CH622452A5 - - Google Patents

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CH622452A5
CH622452A5 CH865877A CH865877A CH622452A5 CH 622452 A5 CH622452 A5 CH 622452A5 CH 865877 A CH865877 A CH 865877A CH 865877 A CH865877 A CH 865877A CH 622452 A5 CH622452 A5 CH 622452A5
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Description

La présente invention a pour objet un procédé de préparation d'un matériau pulvérulent permettant de former un revêtement protecteur sur un substrat par pulvérisation à haute température de ce matériau sur la surface de ce substrat.
La préparation d'un revêtement protecteur sur un substrat, par projection à haute température sur ce substrat d'un matériau pulvérulent, au moyen d'un chalumeau à flamme ou d'une torche à plasma, est une technique bien connue et très utilisée.
La nature de ce revêtement peut être très variée. On utilise notamment des métaux ou alliages métalliques, des oxydes métalliques, des composés réfractaires durs comme des carbures, nitrure, borure, siliciures, carbonitrures, etc., de métaux tels que l'aluminium, le tungstène, le vanadium, le titane, le molybdène, ou des mélanges de plusieurs matériaux de ce genre.
Il est particulièrement intéressant d'utiliser, comme matériau pulvérulent, des mélanges d'au moins deux matériaux en vue d'obtenir des revêtements ayant des propriétés optimales, grâce à la combinaison des propriétés des matériaux utilisés, cette combinaison résultant du mélange physique et/ou de réactions chimiques entre ces éléments lors de la formation de la couche de revêtement.
Par exemple, on peut utiliser un mélange d'au moins deux métaux en vue de produire un alliage; un mélange d'au moins un métal ou alliage et d'au moins une matière céramique en vue de produire un cermet; un mélange d'au moins un métal ou alliage avec un composé réfractaire dur comme un carbure, un nitrure, un borure, un carbonitrure, en vue de produire un métal dur qui permet de former une couche de revêtement ayant une résistance à l'abrasion très élevée, et on peut également utiliser un mélange d'au moins deux oxydes en vue de la production d'un oxyde mixte.
Lors de la mise en œuvre des techniques connues de préparations de revêtement protecteur par projection à haute température de mélanges pulvérulents du genre de ceux qui sont mentionnés ci-dessus, on utilise ces derniers soit sous la forme de mélanges dans lesquels les particules de poudre des ingrédients de ce mélange sont séparées les unes des autres, soit sous la forme d'agglomérats de particules obtenus en liant ensemble une pluralité de particules individuelles au moyen de substances appropriées, telles que des résines ou des laques.
De tels mélanges présentent l'inconvénient de donner lieu à des phénomènes de ségrégation ou de séparation dans les récipients de stockage de ces mélanges pulvérulents ou dans le récipient d'alimentation du chalumeau ou torche à plasma, lors de l'utilisation de ce mélange. Une telle ségrégation est provoquée par la différence de poids spécifiques et/ou de granulométries des particules des différents matériaux qui constituent le mélange. La formation d'agglomérats par les techniques utilisées jusqu'à maintenant ne résout qu'imparfaitement ce problème, car de tels agglomérats ont tendance à se rompre en remettant en liberté les particules qui les composent, non seulement par suite du frottement mutuel de ces agglomérats, mais également par suite de la combustion des matières utilisées comme liant lors de la projection à haute température du mélange sur le substrat. Il en résulte que les couches de revêtement obtenues ne sont pas homogènes et ne présentent pas les propriétés optimales désirées.
Le but de l'invention est précisément d'éliminer ces inconvénients en fournissant un procédé de préparation permettant d'obtenir un matériau pulvérulent composé de particules ou d'agglomérats de particules ne subissant pas de ségrégation lors de la projection à haute température de ce matériau sur la surface à substrat.
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A cet effet, le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que l'on soumet un mélange d'au moins deux matériaux en poudre à un traitement thermique à une température et pendant une durée suffisantes pour provoquer, d'une part, au moins une réaction chimique mettant en jeu au moins une partie de ces matériaux et, d'autre part, un ramollissement temporaire de ceux-ci, de façon à former un matériau pulvérulent constitué de particules sphéroïdales ou d'agglomérats sphéroïdaux de particules dont la composition moyenne est la même que celle que l'on désire conférer audit revêtement.
La température du traitement thermique est, de préférence, au moins égale à 600° C. Cette température est choisie en fonction de la nature des matériaux en poudre de départ. Par exemple, dans le cas où ces matériaux sont constitués au moins en majeure partie par des oxydes métalliques ou des matériaux réfractaires durs, comme des carbures, nitrures, borures, carbonitrures, etc., on effectue de préférence le traitement thermique dans la gamme de températures comprise entre 1200 et 2000° C ou même à température supérieure à 2000° C.
On peut effectuer le traitement thermique au sein d'une atmosphère inerte, ou encore au sein d'une atmosphère gazeuse prenant part à au moins une réaction chimique avec les matériaux de départ, comme une réaction d'oxydation ou de réduction, ou encore une réaction aboutissant à la formation de composés tels que des hydrures, carbures, nitrures, etc.
