FR2737505A1 - COATING IN QUASI-CRYSTALLINE MATERIAL AND ITS DEPOSIT PROCESS - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un revêtement en matériau quasi-cristallin et son procédé de dépôt. Le revêtement, ayant une composition correspondant à la formule générale Ala Cub Fec Crd Ie , dans laquelle I représente les impuretés d'élaboration inévitables, e =<2, 14 =<b =<30, 5 =<c =< 30, 0 =<d =<10, avec c + d >=10 et a + b + c + d + e = 100% en nombre d'atomes, est caractérisé en ce qu'il contient au moins 90% en masse d'une phase quasi-cristalline. L'invention s'applique notamment au revêtement de chapeaux de brûleurs en fonte.The present invention relates to a coating made of a quasi-crystalline material and its deposition process. The coating, having a composition corresponding to the general formula Ala Cub Fec Crd Ie, in which I represents the inevitable development impurities, e = <2, 14 = <b = <30, 5 = <c = <30, 0 = <d = <10, with c + d> = 10 and a + b + c + d + e = 100% by number of atoms, is characterized in that it contains at least 90% by mass of a quasi-crystalline phase. The invention applies in particular to the coating of cast iron burner caps.
Description
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L'invention concerne un revêtement en matériau quasi- The invention relates to a coating made of an almost
cristallin et un procédé de dépôt d'un tel revêtement. crystalline and a method of depositing such a coating.
On connaît les chapeaux de brûleurs, par exemple de cuisinière à gaz, uniquement constitués de fonte, qui présentent l'inconvénient, de par leur structure et composition, d'absorber les graisses. Ces graisses sont calcinées partiellement et forment des dépôts qui ne peuvent être que difficilement enlevés en employant un détergent et/ou d'un grattage vigoureux. Lors de ce grattage, la pièce Burner caps, for example gas cooker caps, are known only made of cast iron, which have the drawback, by virtue of their structure and composition, of absorbing grease. These fats are partially calcined and form deposits which can only be removed with difficulty by using a detergent and / or vigorous scraping. During this scratching, the part
en fonte s'use très rapidement.cast iron wears out very quickly.
On a alors proposé des chapeaux de brûleurs recouverts We then proposed burner caps covered
d'une couche d'émail qui a de meilleures propriétés d'anti- a layer of enamel which has better anti-
adhérence vis-à-vis des salissures que la fonte elle-même. adhesion to soiling as the cast iron itself.
Cependant, l'émail est un matériau fragile qui résiste However, enamel is a fragile material that resists
mal aux chocs thermiques et/ou mécaniques. badly from thermal and / or mechanical shocks.
L'invention a pour but d'apporter une solution à ces The aim of the invention is to provide a solution to these
problèmes en proposant un revêtement en matériau quasi- problems in proposing a coating of material which is almost
cristallin ayant une composition correspondant à la formule générale AlaCubFecCrdIe, dans laquelle I représente les impuretés d'élaboration inévitables, e<2, 14<b 30, 5 c 30, 0 d<10, avec c + dÄ10 et a + b + c + d + e = 100 % en nombre d'atomes, caractérisé en ce qu'il contient au moins 90 % en masse d'une phase quasi-cristalline, pour le revêtement de crystalline having a composition corresponding to the general formula AlaCubFecCrdIe, in which I represents the inevitable development impurities, e <2, 14 <b 30, 5 c 30, 0 d <10, with c + dÄ10 and a + b + c + d + e = 100% by number of atoms, characterized in that it contains at least 90% by mass of a quasi-crystalline phase, for the coating of
chapeaux de brûleurs en fonte.cast iron burner caps.
Selon une variante du revêtement de l'invention, la According to a variant of the coating of the invention, the
phase quasi-cristalline est une phase décagonale. quasi-crystalline phase is a decagonal phase.
