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MATERIAU POUR PULVERISATION THERMIQUE
L'invention concerne un procede de fabrication d'un
materiau pulverulant pour pulvérisation thermique
~projection à la torche à plasma ou à la flamme), un
materiau comprenant une poudre fabriquee par ce procedé
ainsi que l'utilisation de ce materiau pour le dép8t, par
pulverisation thermique, d'une couche autoadhesive sur un
substrat.
Dans le cas de nombreux alliages destines à etre appliques
par projection thermique sur une piece afin de former sur
sa surface un revêtement protecteur, il se revele
necessaire d'appliquer au prealable sur le substrat une
couche intermediaire afin d'ameliorer l'adherence entre le
substrat et la couche de revêtement protecteur.
De telles couches interm~diaires, destinees à ameliorer
l'adhesion sur le substrat sont egalement obtenues par
pulverisation thermique de materia~x en poudre qui sont
habituellement constitues par Mo, Ni A1, Ni Cr Al ou
Ni Al Mo. En particulier lors de l'utilisation d'alliages
de nickel contenant des adjonctions de Al, Mo et Cr, on
peut obtenir des forces de resistances à l'arrachement
superieures à 20N/mm2.
On a en outre essaye d'utiliser pour la realisation de
couches d'adhesion ou de couches autoadhe~iv s des
materiaux à base de Fe, Co et Cu, au lieu d'alliages de
nickel mais il n'a toutefois pas ete possible d'obtenir, au
moyen de ces matériaùx, une force d'adhésion par rapport au
substrat (resistance à l'arrachement par traction~
suffisante.
L'invention a pour but de permettre l'obtention d'un
materiau pour pulverisation thermique permettant de
realiser une couche autoadhesive ayant une resistance ~
9~
l'arrachement par traction supérieure ~ 20N/mm2 sur un
substrat, ce mat~riau ~tant exempt de nickel ou n'en
contenant que jusqu'~ 10% en poids. L'invention vise
notamment à permettre la réalisation de couches d'adhesion
et de couches de protection autoadhé~ives présentant une
résistance élevée à la corrosion par les gaz chauds, plus
particulierement en présence de dérivés du soufre.
Ce résultat est obtenu, conformément à l'invention grâce à
l'utilisation pour la production de la couche par
pulverisation thermique d'un materiau de pulverisation
thermique contenant une poudre fabriquee par le procédé
selon l'invention. Ce procede est caracterise en ce qu'on
soumet un alliage en fusion de composition ponderale
chrome : 10 ~ 30~; aluminium : 1 à 25%; carbone : ~oins de
0,5%; nickel : moins de 10%; fer : reste, à une
pulvérisation à partir de l'état liquide, avec une vitesse
de refroidissement dlau moins 400C/sec, de fa~on à
produire une poudre ayant une granulométrie de - 150 à ~ 27
microns, dont la surface spécifique est supérieuxe à
500 cm2/g. Avantageusement la vitesse de refroidissement
est comprise entre 600 et 5000C/sec. Egalement
avantageusement, la surface spécifique de la poudre est
supérieure à 750 cm /g. De préférence, l'alliage contient
jusqu'à 2%, en poids, d'un ou plusieurs elements choisis
parmi les suivants : Zr, Ce et Y. Egalement de pr~ference,
l'alliage peut contenir de 0,5 à 5~, en poids, de molybdène
et/ou 0,5 à 5%, en poids, de titane ou de tantale.
Avantageusement, le materiau pour pulv~risation thermique
contient, sous forme d'un melange, au moins 20%, en poids,
de la poudre fabriquee par le procede selon l'invention et
jusqu'~ 80%, en poids, d'au moins un materiau dur en
poudre. Ce materiau dur est avantageusement choisi parmi
les oxydes et les carbures metalliques.
