<Desc/Clms Page number 1>
procédé permettant de réaliser (les soudures par dépôt de chrome, de composés de chrome ou d'alliages de chrome, élecbrodes et baguettes de soudure destinées à la mise en oeuvre de ce procédé,
On a déjà proposé d'accroître la résistance des surfa- ces de travail d'objets métalliques à l'égara des agents chi- miques, thermiques et mécaniques, en y diffusant du ohrome.
Grâce à la cristallisation mixte ainsi produite, on obtient, il est vrai, une liaison intime eu stable du chrome et de l'ob- jet à reoouvrir, mais l'opération de diffusion exige beaucoup de temps et l'application de températures élevées.
@
<Desc/Clms Page number 2>
Il est connu, d'autre part, de recouvrir des objets d'une couche de chrome dur, déposé par électrolyse. Dans ce procédé, l'épaisseur de la couche dure augmente avec une extrême lenteur; on obtient une couche d'environ 1 mm. d'é- paisseur en utilisant une densité de courant d'environ 60 ampères par décimètre carré pendant approximativement 20 heures. La ténacité des députa de chrome réalisés par voie électrolytique est faible pour des objets soumis à des sollicitations mécaniques et thermiques intenses. Il se produit souvent un détachement ou un éclatement.
Contrairement à l'expérience pratique et aux connaissan- ces scientifiques acquises jusqu'à maintenant, les demandeurs ont constaté, fait vraiment surprenant, que l'on peut recouvrir très économiquement d'un enduit ou d'une couche de chrome, des objets de nature quelconque, notamment en acier ou en fer, en y déposant le chrome par une soudure d'apport.
Dans Inexécution de cette opération, il est nécessaire de pro -léger remplacement de la soudure au moyen d'une enveloppe de gaz, en particulier d'hydrogène; à défaut de cette protec- tion, le chrome s'oxyde dès son chauffage. Il est avantageux de réaliser le soudure à l'arc électrique. on a pu simplifier considérablement le procédé objet de l'invention grâce au fait, oonfirmé par des essais, que l'hydrogène occlus dans le chrome électrolytique se dégage sous l'effet du chauffage et constitue une enveloppe gazeuse protectrice extrêmement efficace lors de la soudure.
Dans la fabrication du ohrome électrolytique, il est possible, par l'utilisation de bains à haute température et d'une forte densité de courant, d'incorporer, sans difficulté de l'hydrogène à l'état gazeux dans le chrome jusqu'à, saturation,
<Desc/Clms Page number 3>
S'est pourquoi l'Orne des formes d'exécution de l'invention consiste à utiliser, comme matière d'apport ou comme matière consécutive des électrodes de soudure, du chrome à teneur élevée en hydrogène, en particulier du chrome électrolytique.
Il est toutefois possible, lorsque l'on doit recouvrir des objets de couches d'apport résistantes à l'usure, d'en déposer la majeure partie par soudure, pour des raisons écono- miques, et d'appliquer en fin d'opération une mince couche de chrome par voie électrolytique.
.pu lieu du chrome pur, on peut, de la même manière, utiliser des alliages et des composés du chrome pour les soudures d'apport.
Dans ce ces, on parvient avantageusement à former des revêtements très durs en utilisant des électrodes constituées soit par un alliage de chrome, soit par du chrome seul, en présenoe d'un composé gazeux de métalloïdes, le métal des électrodes fondant à l'arc électrique et se soudant sur des objets de n'importe quelle nature.
Les alliages à base de chrome qui, après la soudure d'apport, possèdent une grande dureté au point de ne pas nécessiter un traitement thermique supplémentaire, se composent essentiellement de chrome additionné de métaux lourds ou légers ou de composés de ces métaux. Les exemples de réalisation suivants illustrent à titre non limitatif, certaines des nombreuses possibilités offertes d'utiliser des électrodes de soudure en un alliage ou un mélange de métaux contenant principalement du chrome, a ) 60 % or$ 35 % W. 5 % Mn. b ) 50 % Cr. 25 % W, 10 % Mo. 15 % 00. c) 70 % Cr. 5 % W, 25 % Fe. d) 60 % Cr. 30 % WC, 10 % 00.
e ) 95 % or, 3 % A1, 2 % si. f) 98 % Or, 2 % Be.