Selon une autre variante du revêtement de l'invention, According to another variant of the coating of the invention,
la phase quasi-cristalline est une phase icosaédrique. the quasi-crystalline phase is an icosahedral phase.
Selon toujours une autre variante du revêtement de l'invention, la phase quasi-cristalline est une phase According to still another variant of the coating of the invention, the quasi-crystalline phase is a phase
approximante orthorombique de la phase décagonale. orthorombic approximant of the decagonal phase.
Plus précisément le revêtement de l'invention est constitué d'un matériau quasi-cristallin qui a la composition, en pourcentage atomique à 1% près More precisely, the coating of the invention consists of a quasi-crystalline material which has the composition, in atomic percentage to within 1%
A171Cu10Cro10Fe9.A171Cu10Cro10Fe9.
Ce revêtement est déposé, sur le substrat en fonte constituant le chapeau du brûleur, par projection par plasma This coating is deposited on the cast iron substrate constituting the burner cap, by plasma spraying
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en employant un mélange Ar/He comme gaz plasmagène, dépôt suivi d'un traitement thermique à environ 820 C pendant using an Ar / He mixture as plasma gas, deposition followed by heat treatment at about 820 C for
environ 10 mn.about 10 minutes.
L'invention propose également un procédé de dépôt d'un revêtement quasi-cristallin sur un substrat du type comprenant les étapes de: étuvage de la poudre du matériau quasi-cristallin, - surfaçage du substrat, - sablage du substrat, - dépôt par projection par plasma de la poudre de matériau quasi-cristallin sur le substrat, caractérisé en ce que le substrat est en fonte et en ce que le dépôt par plasma du matériau quasi-cristallin est effectué avec un mélange The invention also provides a method for depositing a quasi-crystalline coating on a substrate of the type comprising the steps of: baking the powder of the quasi-crystalline material, - surfacing of the substrate, - sandblasting of the substrate, - spraying deposition by plasma of the powder of quasi-crystalline material on the substrate, characterized in that the substrate is made of cast iron and in that the plasma deposition of the quasi-crystalline material is carried out with a mixture
Ar/He comme gaz plasmagène.Ar / He as a plasma gas.
A la suite du dépôt par projection par plasma, un traitement thermique est effectué à environ 820 C pendant environ 10 mn, pour obtenir un revêtement constitué d'au Following the deposition by plasma spraying, a heat treatment is carried out at approximately 820 C for approximately 10 minutes, to obtain a coating consisting of
moins 90 % en poids de phase quasi-cristalline. less 90% by weight of quasi-crystalline phase.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts et avantages de celle- ci apparaîtront plus clairement au cours The invention will be better understood and other objects and advantages thereof will emerge more clearly in the course of
de la description explicative qui suit. of the explanatory description which follows.
L'invention a pour objet un revêtement pour chapeaux de The invention relates to a coating for hats
brûleurs en fonte qui a d'excellentes propriétés d'anti- cast iron burners which has excellent anti-
adhérence, une excellente résistance à l'abrasion, à l'usure, à la corrosion et à l'oxydation et qui est de plus compatible avec une utilisation dans le domaine alimentaire et résiste à adhesion, excellent resistance to abrasion, wear, corrosion and oxidation and which is moreover compatible with use in the food sector and resists
des températures supérieures ou égales à 600 C. temperatures greater than or equal to 600 C.
A cet effet, le revêtement de l'invention est composé For this purpose, the coating of the invention is composed
d'un matériau quasi-cristallin pur. of a pure quasi-crystalline material.