Avantageusement, le matériau selon l'invention contient~
sous forme d'un mélange, au moins 20~, en poids, de ladite
poudre et jusqu'à 80~, en poids, d'une poudre metallique
~z~
choisie dans le groupe constitué des éléments suivants o W,
Mo, Ta, Ti, et Cr. Egalement avantageusement, le matériau
selon l'invention peut contenir jusqu'à 80% en poids d'un
alliage ~ base de fer, de nickel ou de cobalt. Par "alliage
à base de fer, de nickel ou de cobalt", on entendr dans le
cadre de la presente invention, un alliage renfermant de 50
à 99%, en poids, de fer, nickel ou cobalt et au moins un
autre element et dont la composition est respeetivement
comprise dans les limites suivantes (exprimees en
pourcentage ponderal~ :
alliages à base de fer :
______________ _________
fer : 50 à 99
chrome : 0 à 30
carbone : 0 ~ 2
15nickel : 0 ~ 25
silicium : 0 à 4
aluminium : 0 à 10
tungstène : 0 à 5
molybdène : 0 à 5
20autres ~léments
(quantite totale): 0 à 5
alliages à base de nickel :
___________ _____________
nickel : 50 à 99
chrome ~ 0 à 30
25silicium : 0 à 4
fer : 0 à 10
tungst~ne : 0 à 6
molybdène : 0 à 10
aluminium : 0 à 10
30 autres ~léments
(quantite totale~o 0 à 5
~S~'7~
alliages à base de cobalt :
____________________ __._
cobalt : 50 à 99
chrome : 0 à 35
tungstene : 0 à 15
molybdène : 0 à 10
nickel : 0 à 30
silicium : 0 à 4
autres eléments
(quantite totale): 0 à 5
De manière surprenante, on a constate que les couches
protectrices obtenues par pulvérisation thermique du
matériau selon l'invention atteignent une résistance à
l'arrachement par traction sur le substrat qui dépasse
souvent considérablement la valeur specifiée ci-dessus de
20N/mm . Au contraire, dans le cas de couches obtenues en
utilisant, de manière analogue, des poudres obt~nues par
des procédés d'atomisation usuels, cette valeur minimale
n'a pas pu être obtenue. L'effet décisif obtenu grâce à la
mise en oeuvre de 1'invention peut vraisemblablement être
attribue au fait que la tres grande vitesse de
refroidissement lors de la pulvérisation à partir de l'etat
liquide provoque un fort d~placement de l'état d'equilibre
des phases ce qui permet d'ameliorer l'aptitude
reactionnelle des el~ments de l'alliage. En particulier,
lors de la pulvérisation thermique des particules du
materiau il se produit des réactions exothermiques qui sont
cause que ces particules ne sont pas seulement portees au
point de fusion de l'alliage mais sont chauffees ~ une
température nettement supérieure avant d'atteindre la
surface du substrat.
Outre la vitesse de refroidissement au moins égale
400C/sec, de préférence comprise entre 600 et S000C/sec,
on choisit les autres parametres d'atomisation de fa60n à
~ZS~)7~S
conferer ~ la poudre obtenue une surface specifique
supérieure à 500cm2/g de préférence sup~rieure ~ 750cm2/g,
ce qui correspond ~ une forme irregulière des particules,
par exemple une forme selon laquelle la surface des
particules présente de nombreuses asp~rités ce qui améliore
la capacite d'absorption thermique des particules par
rapport au cas d'une forme sphéroidale.
Pour la mise en oeuvre de l'atomisation (pulvérisation à
partir de l'~tat liquide) on peut utiliser une installation
de type connu permettant de régler les divers paramètres
influant sur l'obtention des caracteristiques specifiees
ci-dessus de la manière desirée. On peut se réferer à ce
sujet, a la description donnee dans le livre de
John Keith Beddow ayant pour titre "The Production of Metal
Powders by Atomization", publie par les editions
Heyden & Son Ltd., 1978, ainsi qu'aux differentes
réferences indiquées dans ce livre.
En particulier, les principaux paramètres qui influent sur
l'obtention des caractéristiques specifiees ci-dessus sont
le diamètre ainsi que l'agencement de l'orifice
d'introduction du métal dans l'enceinte d'atomisation, la
température du métal en fusion dans la poche de retention
de celui-ci débouchant sur l'orifice d'introduction ~cette
température étant de préférence supérieure de 200 ~ 300C
au point de fusion de l'alliage), la pression hydrostatique
dans le métal en aval de l'orifice d'introduction, le choix
du fluide de refroidissement (par exemple eau ou gaz) du
métal dans l'enceinte d'atomisation, la pression et la
vitesse du fluide de refroidissement, la distance de vol
(distance parcourue par le metal entre sa sortie de
l'orifice d'introduction dans l'enceinte et son
intersection avec les jets de fluide de refroidissement,
cette distance etant de préférence comprise entre 5 et
35 cm lorsque le fluide de refroidissement est un gaz tel
que l'air et entre 5 et 25 cm lorsque le fluide de
refroidissement est l'eau), l'angle d'incidence des jets de
~Z5~'715
fluide de refroidissement sur le jet de métal.
