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Procédé pour la protection des métaux ferreux et cuivreux.
On connaît le principe de la diffusion des métaux dont la oémentation au carbone et la shérardisation sont les principa- les applications actuelles. Le procédé dit de "shérardisation" consiste en une cémentation, à la pression atmosphérique, des métaux ferreux, en vue de leur protection contre la corrosion par les agents atmosphériques, au moyen d'an cément formé es- sentiellement d'un mélange de zinc oxydé impur, mélangé ou non avec/de la silice et une faible quantité d'hydrocarbures.
La couche protectrice, obtenue par ce procédé, et oonsti- tué par un composé de la forme Fen- Zn,est mince et présente une surface friable, hétérogène, d'an gris terne, parfois d'an aspect rouillé.
La présente invention a pour objet une application nouvel- le du principe de la diffusion des métaux.
Suivant l'une des caractéristiques de l'invention, le cé- ment employé contient un certain pourcentage de carbonate de baryum, ou de ferrocyanure de potassium, ou d'un mélange de ces deux produits qui ont pour effet d'augmenter la rapidité de pénétration et de permettre l'obtention d'une couche proteo- trice plus épaisse.
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Suivant une autre caractéristique de l'invention, le cé- ment contient du zinc par, exempt d'oxyde, mélangé à une forte proportion de silice, 50 % enviton.
Suivant l'invention également la cémentation a lieu sous pression, de préférence en deux ou un plus grand nombre d'opé- rations successives, la nature du cément, la température et la durée pouvant être différents de l'une à l'autre de ces opé- rations.
D'autres perfectionnements résulteront de la description qui va suivre et qui se rapporte à un exemple pratique d'éxé- oution du procédé suivant l'invention.
Grâce à ces perfectionnements, se trouvent remplies les conditions nécessaires à l'obtention d'un alliage homogène, savoir : pénétration profonde et rapide, chaleur uniforme et constante, pression suffisante.
On obtient ainsi une couche supérieure formée d'un allia- ge de la forme Fe-Znn à haute teneur en zinc, ledit alliage étant relié au métal ferreux à protéger par une deuxième cou- che de la forme Fe-Zn.
L'alliage Fe-Znn donne une surface extérieure, à texture homogène, non poreuse, dure, lisse, facilement polissable, d'un blanc éclatant à reflets bleutés après polissage ; son pouvoir réflecteur est considérable.
Un tel revêtement est beaucoup plus résistant que ceux obtenus par le procédé actuel de shérardisation, par galvani- sation, ou par les procédés électrolytiques.
Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple : la figure 1 est une coupe verticale, diamétrale, suivant la ligne A-A de la figure 2, d'une boîte permettant la cémen- tation sous pression ; la figure 2 est une coupe horizontale suivant la ligne B-B de la figure 1; la figure 3 est une vue, en élévation, correspondant à la figure 1.
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Suivant l'exemple d'exécution choisi, les pièces à trai- ter sont, avant traitement,parfaitement déoapées et nettoyées.
Elles sont en premier lieu dégraissées en les plongeant pen- dant 15 à 20 minutes dans une solution au. 1/10 de potasse bouillante après quoi elles sont rincées à l'eau tiède puis séchées à l'air chaud. Elles sont ensuite décapées dans une solution de 20 à 25 % environ d'aoide sulfurique à 66 Beaumé, à une température de 40 à 45 0. Après ce décapage, les pièces sont rincées à l'eau. chaude et séchées à la sciure de bois très fine.On peut ensuite opérer de deux: façons différentes Exemple 1 .
Le cément employé est un mélange de carbonate de zinc, zinc en poudre, oarbonate de baryum et silice (sable). A ti- tre d'exemple, la composition du mélange peut être la suivante:
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smithsonite (carbonate naturel de zinc) ...o.. 2 Zinc pulvérisé ..............................25 Carbonate de baryum ......................... 5 o Silice ......................................60 ;o
Les pièce@s, noyées dans le cément, sont placées dans des boîtes de cémentation du modèle utilisé couramment en mé- tallurgie, puis chauffées, dans un four ordinaire à gaz ou de préférence dans un four à bain de sel dont la température est plus facilement contrôlable.
Celle-ci doit toujours être in- férieure à la température de fusion du zinc, afin d'éviter, après détournement, une prise en bloc de la masse. A titre d'indication, cette température peut être d'environ 280 0.