Les termes "matériau quasi-cristallin" tels qu'utilisés ici représentent un matériau dont le diagramme de diffraction des rayons X révèle qu'il présente des symétries de rotation normalement incompatibles avec la symétrie de translation, c'est-à-dire des symétries d'axe de rotation d'ordre 5, 8, 10 et 12. Il peut désigner un matériau constitué d'une ou The term "quasi-crystalline material" as used herein represents a material whose X-ray diffraction pattern reveals that it exhibits rotational symmetries normally incompatible with translational symmetry, i.e., symmetries. axis of rotation of order 5, 8, 10 and 12. It can designate a material consisting of one or
plusieurs phases quasi-cristallines, ces phases quasi- several quasi-crystalline phases, these quasi-crystalline phases
cristallines étant soit des phases quasi-cristallines au sens crystalline being either quasi-crystalline phases in the sense
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strict, par exemple icosaédrique ou décagonale, soit des strict, for example icosahedral or decagonal, or
phases dites approximante, par exemple orthorombique. so-called approximating phases, for example orthorombic.
Ce type de matériau ne sera pas décrit plus en détail This type of material will not be described in more detail.
ici, étant bien connu dans l'art.here, being well known in the art.
Il est fondamental que le revêtement de l'invention contienne au moins 90 % en poids du composé utilisé sous It is fundamental that the coating of the invention contains at least 90% by weight of the compound used under
forme quasi-cristalline.quasi-crystalline form.
En effet, en dessous de 90 %, le revêtement perd de ses propriétés anti-adhérentes, sa dureté diminue et sa résistance à la corrosion, en particulier à l'oxydation se détériore. Le composé quasi- cristallin utilisé de préférence dans l'invention est sous forme orthorombique approximante de la In fact, below 90%, the coating loses its non-stick properties, its hardness decreases and its resistance to corrosion, in particular to oxidation, deteriorates. The quasi-crystalline compound preferably used in the invention is in the orthorombic form approximating the
forme quasi-cristalline décagonale. quasi-crystalline decagonal form.
Plus précisément, le revêtement de l'invention est un composé décagonal ayant une composition correspondant à la formule générale AlaCUbFecCrdIe, ou I représente les impuretés d'élaboration inévitables, e est inférieur ou égal à 2, b est compris entre 14 et 30, c est compris entre 5 et 30, d est compris entre 0 et 10, avec c + d> 10 et a + b + c + More precisely, the coating of the invention is a decagonal compound having a composition corresponding to the general formula AlaCUbFecCrdIe, where I represents the inevitable production impurities, e is less than or equal to 2, b is between 14 and 30, c is between 5 and 30, d is between 0 and 10, with c + d> 10 and a + b + c +
d + e = 100 % en nombre d'atomes.d + e = 100% in number of atoms.
Le revêtement de l'invention est destiné à être déposé sur un substrat en fonte et doit conserver toutes ses The coating of the invention is intended to be deposited on a cast iron substrate and must retain all of its
propriétés à des températures supérieures ou égales à 600 C. properties at temperatures greater than or equal to 600 C.
Le revêtement de l'invention est déposé sur le substrat en fonte constituant le chapeau du brûleur, par un procédé de The coating of the invention is deposited on the cast iron substrate constituting the burner cap, by a process of
dépôt par projection par plasma soufflé. deposition by blown plasma projection.
La projection au plasma fait partie des procédés de projection thermique utilisant le plasma comme source Plasma spraying is one of the thermal spraying processes using plasma as a source
d'énergie.of energy.
Dans les torches à plasma, un gaz dit plasmagène (souvent un mélange Ar/H2, mais aussi Ar/He, N2/H2, Ar/H2/He etc...) est injecté au travers d'un arc électrique établi entre une électrode en tungstène thorié (cathode) et une In plasma torches, a so-called plasma gas (often an Ar / H2 mixture, but also Ar / He, N2 / H2, Ar / H2 / He etc ...) is injected through an electric arc established between a thoriated tungsten electrode (cathode) and a
électrode en cuivre électrolytique (anode). electrolytic copper electrode (anode).
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Ce gaz subit alors une ionisation plus ou moins complète (mélange de molécules, d'atomes, d'électrons et This gas then undergoes more or less complete ionization (mixture of molecules, atoms, electrons and
d'ions positifs).positive ions).