<Desc/Clms Page number 4>
Selon l'invention, on obtient des dépôts métalliques de composés de chrome par la fusion d'une électrode de chrome en présence d'un composé gazeux de métalloïdes. Suivant le choix du composé gazeux, le chrome se transforme en celui des composés que l'on détire; il se produit du nitrite de chroma quand on utilise de l'ammoniaque, du borure de chrome quand on utilise de l'acide bromhydrique, du siliciure de chrome quand on utilise de l'hydrogène silicié ( silane), du carbure de chrome quand on utilise des hydrocarbures et du phosphite de chrome quand on utilise de l'hydrogène phosphoré.
Une particularité du proaédé objet de l'invention réside dans la formation d'une couche de concentration maximum du nouveau composé dans la zone superficielle du dépôt métallique apporté par soudure, et cela grce au maintien du courant gazeux jusqu'au refroidissement après achèvement de la soudure.
Les composés gazeux de métalloïdes se dissocient dans l'arc électrique avec libération des atomes de métalloïdes qui possèdent une réaotivité extraordinaire dans cet état. Cette circonstance pourrait expliquer l'obtention d'alliages de chrome présentant des qualités précieuses par rapport au chrome seul, bien que le chrome ou les alliages composés essentiellement de chrome ne soient à l'état liquide que pendant un court instant lors de la soudure. Il n'est absolument pas nécessaire que la masse métallique d'apport se transforme intégralement en le nouveau composé correspondant. Une transformation partielle suffit parfaitement à l'obtention d'une couche métallique plus dure que celle des soudures d'apport au chrome seul.
On peut fabriquer les électrodes de soudure par fusion et moulage ou encore à partir de chrome finement pulvérisé ou de mélanges métalliques correspondants par pression et concrétion (commencement de fusion).
Les électrodes de soudure en chromo électrolytique, qui
<Desc/Clms Page number 5>
sont nécessaires pour la mise en oeuvre du procéde en vue du dépôt de couches métalliques de composée de chrome,peuvent aussi être fabriquées économiquement au moyen d'une cathode de forme convenable, constituée par un alliage à base de bismuth (métal de Wood) et sur laquelle lechrome se dépose par éleobrolyse, la cathode pouvant, le cas échéant, être partiellement recouverte d'une matière isolante.
Après achèvement de l'électrolyse, il suffit de plonger dans l'eau bouillante ou l'huile très chaude la cathode de bismuth portant l'électrode de chrome ainsi produite pour faire disparaître, par fusion, le métal servant de support et libérer l'électrode de Chrome sous sa forme définitive.
Le procédé objet: de l'invention permet, de même. de déposer par soudure des alliages à base de chrome. Cet effet, on utilise, par exemple, une baguette composée des divers constituants de l'alliage et chargée d'une quantité d'hydrogène suffisante pour donner naissance à une nappe gazeuse protectrice lors de la soudure. On peut également introduire les métaux additionnels dans une baguette creuse en chrome, qui est chargée d'hydrogène.
La goutte produite par la fusion d'une baguette de soudure ainsi constituée allie le ohrome fondu de l'enveloppe au métal additionnel du noyau, d'où il résulte uu alliage qui adhère fortement à l'objet traité, après la soudure, L'hydrogène gazeux accumulé dans le tube de chrome, se libère sous l'influence de la température de soudure ou de la tempé- rature de l'arc électrique et forme, à l'endroit de la soudure, un manchon protecteur dense. on pauli, par le procédé décrit ci-dessus, réaliser des soudures d'apport en alliages de chrome qui, suivant leur destina- tion.
peuvent, comme on le desire, 'être tenaces mais sans dureté
<Desc/Clms Page number 6>
@ considérable ou être tenaces et dures ou encore à la fois tensaces particulièrement dures et résistances à lTusure.
Il se produit un alliage de chrome tenace, pas très dur et facile à usiner quand le noyau du tube de chrome est, par exemple, constitua en oobalt eu quand le tube et le noyau contiennent ensemble 50 % de chrome et 50 % de cobalt.
On obtient des alliages de chrome tenaces et dure en utilisant pour le noyau ou l'âme du tube ±le chrome, du tung.. sténe, du molybdène, du titane, du tantale, du vanadium, etc... seuls ou mélangés d'une façon quelconque, ces composants pouvant encore être combinés à d'autres métaux. un exemple de composition avantageuse du noyau est donné ci-dessous : 50 % de tungstène, 25 % de cobalt, 15 % de manganèse, 5 % de silicium et 10 % de molybdène. La proportion entre le chrome du tube et les métaux d'alliage du noyau peut avantageuse- ment être égale à 1:1.