La durée de l'opération est évidemment fonction de la profondeur de cémentation désirée, celle-ci étant fonction ,à son tour, du fini que l'on désire donner aux pièces. Elle pour. ra être notablement réduite, en polissant les pièces au préa- lable afin de n'avoir à enlever qu'una couche très mince lors du polissage définitif. Toujours à titre d'indication, la durée du traitement est d'environ une dizaine d'heures pour une profondeur de cémentation de l'ordre du demi-millimètre.
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Exemple II
Les pièces, après avoir subi le décapage, sont mises dans des boites avec de la silice et chauffées à 650 en vue d'un supplément de décapage et de la suppression des tensions molé- culaires; elles sont prêtes alors pour la cémentation qui a lieu ici en deux fois.
Le cément employé dans la première opération a, de préfé- rence, la composition suivante : zino pulvérisé ou pulvérulent ............... 40 % silex: pulvérisé ou pulvérulent .............. 52% ferrocyanure de potassium ................... 3 % carbonate de baryum ......................... 5 %
Les pièces, noyées dans le cément, sont placées dans des boîtes de oémentation comportant à leur partie supérieure le dispositif représenté. Celui-ci comporte (figures 1 à 3) un corps 1 fixé sur la boîte et fermé par un couvercle 2, mainte- na par un dispositif 3-4 à balohnette ou de toute autre façon.
Ce couvercle 2 comporte un écrou central 5a dans lequel peut se visser la tige filetée 5 terminée par un carré 6 et soliè daire, par son autre extrémité, d'un piston 7, pouvant se dé- placer verticalement dans la boîte 1. Le piston 7 est revêtu. sur sa faoe inférieure d'une couche d'amiante 8.
Le couvercle 2 une fois mis en place, on comprime le cê- ment et les pièces qui y sont noyées au moyen du piston 7 et par l'intermédiaire de la tige filetée 5.
Grâce, d'une part, à la pression ainsi exercée et, d'autre part, à la fluidité du oément, celui-ci enrobe parfaitement les pièces quelles que soient leurs formes plus ou moins con- tournées ou leurs évidements.
Les boîtes ainsi préparées sont mises dans un four à tem- pérature bien homogène. Dans le cas.où les boîtes sont chauf- fées à l'aide d'un bain de sel, les mêmes boîtes peuvent servir mais il importe de veudller avec soin à ce que le niveau du
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bain-zni-t-inférieu.r aux bords du couvercle.
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La température du four ou du. bain de sel devra être main- tenue aussi constante que possible ; elle sera de préférence de
400 0. environ. Quant à la durée de l'opération elle est d'en- viron une heure et demie. Les pièces sont ensuite sorties des boîtes et refroidies à l'abri de l'air.
Après ce refroidissement, les pièces sont cémentées une deuxième fois, dans les mêmes boites mais avec un cément ayant, de préférence, la composition suivante : zinc pulvérisé ou pulvérulent ............... 50 % silex pulvérisé ou pulvérulent .............. 45 % carbonate de baryum ......................... 5 %
La température optima pour cette deuxième oémentation est d'environ 550 0. et la durée du traitement est de deux heures environ. Naturellement la com position du cément, la températu- re du four, la durée peuvent varier sans que l'on sorte du. do- maine de l'invention.
Les pièces sont sorties des boites et refroidies, comme après la première cémentation, à l'abri de l'air. On leur fait subir ensuite un décrassage, au moyen d'an mélange de sable fin et d'essence de pétrole.
Les pièces sont alors prêtes à recevoir le polissage défi- nitif, obtenu, par les procédés habitusls.
On remarquera que grâce à l'emploi des boites de cémentation avec dispositif de pression, il n'est pas nécessaire de faire tourner la boite pour assurer le chauffage régulier de la surfa- ce à traiter ; onpont donc employer des boites fixes ce qui per- met de traiter des objets de toutes formes et de toutes dime- sions, même relativement grandes.
Naturellement l'invention n'est nullement limitée au mode d'exécution décrit qui n'a été choisi qu'à titre d'exemple. La composition du cément peut, comme déjà dit, être différente de oelle indiquée; elle pourra varier suivant la nature du. métal à traiter, la profondeur de cémentation à obtenir, la rapidité plus ou moins grande que l'on désirera atteindre dans le traite-
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ment. Tous les procédés habituellement employés dans la cé- mentation au carbone, dans le but notamment de protéger contre l'action du oément telle ou telle partie de la pièce traitée, pourront être mis en oeuvre.
Par ailleurs, le cycle des opérations précédant et suivant le traitement, peut, bien entendu., être différent de celui in- diqué; il petit être complété par toutes opérations appropriées relevant de cas particuliers.