L'échauffement provoqué permet l'expansion à la détente du gaz dans le canal de l'anode, formant ainsi la colonne The heating caused allows the expansion with the expansion of the gas in the anode channel, thus forming the column
plasma dans laquelle on injecte la poudre à projeter. plasma in which the powder to be projected is injected.
La température à la sortie de la tuyère peut atteindre 14000 K et à la distance de projection environ 6000 K. Il faut donc un minimum de vitesse relative The temperature at the outlet of the nozzle can reach 14000 K and at the distance of projection approximately 6000 K. A minimum of relative speed is therefore necessary.
torche/plasma pour éviter de détruire la pièce. torch / plasma to avoid destroying the part.
Quant à la vitesse des particules, elle atteint à la sortie de la tuyère environ 250 m/s et à la distance de As for the speed of the particles, it reaches about 250 m / s at the outlet of the nozzle and at the distance of
projection environ 200 m/s.projection about 200 m / s.
Celles-ci, après être fondues, s'écrasent alors sur le substrat à revêtir sur lequel elles s'accrochent mécaniquement. Les dépôts sont moins poreux (porosité ouverte inférieure à 10 %) et plus adhérents (entre 30 et 50 MPa mesurés par éprouvette de traction) que les dépôts obtenus These, after being melted, then crash onto the substrate to be coated on which they are attached mechanically. The deposits are less porous (open porosity less than 10%) and more adherent (between 30 and 50 MPa measured by tensile test specimen) than the deposits obtained
par pistolet flamme ou arc électrique. by flame gun or electric arc.
Le gaz plasmagène préféré dans l'invention est un mélange Ar/He. De préférence, on utilise un rapport en volume The preferred plasma gas in the invention is an Ar / He mixture. Preferably, a volume ratio is used
Ar:He de 40:15.Ar: He at 40:15.
Afin de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire maintenant un exemple de mise en oeuvre, exemple In order to better understand the invention, we will now describe an example of implementation, example
donné uniquement à titre indicatif et non limitatif. given only as an indication and not limitative.
ExempleExample
Une poudre d'une composition en poids A153,9Cu17,5 Cr15,5Fe13, 75 a été étuvée à 60 C pendant 1 heure afin d'éviter tout problème d'agglomération qui pourrait gêner son A powder with a composition by weight A153.9Cu17.5 Cr15.5Fe13, 75 was steamed at 60 ° C. for 1 hour in order to avoid any problem of agglomeration which could hinder its
écoulement dans le tuyau d'arrivée à la torche plasma. flow in the inlet pipe to the plasma torch.
La poudre utilisée a une granulométrie de 25 à 63 The powder used has a particle size of 25 to 63
microns.microns.
Le substrat en fonte doit également subir une The cast iron substrate must also undergo
préparation préalable.preliminary preparation.
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En effet, dans le cas de pièces en fonte brute de fonderie c'est-à-dire sujette à de nombreux défauts tels que des trous et un aspect granuleux, il est important de prendre certaines précautions dans la préparation de surface de pièces car celle-ci conditionne la bonne adhérence du dépôt Indeed, in the case of cast iron parts from foundry that is to say subject to many defects such as holes and a grainy appearance, it is important to take certain precautions in the surface preparation of parts because that - this conditions the good adhesion of the deposit
sur le substrat.on the substrate.
Il ne s'agit pas de gommer les défauts mais de les atténuer. Dans ce but, on effectue un surfaçage de la pièce pour enlever l'aspect granuleux, par exemple par un polissage avec un abrasif SiC. Ensuite, la pièce est nettoyée à l'acétone It is not a question of erasing the defects but of reducing them. For this purpose, the part is surfaced to remove the granular appearance, for example by polishing with an SiC abrasive. Then the part is cleaned with acetone
pour enlever toute trace de salissures et de graisses. to remove all traces of dirt and grease.