On peut effectuer le traitement thermique sous une pression égale, supérieure ou inférieure à la pression atmosphérique.
Comme moyen de chauffage des matériaux de départ, pour la mise en œuvre du procédé, on peut utiliser notamment un brûleur à gaz, un chalumeau à flamme, comme un chalumeau à flamme oxyacétylénique, un chalumeau oxhydrique (oxygène-hydrogène), une torche à plasma ou encore un dispositif de chauffage à haute fréquence ou un four électrique à chauffage par résistance.
Comme appareillage que l'on peut utiliser pour la mise en œuvre du procédé, on peut, par exemple, employer une enceinte munie d'un dispositif d'introduction du matériau de départ à l'état pulvérulent, ce dispositif étant éventuellement muni de moyens pour mélanger ces matériaux, d'un dispositif pour porter et maintenir ces matériaux à la température de traitement, d'un dispositif pour refroidir le matériau pulvérulent après le traitement thermique, d'un dispositif pour recueillir ce matériau après refroidissement et de moyens pour introduire et évacuer le gaz constituant l'atmosphère de l'enceinte ainsi que pour régler la pression dans cette enceinte.
Comme matériaux de départ, on peut notamment utiliser des composés métalliques choisis dans le tableau suivant :
B
Al
Ti
Zr
Mg Cr
Hf
Mo W
V
Oxydes ou hydrures
X
X
X
X X
Borures
X
X
X
X
X
X
Siliciures
X
X
X
X
Carbures
X
X
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X
Nitrures
X
X
X
X
X
Carbonitrures
X
X
X
X
On peut notamment, en vue de l'obtention d'un matériau pulvérulent permettant de former un revêtement réfractaire dur par pulvérisation à haute température sur la surface d'un substrat, utiliser un mélange d'au moins l'un des composés indiqués dans le tableau ci-dessus et d'au moins un métal en poudre choisi parmi les métaux suivants: le cuivre, le nickel, le fer, le cobalt, l'aluminium, ce métal étant destiné à jouer le rôle de liant ou de matériau de matrice dans le revêtement.
En ce qui concerne la nature de la réaction chimique, elle peut être très variée. Cette réaction peut notamment conduire à la formation de nouveaux composés par réaction des matériaux de départ entre eux et/ou avec l'atmosphère gazeuse, à la formation de nouvelles phases constituées par des solutions solides renfermant au moins deux des matériaux de départ, cette réaction étant complète ou partielle.
Dans ce dernier cas, le matériau pulvérulent obtenu peut éventuellement continuer à réagir jusqu'à un stade plus complet ou même total des réactions commencées lors du traitement thermique lorsque l'on utilise ce matériau pour la formation du revêtement.
Exemple 1:
On prépare, de manière connue en soi, un mélange pulvérulent d'aluminium et de nickel formé d'agglomérats de particules d'aluminium et de particules de nickel liées entre elles, par chauffage à 200° C, au moyen d'un liant organique de type usuel (à base de résine phénolique), la composition pondérale globale de ce mélange étant de 20% Al et 80% Ni. Après tamisage de ce mélange, de façon à ne retenir que les agglomérats ayant une granulométrie comprise entre 40 et 80 (a, on le soumet à un traitement à 1400° C dans un plasma oxydant. On obtient ainsi une poudre formée de particules de forme sphéroïdale ayant une granulométrie également comprise entre 40 et 80 |x, chacune de ces particules étant constituée par un cermet d'alumine, AI2O3, et de nickel et d'aluminium sous la forme d'un agglomérat composé de particules de nickel et de particules d'aluminium partiellement oxydées, adhérant entre elles par fusion partielle.
Cette poudre convient particulièrement bien pour la formation d'un revêtement protecteur en cermet, très résistant à l'abrasion, sur la surface d'un substrat métallique, par pulvérisation à haute température de la poudre sur ce substrat, en utilisant par exemple un dispositif comportant une torche à plasma. La composition de la couche de cermet ainsi obtenue est très homogène.
Exemple 2:
On prépare, de manière connue en soi, un mélange pulvérulent d'alliage nickel-chrome (renfermant 80%, en poids, de nickel et 20%, en poids, de chrome) et de carbure de niobium (teneur pondérale en carbure de niobium : 15%), ce mélange étant formé d'agglomérats de particules de cet alliage et de particules de carbure de niobium, liées entre elles au moyen d'un liant organique de type usuel (à base de résine phénolique), dont chacun a une composition moyenne voisine de la composition globale du mélange.
On soumet ensuite ce mélange à un traitement dans un plasma d'azote, de façon à transformer lesdits agglomérats en particules de forme sphéroïdale, constituées par une matrice en alliage nickel-chrome dans laquelle sont enrobées des inclusions de carbonitrure de niobium.