Des exemples détaillés de la relation entre lesdits
paramètres et les caractéristiques de la poudre obtenue par
atomisation sont notamment donnés aux chapitres 2 (pp 10 à
26), 4 (pp 44 ~ 65) et 5 (pp 66 à 75) du livre
susmentionné.
Le mat~riau pulvérulent obtenu de la maniere ci-dessus peut
être utilise seul pour la fabrication d'une couche
d'adhésion ou d'une couche protectrice autoadhérante.
Toutefois ce materiau peut egalement être utilise en
melange avec un autre materiau pulv~rulent. En particulier,
on peut utiliser en quantités correspondant aU moins à 20~
en poids de la poudre utilisee comme matrice, jusqu'à 80%
en poids d'un matériau dur en poudre choisi de preference
parmi les oxydes métalliques, par exemple l'oxyde de
zirconium, l'oxyde d'aluminium etc..., ou les carbures de
métaux réfractaires tels que le tungstène, le molybdène, le
tantale, le titane, le chrome, ou bien ces métaux
refractaires en poudre.
L'alliage ~ partir duquel on produit le matériau
pulverulent selon l'invention contient de préférence
jusqu'à 2~ en poids d'un ou plusieurs des élernents Zr, Ce,
Y en vue notamment d'augmenter la réactivité de la poudre,
dans le cas o~ les conditions d'utilisation de la couche
obtenue par pulverisation thermique de cette pouclre
permettent l'emploi de tels elements d'adjonction. En
outre, en relation avec les caracteristiques desirees de
resistance thermique et de résistance ~ la corrosion,
notamment en vue d'harmoniser entre elles ces
caracteristiques, on peut envisager l'emploi d'adjonctions
à l'alliage de 0,5 à 5~ en poids de molybd~ne et/ou de
titane ou de tantale.
,
' ' ,
~zs~ Ls
( Exemple 1
On pulv~rise, ~ partir de l'etat liquide (atomisation) dans
une installation d'atomisation, avec une vitesse de
refroidissement de 800C/sec un alliage ayant la
5 composition suivante, en pourcentage pondéral :
25,0 Cr
7,0 Al
1,5 Ni
moins de 0,1 C
reste Fe.
La poudre ainsi obtenue est constituee par des particules
de formes irrégulières présentant des aspérités. Après
tamisage selon une granulometrie de - 150 à ~ 27 microns,
on determine la surface spécifique de la poudre par les
methodes bien connues en mét~llurgie des poudres. Les
valeurs de surface spécifique ainsi obtenues étaient
comprises entre 700 et 750 cm2/g.
La poudre ainsi obtenue est pulvérisée, en utllisant
une installation de projection à la ~lamme de type
2~ usuel sur deux éprouvettes d'acier St 37 en vue de la
détermination de la resistance à l'arrachement par traction
de la couche ainsi obtenue selon la norme DIN 50160. Les
essais d'arrachement ainsi obtenus ont permis d'obtenir des
valeurs de resistance à l'arrachement par txaction
comprises entre 28,0 et 30,0 N/mm2.
Exemple 2
On mélange la poudre utilisee dans l'exemple 1 avec une
poudre d'Al2O3 de granulom~trie - 75 ~ 37 microns, en
proportion ponderale 50 : 50 et on projette le melange par
pulverisation thermique sur la surface d'une pi~ce destinee
~ être utilisee dans un four dans de sevères conditions
~Z5~
d'oxydation en atmosph~re contenant du soufre. On a obtenu
une couche autoadh~sive ayant une r~sistance
l'arrachement par traction de ~5 N/mm2 qui s'est rév~l~e
très resistante ~ l'usage.