La pièce est manipulée avec des mains gantées et on procède alors à un sablage dont le but est de créer artificiellement des rugosités (Ra d'environ 10 à 20 microns suivant les paramètres de sablage et type de substrat). C'est The part is handled with gloved hands and sandblasting is then carried out, the aim of which is to artificially create roughness (Ra of about 10 to 20 microns depending on the sanding parameters and type of substrate). It is
une étape incontournable de la projection thermique. an essential step in thermal spraying.
Ensuite, on procède au dépôt de la poudre sur le substrat en fonte, avec un mélange Ar:He à un rapport en Then, the powder is deposited on the cast iron substrate, with an Ar: He mixture at a ratio of
volume de 40:15.volume of 40:15.
Le dépôt réalisé a ensuite été analysé par diffraction des rayons X. Cette analyse révèle que les dépôts bruts de projection ne présentent pas une phase cristalline pure The deposit produced was then analyzed by X-ray diffraction. This analysis reveals that the crude projection deposits do not exhibit a pure crystalline phase.
c'est-à-dire au moins 90 % en poids de phase quasi- that is to say at least 90% by weight of phase substantially
cristalline, mais environ 50 % de phase quasi-cristalline et % de phase cubique. Ce revêtement brut de projection ne présente pas les excellentes propriétées anti-adhérentes obtenues avec un revêtement constitué d'au moins 90 % de crystalline, but about 50% quasi-crystalline phase and% cubic phase. This rough projection coating does not exhibit the excellent non-stick properties obtained with a coating consisting of at least 90% of
phase quasi-cristallin.quasi-crystalline phase.
De plus, la dureté Vickers de ce revêtement était de 500 HV10Og alors que celle d'un revêtement constitué à 90 % In addition, the Vickers hardness of this coating was 500 HV10Og while that of a coating consisting of 90%
de phase quasi-cristalline était de 600 HV100 g. of quasi-crystalline phase was 600 HV100 g.
Egalement, la résistance à la corrosion, particulièrement à l'oxydation, était moindre pour le Also, the resistance to corrosion, particularly to oxidation, was lower for the
revêtement obtenu juste après dépôt du matériau quasi- coating obtained just after deposition of the material almost
cristallin.crystalline.
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En effet, le passage de la poudre dans le plasma provoque un déséquilibre de phase durant la fusion des Indeed, the passage of the powder in the plasma causes a phase imbalance during the fusion of the
particules et génère un dépôt en phase métastable. particles and generates a metastable phase deposit.
Afin d'obtenir une phase quasi-cristalline pure, on procède alors à un traitement thermique consistant en un maintien à 820 C 5 C pendant environ 10 minutes qui permet In order to obtain a pure quasi-crystalline phase, a heat treatment is then carried out consisting in maintaining at 820 C 5 C for about 10 minutes which allows
par phénonème de diffusion d'obtenir un dépôt quasi- by diffusion phenomenon to obtain a deposit almost
cristallin. De manière générale, 10 minutes suffisent. crystalline. Usually 10 minutes is enough.
Le traitement thermique peut s'effectuer sous atmosphère neutre ou tout simplement à l'air. Le traitement thermique sous air présente l'avantage de ne pas nécessiter de confinement d'atmosphère particulier et est très facile à The heat treatment can be carried out in a neutral atmosphere or quite simply in air. Heat treatment in air has the advantage of not requiring any particular atmosphere confinement and is very easy to
mettre en oeuvre.enforce.
Le dépôt est effectué à une épaisseur de 200 microns. The deposit is made at a thickness of 200 microns.
Afin de satisfaire à la moindre adhérence aux projections de graisse, deux types de polissage ont été mis en oeuvre: - un polissage "brillant" donnant un aspect de surface très compact enlevant environ 70 microns de dépôt. Le In order to satisfy the least adhesion to the projections of grease, two types of polishing were implemented: - a "brilliant" polishing giving a very compact surface appearance removing approximately 70 microns of deposit. The
revêtement final a alors une épaisseur de 130 microns. final coating then has a thickness of 130 microns.