On obtient des alliages de chrome très durs et of- frant une grande résistance à l'usure par fusion d'un tube de chrome dont l'âme est constituée par des composas métal- liques tels que des carbures, des azotures, des borures ou des si liciures. L'orne peut aussi se composer de métaux auxquels sont mélangés les éléments des composés désirés, par exemple du carbone. Les composés métalliques sont alors enrobés dans soudure d'apport à l'état de cristaux microscopiques. si l'on veut conférer de la ténacité à une soudure en alliage de chrome de très grande dureté, il y a avantage à ajouter au noyau du tubeun métal du groupedu fer, par exemple du fer, du nickel ou du cobalt.
Les métaux finement pulvérisés conviennent le mieux au remplissage ou bourrage à la presse du trou du tube de chrome.
On peut adjoindre un liant à ces métaux, par exemple du verre soluble ou une substance analogue, ce liant agissant, en outre,
<Desc/Clms Page number 7>
comme désoxydant lors de le soudure.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, on prend un fil étiré ou une baguette moulée ou encore une baguette obtenue à la presse et, le cas échéant, par ooncrétion ( commencement de fusion) de poudre métallique, cette baguette étant constituée par les métaux d'alliages ou composés métalliques voulus, et l'on dépose sur ce fil ou cette baguette, par électrolyse, une enveloppe de chrome, avec interposition facultative d'une couche intermédiaire mince de nickel ou de cuivre, par exemple.
Dans le cas où l'on fait venir l'enveloppe chromée à l'épaisseur voulue dans un bain de ohrome chaud en utilisant une forte densité de courant, l'hydro-
EMI7.1
gène gazeux etaccumule non seulement dans 1 ' e nv el cpp e de 9hr o- me mais encore par diffusion dans l'âme métallique du tube. pour l'incorporation d'hydrogène à une baguette fabriquée par étirage, moulage ou concrétion de l'alliage de chrome ohoisi, on peut aussi ohauffer cette baguette à une températu- re de 800 à 1000 , puis la laisser refroidir lentement dans une atmosphère d'hydrogène, éventuellement sous une pression inférieure à la pression atmosphérique.
On produit les tubes de chrome nécessaires à la réalisa- tion des baguettes de soudure par dépôt électrolytique sur une cathode de support, que l'on dissous ensuite chimiquement pour en séparer la baguette, Il est difficile et coûteux de dissoudre un fil ou une baguette pleine en fer, cuivre ou laiton, enveloppée d'une couche adhérente de chrome; par contre, l'opération réussitrès facilement et sans perte appréciable de matière quand on utilise une cathode de support constituée par un tube de cuivre ou de laiton à paroi mince, par exemple un tube capillaire.
<Desc/Clms Page number 8>
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on utilise une baguette de chrome creuse et non seulement on en remplit l'intérieur de divers constituants d'alliage, mais encore on répartit ces derniers à se surface extérieure; à titre de variante, on peut se contenter de recouvrir la surface extérieure des constituants d'alliage, pour revenir la surface extérieure d'une baguette de chrome, il y a avantage recouvrir cette baguette d'une pâte contenant les constituants d'alliage désirés et à laquelleon peut incorporer le cas échéant, un agent de désoxydation ou d'élimination des scories, qui sert de fond à la pâte.
Lorsque la baguette de chrome n'est pourvue des constituants d'alliage qu'à sa surface extérieure, on peut aussi utiliser une baguette pleine au lieu d'un tube.
Les métaux utilisés comme constituants d'alliage peuvent également contenir de l'hydrogène occlus; cela est particulièrement avantageux quand les baguettes de chrome ont une paroi mince ou un petit diamètre afin que, lors de la soudure, il puisse se dégager de ces constituante une quantité supplémentaire d'hydrogène, d'où. résulte une action réductrice accrue et un apport à l'arc électrique de gaz protecteur en quantité suffisante.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
process making it possible to carry out (welds by depositing chromium, chromium compounds or chromium alloys, electrodes and welding rods intended for the implementation of this method,
It has already been proposed to increase the resistance of the working surfaces of metal objects to the loss of chemical, thermal and mechanical agents, by diffusing ohrome therein.
Thanks to the mixed crystallization thus produced, it is true that an intimate and stable bond of the chromium and the object to be reopened is obtained, but the diffusion operation requires a great deal of time and the application of high temperatures.
