5) du moule (4), en vibrant l'ensemble, de sorte que les particules superficielles viennent au maximum en appui contre les parois du moule et sont jointives les unes aux autres, - on prépare une quantité suffisante d'un alliage approprié (7) sous forme adaptée pour assurer une répartition ultérieure de l'alliage au cours de sa phase de fusion ultérieure, l'alliage étant un alliage de brasage susceptible de mouiller les particules de matière dure (6) et de fondre à une température inférieure à la température de fusion des particules de matière dure (6) et du moule (4), - on chauffe l'ensemble à une température supérieure à la température de fusion de l'alliage (7) et inférieure à la température de fusion des particules de matière dure (6) et du moule (4), - on maintient cette température de fusion pendant une durée suffisante pour assurer l'infiltration de l'alliage (7) en fusion dans l'espace (5) rempli de particules de matière dure (6), - on laisse refroidir et on démoule l'élément de surface antiabrasion.
8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de moule (4) comprennent des parois de moulage en sable de fonderie lié par des résines.
9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la quantité de résine présente dans les moyens de moule (4) est ajustée pour être juste suffisante au maintien du sable de fonderie jusqu'à
infiltration, limitant les dégagements gazeux résultant de la combustion de la résine pendant l'étape de chauffage et d'infiltration.
10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la quantité de résine est inférieure à 6 % en poids de la quantité de sable de fonderie.
11 - Pièce composite à revêtement antiabrasion obtenue par le procédé selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend :
- un substrat (1) en tôle cintrée (9) en forme de demi-cylindre, - sur la surface intérieure du demi-cylindre, une couche de colle (3) polymérisée, adhérant au demi-cylindre, - adhérant à la couche de colle (3) polymérisée et la surmontant, un pavage de plaques (8) en matière antiabrasion à base de carbure de tungstène, ledit pavage suivant la courbure de surface intérieure de demi-cylindre, - l'ensemble formant une plaque de blindage pour malaxeurs d'aluminerie.
12 - Pièce composite à surface antiabrasion selon la revendica-tion 11, caractérisée en ce que les plaques (8) sont des secteurs de cylindre à contour généralement rectangulaire.
13 - Pièce composite à surface antiabrasion obtenue par le procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend :
- un substrat (1) en acier présentant une forme générale convexe, - sur la surface extérieure convexe du substrat (1), une couche de colle polymérisée (3), - adhérant à ladite couche de colle (3) polymérisée, une coiffe (2) en matériau antiabrasion à base de carbure de tungstène, dont la surface interne est conformée pour s'adapter sur la surface extérieure convexe du substrat (1).
14 - Pièce composite à surface antiabrasion selon la revendica-tion 13, caractérisée en ce que ladite pièce est une dent de malaxeur d'aluminerie, 15 - Pièce composite à surface antiabrasion selon la revendica-tion 13, caractérisée en ce que ladite pièce présente une forme générale cônique constituant un pointeau de vanne.
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