- un polissage "satiné" donnant un aspect de surface poreux. Ce polissage enlève environ 100 microns du dépôt. Le - "satin" polishing giving a porous surface appearance. This polishing removes approximately 100 microns of the deposit. The
dépôt a donc une épaisseur de 100 microns après polissage. deposit therefore has a thickness of 100 microns after polishing.
Le polissage préféré pour les buts de l'invention est le polissage brillant car il permet d'obtenir les meilleures The preferred polishing for the purposes of the invention is gloss polishing because it allows to obtain the best
propriétés d'anti-adhérence vis-à-vis des salissures. anti-adhesion properties against dirt.
Il est réalisé à l'aide de bandes abrasives de SiC de It is produced using SiC abrasive belts of
et 15 microns.and 15 microns.
Le polissage satiné quant à lui est effectué avec un The satin polishing is carried out with a
papier abrasif de SiC 100, 320, et 800. sandpaper of SiC 100, 320, and 800.
A la suite du polissage choisi, le dépôt est nettoyé par traitement aux ultrasons avec un mélange d'eau et d'acétone pendant environ 5 minutes. Les pièces sont alors Following the chosen polishing, the deposit is cleaned by ultrasonic treatment with a mixture of water and acetone for approximately 5 minutes. The parts are then
rincées à l'eau, et séchées à l'aide d'un chiffon propre. rinsed with water, and dried with a clean cloth.
Le revêtement ainsi obtenu présente une excellente The coating thus obtained exhibits excellent
résistance aux chocs mécaniques et/ou thermiques. resistance to mechanical and / or thermal shocks.
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Du fait de ses propriétés d'anti-adhérences vis-à-vis des salissures et des graisses, il peut être facilement nettoyé sans grattage important. Il pourra être nettoyé par exemple dans un lave-vaisselle. Et comme il présente une excellente résistance mécanique, il pourra être gratté si nécessaire, sans perdre ses qualités. Il présente également une excellente résistance à la corrosion, plus particulièrement à l'oxydation. Il résiste à des températures Due to its anti-adhesion properties against dirt and grease, it can be easily cleaned without significant scratching. It can be cleaned for example in a dishwasher. And since it has excellent mechanical resistance, it can be scratched if necessary, without losing its qualities. It also exhibits excellent resistance to corrosion, more particularly to oxidation. It resists temperatures
supérieures ou égales à 600 C.greater than or equal to 600 C.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit qui n'a été donné que dans un but Of course, the invention is in no way limited to the embodiment described which has been given only for the purpose of
illustratif et non limitatif.illustrative and not limiting.
En effet, toute poudre de composition différente pourra être utilisée, dans la mesure o elle amènera à la production d'un dépôt constitué d'au moins 90 % en poids d'une phase quasi-cristalline. Egalement, le traitement thermique pourra varier en fonction de la composition du revêtement juste après dépôt, dans la mesure o il permettra d'obtenir au moins 90 % de Indeed, any powder of different composition can be used, insofar as it will lead to the production of a deposit consisting of at least 90% by weight of a quasi-crystalline phase. Also, the heat treatment may vary depending on the composition of the coating immediately after deposition, insofar as it will make it possible to obtain at least 90% of
phase quasi-cristalline.quasi-crystalline phase.
De la même facon, tout autre procédé de dépôt pourra Likewise, any other deposition process may
être utilisé, notamment le dépôt en phase vapeur. be used, especially vapor deposition.
C'est dire que l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs This means that the invention includes all the technical equivalents of the means described as well as their
combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. combinations if these are carried out according to his mind.
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| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 3, no. 65 (M - 061) 6 June 1979 (1979-06-06) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0757114A1 (en) | 1997-02-05 |
| FR2737505B1 (en) | 1997-10-24 |
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