Enfin le procédé décrit est applicable non seulement aux métaux ferreux, fer, acier, fonte, etc..., mais également au cuivre et alliage du cuivre : laitons, bronzes, etc...
.REVENDICATIONS.
1 - Procédé de protection des métaux, ferreux et cuivreux par cémentation par le zinc, caractérisé en ce que le cément utilisé contient du carbonate de baryum ayant pour effet d'aug- menter la rapidité de pénétration.
2 - Procédé suivant 1 , caractérisé en ce que le cément contient également de la smithsonite.
3 - Procédé suivant 1 et 2 , caractérisé en ce qu'il est formé d'un mélange de smithsonite, de zinc pulvérisé, de carbo- nate de baryum et de silice.
4 - Procédé suivant 3 , caractérisé en ce que le cément a la oomposition approximative suivante : smithsonite .................. 2 % zinc pulvérisé .............. 25 % carbonate de baryum .......... 5 % silice .......................60
5 - Procédé suivant 1 , caractérisé en ce que le casbonate de baryum est remplacé en totalité ou en partie par du ferro- cyanure de potassium.
6 - Procédé suivant 1 , caractérisé en ce que le zinc con- tenu dans le cément est du zinc par exempt d'oxyde de zinc.
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Process for the protection of ferrous and copper metals.
The principle of the diffusion of metals is known, of which carbon enrichment and sherardization are the main current applications. The process known as "sherardization" consists of a cementation, at atmospheric pressure, of ferrous metals, with a view to their protection against corrosion by atmospheric agents, by means of cement formed essentially from a mixture of zinc. oxidized impure, mixed or not with / silica and a small amount of hydrocarbons.
The protective layer, obtained by this process, and consisting of a compound of the Fen-Zn form, is thin and has a friable, heterogeneous surface, dull gray, sometimes rusty in appearance.
The object of the present invention is a new application of the principle of the diffusion of metals.
According to one of the characteristics of the invention, the cement used contains a certain percentage of barium carbonate, or of potassium ferrocyanide, or of a mixture of these two products which have the effect of increasing the speed of penetration and allow a thicker protective layer to be obtained.
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According to another characteristic of the invention, the cement contains zinc par, free of oxide, mixed with a high proportion of silica, approximately 50%.
According to the invention also the cementation takes place under pressure, preferably in two or a greater number of successive operations, the nature of the cement, the temperature and the duration possibly being different from one to another. these operations.
Other improvements will result from the description which will follow and which relates to a practical example of execution of the process according to the invention.
Thanks to these improvements, the conditions necessary to obtain a homogeneous alloy are fulfilled, namely: deep and rapid penetration, uniform and constant heat, sufficient pressure.
An upper layer is thus obtained formed of an alloy of the Fe-Znn form with a high zinc content, said alloy being connected to the ferrous metal to be protected by a second layer of the Fe-Zn form.
The Fe-Znn alloy gives an exterior surface, with a homogeneous texture, non-porous, hard, smooth, easily polishable, of a brilliant white with bluish reflections after polishing; its reflective power is considerable.
Such a coating is much more resistant than those obtained by the present process of sherardization, by galvanization, or by electrolytic processes.
In the accompanying drawing, given by way of example only: FIG. 1 is a vertical section, diametrical, along the line A-A of FIG. 2, of a box allowing cementation under pressure; Figure 2 is a horizontal section taken along line B-B of Figure 1; FIG. 3 is a view, in elevation, corresponding to FIG. 1.
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Depending on the example of execution chosen, the parts to be treated are, before treatment, perfectly stripped and cleaned.
They are first degreased by immersing them for 15 to 20 minutes in a solution of. 1/10 boiling potash after which they are rinsed with lukewarm water and then dried in hot air. They are then pickled in a solution of approximately 20 to 25% of sulfuric acid at 66 Beaumé, at a temperature of 40 to 45 0. After this pickling, the parts are rinsed with water. hot and dried with very fine sawdust. We can then operate in two different ways Example 1.
The cement used is a mixture of zinc carbonate, powdered zinc, barium carbonate and silica (sand). By way of example, the composition of the mixture can be as follows:
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smithsonite (natural zinc carbonate) ... o .. 2 Zinc powder .............................. 25 Barium carbonate ......................... 5 o Silica ...................... ................ 60; o
The parts, embedded in the cement, are placed in cementation boxes of the model commonly used in metallurgy, then heated, in an ordinary gas oven or preferably in a salt bath oven, the temperature of which is higher. easily controllable.