@
<Desc / Clms Page number 2>
It is known, on the other hand, to cover objects with a layer of hard chromium, deposited by electrolysis. In this process, the thickness of the hard layer increases extremely slowly; a layer of about 1 mm is obtained. thick using a current density of about 60 amps per square decimetre for approximately 20 hours. The tenacity of chromium deposits produced by electrolytic means is low for objects subjected to intense mechanical and thermal stresses. There is often a detachment or a burst.
Contrary to practical experience and scientific knowledge acquired so far, the applicants have found, truly surprisingly, that it is possible to cover very economically with a coating or a layer of chromium, objects of any kind, in particular steel or iron, by depositing the chromium therein by a filler weld.
In the execution of this operation, it is necessary to pro -léger replacement of the weld by means of an envelope of gas, in particular of hydrogen; in the absence of this protection, the chromium oxidizes as soon as it is heated. It is advantageous to carry out the welding with an electric arc. the process which is the subject of the invention has been able to be considerably simplified thanks to the fact, confirmed by tests, that the hydrogen occluded in the electrolytic chromium is given off under the effect of heating and constitutes an extremely effective protective gas envelope during welding .
In the manufacture of electrolytic ohroma, it is possible, by the use of baths at high temperature and high current density, to incorporate, without difficulty, hydrogen in the gaseous state in chromium up to saturation
<Desc / Clms Page number 3>
This is why the Orne of the embodiments of the invention consists in using, as a filler material or as a subsequent material for welding electrodes, chromium with a high hydrogen content, in particular electrolytic chromium.
However, when objects have to be covered with wear-resistant filler layers, it is possible to deposit most of them by welding, for economic reasons, and to apply at the end of the operation. a thin layer of chromium electrolytically.
Instead of pure chromium, it is also possible to use chromium alloys and compounds for the filler welds in the same way.
In these, it is advantageously possible to form very hard coatings by using electrodes formed either by a chromium alloy or by chromium alone, in the presence of a gaseous compound of metalloids, the metal of the electrodes melting in the arc. electric and weld on objects of any kind.
The chromium-based alloys which, after filler welding, have a great hardness to the point of not requiring additional heat treatment, consist essentially of chromium with the addition of heavy or light metals or compounds of these metals. The following exemplary embodiments illustrate, without limitation, some of the numerous possibilities offered for using welding electrodes made of an alloy or a mixture of metals mainly containing chromium, a) 60% or $ 35% W. 5% Mn. b) 50% Cr. 25% W, 10% Mo. 15% 00. c) 70% Cr. 5% W, 25% Fe. D) 60% Cr. 30% WC, 10% 00.
e) 95% gold, 3% A1, 2% si. f) 98% Gold, 2% Be.
<Desc / Clms Page number 4>
According to the invention, metallic deposits of chromium compounds are obtained by melting a chromium electrode in the presence of a gaseous compound of metalloids. Depending on the choice of the gaseous compound, the chromium is transformed into that of the compounds which are extracted; chroma nitrite occurs when ammonia is used, chromium boride when hydrobromic acid is used, chromium silicide when silicon hydrogen (silane) is used, chromium carbide when used uses hydrocarbons and chromium phosphite when using hydrogen phosphorus.
A peculiarity of the process which is the subject of the invention lies in the formation of a layer of maximum concentration of the new compound in the surface area of the metal deposit provided by welding, and this thanks to the maintenance of the gas stream until cooling after completion of the welding.
The gaseous compounds of metalloids dissociate in the electric arc with the liberation of the atoms of metalloids which have an extraordinary reactivity in this state. This circumstance could explain the obtaining of chromium alloys having valuable qualities compared to chromium alone, although chromium or alloys composed essentially of chromium are in the liquid state only for a short time during welding. It is absolutely not necessary for the filler metal mass to completely transform into the corresponding new compound. A partial transformation is perfectly sufficient to obtain a harder metal layer than that of the welds with chrome alone.
Welding electrodes can be made by fusion and molding or else from finely pulverized chromium or corresponding metal mixtures by pressure and concretion (beginning of fusion).
Electrolytic chromo welding electrodes, which
<Desc / Clms Page number 5>
are necessary for the implementation of the process for the deposition of metallic layers of chromium compound, can also be manufactured economically by means of a cathode of suitable shape, constituted by an alloy based on bismuth (Wood's metal) and on which the chromium is deposited by electrolysis, the cathode possibly being partially covered with an insulating material.
After completion of the electrolysis, it suffices to immerse the bismuth cathode carrying the chromium electrode thus produced in boiling water or very hot oil in order to melt away the metal serving as a support and release the Chromium electrode in its final form.