On obtient ainsi une poudre permettant de former un revêtement protecteur ayant une résistance à l'abrasion très élevée, sur la surface d'un substrat métallique, par pulvérisation à haute température de cette poudre sur ce substrat.
Exemple 3 :
On prépare, de manière connue en soi, un mélange pulvérulent formé d'agglomérats, ayant une granulométrie comprise entre 30 et 60 |x, dont chacun est formé de particules de cuivre et de particules d'oxyde d'aluminium AI2O3, ayant une granulométrie maximale de l'ordre de 7 |i, mélangées en proportions approximativement égales et liées ensemble au moyen d'un liant à base de laque organique, par chauffage à 250' C d'un mélange à parts égales de poudre de cuivre et de poudre d'oxyde d'aluminium en présence de ce liant et tamisage du produit aggloméré ainsi formé.
On soumet ensuite le mélange ainsi obtenu à un traitement thermique dans un plasma réducteur, de façon à transformer lesdits agglomérats en particules sphéroïdales constituées par un
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noyau en cermet AI2O3-cuivre entouré par une couche superficielle d'alumine.
Exemple 4:
On prépare, de manière connue en soi, à partir d'un mélange pulvérulent d'oxydes de composition pondérale suivante: 40% TÌO2, 40% AI2O3 et 20% SÌO2, un produit pulvérulent formé d'agglomérats individuels dont la composition moyenne est la même que celle du mélange de départ, constitués chacun d'une pluralité de particules d'oxydes liées entre elles au moyen d'un liant organique de type usuel.
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On soumet ensuite le produit ainsi obtenu à un traitement thermique au sein d'un plasma oxydant de façon à transformer lesdits agglomérats en particules spéhroïdales constituées par un oxyde mixte, ayant une composition homogène identique à la s composition globale du mélange de départ.
On obtient ainsi une poudre permettant de former, sur la surface d'un substrat métallique, un revêtement protecteur ayant une très bonne adhérence sur ce substrat et une résistance à l'abrasion élevée, par pulvérisation à haute température (par 10 exemple, au moyen d'un pistolet de projection muni d'une torche à plasma) de cette poudre sur ce substrat.
R

Claims (16)

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1. Procédé de préparation d'un matériau pulvérulent, permettant de former un revêtement protecteur sur un substrat par pulvérisation à haute température de ce matériau sur la surface de ce substrat, caractérisé par le fait que l'on soumet un mélange d'au moins deux matériaux en poudre à un traitement thermique à une température et pendant une durée suffisantes pour provoquer, d'une part, au moins une réaction chimique mettant enjeu au moins une partie de ces matériaux et, d'autre part, un ramollissement temporaire de ceux-ci, de façon à former un matériau pulvérulent constitué de particules sphéroïdales ou d'agglomérats sphéroïdaux de particules dont la composition est la même que celle que l'on désire conférer audit revêtement.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit mélange est constitué par au moins deux métaux capables de former un alliage entre eux.
2
REVENDICATIONS
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit mélange est constitué par au moins un alliage métallique et au moins un métal capable de s'allier avec cet alliage.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit mélange est constitué par des agglomérats de particules métalliques composés de particules d'au moins deux métaux et/ou d'alliages de composition et de granulométries différentes, liées ensemble au moyen d'un liant.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit liant est constitué par une matière organique choisie parmi les résines et les laques.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit mélange est constitué par des agglomérats composés chacun de particules d'au moins un métal et de particules d'au moins un composé métallique, ces particules étant liées entre elles au moyen d'un liant.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit composé métallique est choisi parmi les oxydes et les hydrures des éléments suivants: aluminium, titane, zirconium, magnésium et chrome.
8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit composé métallique est un composé réfractaire dur choisi parmi les borures de titane, de chrome, d'hafnium, de molybdène, de tungstène ou de vanadium, les siliciures d'aluminium, de titane, de chrome ou de molybdène, les carbures de titane, de molybdène, de tungstène ou de vanadium, les nitrures de bore, d'aluminium, de titane, de molybdène ou de vanadium, les carbo-nitrures de titane, de molybdène, de tungstène ou de vanadium et les combinaisons d'au moins deux de ces composés entre eux.
9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit métal est choisi parmi les métaux suivants: cuivre, nickel, fer cobalt et aluminium.
10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit mélange est constitué par des agglomérats composés de particules d'au moins deux oxydes métalliques de compositions et de granulométries différentes liées ensemble au moyen d'un liant.
11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit mélange est constitué par des agglomérats composés de particules de graphite et de particules d'au moins un métal ou alliage métallique capable de se transformer au moins partiellement en carbure sous l'effet dudit traitement thermique, par réaction avec le graphite.
12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on effectue ledit traitement thermique au sein d'un plasma à haute température.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que ledit plasma est un plasma gazeux inerte.
14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que ledit plasma est un plasma gazeux oxydant.
15. Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que ledit plasma est un plasma gazeux réducteur.
16. Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que ledit plasma est un plasma gazeux nitrurant.
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