This must always be lower than the melting temperature of the zinc, in order to avoid, after diversion, a blocking of the mass. As an indication, this temperature can be around 280 ° C.
The duration of the operation is obviously a function of the depth of carburization desired, this being in turn a function of the finish that one wishes to give to the parts. She for. will be considerably reduced by polishing the parts beforehand so that only a very thin layer has to be removed during the final polishing. Still as an indication, the duration of the treatment is approximately ten hours for a cementation depth of the order of half a millimeter.
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Example II
The parts, after having undergone the pickling, are placed in boxes with silica and heated to 650 with a view to further pickling and the suppression of molecular tensions; they are then ready for the cementation which takes place here in two stages.
The cement used in the first operation preferably has the following composition: zino powder or powder ............... 40% flint: powder or powder ...... ........ 52% potassium ferrocyanide ................... 3% barium carbonate ............. ............ 5%
The parts, embedded in the cement, are placed in oémentation boxes comprising at their upper part the device shown. This comprises (Figures 1 to 3) a body 1 fixed to the box and closed by a cover 2, maintained by a 3-4 balohnette device or in any other way.
This cover 2 comprises a central nut 5a into which can be screwed the threaded rod 5 terminated by a square 6 and connected, at its other end, to a piston 7, able to move vertically in the box 1. The piston 7 is coated. on its lower faoe with a layer of asbestos 8.
Once the cover 2 is in place, the cement and the parts embedded in it are compressed by means of the piston 7 and by means of the threaded rod 5.
Thanks, on the one hand, to the pressure thus exerted and, on the other hand, to the fluidity of the element, it perfectly coats the parts whatever their more or less rounded shapes or their recesses.
The boxes thus prepared are placed in an oven at a very homogeneous temperature. In the case where the boxes are heated using a salt bath, the same boxes can be used, but it is important to take care that the level of the
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bain-zni-t-inférieu.r to the edges of the cover.
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The temperature of the oven or. salt bath should be kept as constant as possible; it will preferably be
400 0. approximately. As for the duration of the operation, it is about an hour and a half. The parts are then taken out of the boxes and cooled in the absence of air.
After this cooling, the parts are case hardened a second time, in the same boxes but with a cement having, preferably, the following composition: powdered or powdered zinc ............... 50% powdered or powdered flint .............. 45% barium carbonate ......................... 5%
The optimum temperature for this second oémentation is about 550 ° C. and the duration of the treatment is about two hours. Of course, the composition of the cement, the temperature of the furnace and the duration can vary without leaving the. field of the invention.
The parts are taken out of the boxes and cooled, as after the first cementation, away from air. They are then subjected to scrubbing, using a mixture of fine sand and petroleum gasoline.
The parts are then ready to receive the final polishing, obtained by the usual procedures.
It will be noted that thanks to the use of carburizing boxes with a pressure device, it is not necessary to rotate the box to ensure regular heating of the surface to be treated; We can therefore use fixed boxes, which makes it possible to process objects of all shapes and sizes, even relatively large ones.
Of course, the invention is in no way limited to the embodiment described which was chosen only by way of example. The composition of the cement may, as already said, be different from that indicated; it may vary depending on the nature of the. metal to be treated, the depth of cementation to be obtained, the greater or lesser speed that one wishes to achieve in the treatment.
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is lying. All the processes usually employed in carbon cementation, in particular with the aim of protecting against the action of the element such or such part of the part treated, can be implemented.
Furthermore, the cycle of operations preceding and following the treatment may, of course, be different from that indicated; it may be supplemented by all appropriate operations relating to particular cases.
Finally, the process described is applicable not only to ferrous metals, iron, steel, cast iron, etc., but also to copper and copper alloys: brasses, bronzes, etc.
CLAIMS.
1 - Process for the protection of metals, ferrous and copper by cementation with zinc, characterized in that the cement used contains barium carbonate having the effect of increasing the speed of penetration.
2 - Process according to 1, characterized in that the cement also contains smithsonite.
3 - Process according to 1 and 2, characterized in that it is formed from a mixture of smithsonite, powdered zinc, barium carbonate and silica.
4 - Process according to 3, characterized in that the cement has the following approximate oomposition: smithsonite .................. 2% powdered zinc ......... ..... 25% barium carbonate .......... 5% silica ....................... 60
5 - Process according to 1, characterized in that the barium casbonate is replaced in whole or in part by potassium ferro-cyanide.
6 - Process according to 1, characterized in that the zinc contained in the cement is zinc free of zinc oxide.
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