The method that is the subject of the invention also makes it possible. depositing chromium-based alloys by welding. This effect is used, for example, a rod composed of the various constituents of the alloy and charged with a sufficient quantity of hydrogen to give rise to a protective gas layer during welding. The additional metals can also be introduced into a hollow chrome rod, which is charged with hydrogen.
The drop produced by the fusion of a weld rod thus formed combines the molten ohrome of the casing with the additional metal of the core, from which an alloy results which adheres strongly to the treated object, after welding, The gaseous hydrogen accumulated in the chromium tube, is released under the influence of the welding temperature or the temperature of the electric arc and forms, at the place of the weld, a dense protective sleeve. we pauli, by the process described above, realize filler welds in chromium alloys which, according to their destination.
can, as desired, 'be tenacious but without harshness
<Desc / Clms Page number 6>
@ considerable or be stubborn and hard, or both particularly hard and resistant to wear.
A tough, not very hard and easy to machine chromium alloy occurs when the core of the chromium tube is, for example, oobalt or when the tube and core together contain 50% chromium and 50% cobalt.
Tough and hard chromium alloys are obtained by using for the core or the core of the tube ± chromium, tung .. stene, molybdenum, titanium, tantalum, vanadium, etc ... alone or mixed with in any way, these components can still be combined with other metals. an example of an advantageous composition of the core is given below: 50% tungsten, 25% cobalt, 15% manganese, 5% silicon and 10% molybdenum. The proportion between the chromium of the tube and the alloy metals of the core can advantageously be equal to 1: 1.
Very hard chromium alloys are obtained which offer great resistance to wear by melting a chromium tube whose core consists of metal compounds such as carbides, azides, borides or so liciures. Orne can also be composed of metals with which the elements of the desired compounds are mixed, for example carbon. The metal compounds are then coated in the filler solder in the state of microscopic crystals. if one wants to impart toughness to a very hard chromium alloy weld, it is advantageous to add to the core of the tube a metal of the iron group, for example iron, nickel or cobalt.
Finely pulverized metals are best suited for filling or press tamping the chrome tube hole.
A binder can be added to these metals, for example water glass or a similar substance, this binder acting, in addition,
<Desc / Clms Page number 7>
as a deoxidizer when soldering.
In another embodiment of the invention, one takes a drawn wire or a molded rod or else a rod obtained by the press and, where appropriate, by ooncretion (beginning of melting) of metal powder, this rod being constituted by the metals of the desired alloys or metal compounds, and an envelope of chromium is deposited on this wire or rod, by electrolysis, with the optional interposition of a thin intermediate layer of nickel or copper, for example.
In the case where the chrome casing is brought to the desired thickness in a hot oil bath using a high current density, the hydro-
EMI7.1
gas gene and accumulates not only in the 9 hour level but also by diffusion in the metal core of the tube. for the incorporation of hydrogen into a rod made by drawing, molding or concretion of the chosen chromium alloy, this rod can also be heated to a temperature of 800 to 1000, then allowed to cool slowly in an atmosphere of hydrogen, optionally at a pressure below atmospheric pressure.
The chromium tubes necessary for the production of the welding rods are produced by electrolytic deposition on a support cathode, which is then dissolved chemically to separate the rod from it. It is difficult and expensive to dissolve a wire or a rod. solid in iron, copper or brass, covered with an adherent layer of chrome; on the other hand, the operation succeeds very easily and without appreciable loss of material when using a support cathode constituted by a copper or brass tube with a thin wall, for example a capillary tube.
<Desc / Clms Page number 8>
In another embodiment of the invention, a hollow chrome rod is used and not only is the interior filled with various alloying constituents, but also the latter are distributed on its outer surface; as a variant, one can be content to cover the outer surface of the alloy constituents, to return the outer surface of a chrome rod, it is advantageous to cover this rod with a paste containing the desired alloy constituents and to which may be incorporated, where appropriate, a deoxidizing or slag removal agent, which serves as a base for the dough.
When the chrome rod is provided with alloy constituents only on its outer surface, a solid rod can also be used instead of a tube.
Metals used as alloying constituents can also contain occluded hydrogen; this is particularly advantageous when the chrome rods have a thin wall or a small diameter so that, during soldering, an additional quantity of hydrogen can be released from these constituents, hence. The result is an increased reducing action and a supply to the electric arc of protective gas in sufficient quantity.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.