BE449144A - Perfectionnements aux procédés et dispositifs pour le revêtement d'objets en métal par des couches protectrices d'un métal différent - Google Patents

Description

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   Demande de brevet français en sa faveur du 18 Février 1942. 



   La présente invention est relative à des perfec- tionnements apportés aux procédés et appareils pour la métal- lisation à chaud d'objetsmétalliques, et plus particulière- ment pour la fabrication   d'objets   en acier recouverts d'alu- minium pur ou d'alliages d'aluminium 
Cette invention a pour but et pour effet l'obten- tion d'objets métalliques qui, ayant subi un traitement ther- mique homogène$ possèdent un revêtement protecteur métallique adhérente continu, uniforme et exempt de tous corps*étrangers, le dit revêtement étant caractérisé par la présence d'une min- ce couche intermédiaire constituée uniquement par des composés du métal de base avec le métal de revêtement .

   Elle vise éga- lement la réalisation de dispositifs permettant d'obtenir in- dustriellement ces objets d'une façon beaucoup plus étendue, efficace et économique qu'au moyen des dispositifs actuelle- ment connus "Perfectionnements aux procédés et dispositifs pour le revêtement d'objets en métal par des couches protec- trices d'un métal différent" 

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Les procéd"és de métallisation les plus avantageux sont ceux dits à chaud. qui   consistent   à imnerger les objets à revêtir, préalablement recuits et décapés, dans un bain de métal de protection en fusion .

   Il a été proposé également, pour supprimer le décapage,   d'eff ectuer   le traitement   thermi-   que, préalable à la métallisation, dans une atmosphère réduc- trice   * Or.   les produits fabriqués jusqu'à maintenant présen- tent des graves défauts par suite de la discontinuité ou de l'irrégularité de la couche de oomposés et par suite de la présence dans le produit des particules de sels, de l'hydro- gène et d'autres substances étrangères nuisibles; notamment aucun procédé n'a pu jusqu'à ce jour être mis en oeuvre pour la produotion industrielle à chaud d'un revêtement en   alumi-   nium . 



   Suivant l'une des caractéristiques de l'invention, les objets à traiter sont portés à des températures de trai- tement thermique préalable à la métallisation, dans un mélange gazeux dont les composants, strictement   contrôlés   sont : l'hydrogène, la vapeur d'eau et l'azote;

   un autre mélange ga- zeux, composé uniquement d'azote et d'une petite quantité d'hydrogène. est utilisé comme milieu dans lequel s'effectue le maintien à la température de traitement et le refroidis- sement des objets traités avant leur immersion dans le métal de revêtement en fusion   Ce   mode opératoire,seul, donne la possibilité de débarrasser les objets à traiter des moindres traces d'oxydes ou d'impuretés non métalliques, tout en évi- tant pratiquement l'absorption nuisible de l'hydrogène par le métal de base, ce qui est la condition première, surtout lors-   qu' il     s'agit   de produire ensuite un revêtement en aluminium, pour la formation d'une couche adhérente, continue, uniforme,

   de composés du métal de base avec le métal de revêtement 

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Une autre caractéristique de l'invention consiste en ae que les objets ayant subi le traitement précédent sont immergés dans le métal de revêtement en fusion après avoir été refroidis jusqu'à une température ayant strictement la même valeur que celle du métal en fusion, ces deux   tempéra-   tures n'étant que   légèrement   supérieures au point de fusion du dit   mét al .   



   Une autre caractéristique de l'invention;   concer'-   nant le cas particulier de fabrication du revêtement en alu- minium pur ou en alliages d'aluminium sur des objets ferreux, consiste à laisser refroidir les objets sortant du bain de revêtement jusqu'à la température de 400 -200  C bien progres-   sivement   et pendant un temps minimum de deux à cinq minutes, afin d'obtenir un revêtement continu et flexible 
Au surplus, l'invention sera parfaitement comprise à l'aide de la description qui suit et du dessin   ci-annexé   dans le quel on a représenté un mode de réalisation appliqué.

   à titre   d'exemple,   au revêtement par l'aluminium d'une bande d'acier doux$ étant d'ailleurs entendu que cette invention reste applicable à la fabrication d'objets de forme quelcon- que, en métal quelconque, et revêtus d'un métal quelconque ou de ses alliages . 



   Dans ce dessin : la figure 1 est une vue schématique en coupe longi-   tudinale   d'un dispositif conforme à   l'invention ;   la figure 2 représente, à une échelle plus grande, l'extrémité d'entrée du dispositif de la figure 1; la figure 3 montre une modification de l'un des éléments constitutifs du dispositif de la figure 1. 



   Ainsi qu'on le voit en figure 1, la bande à traie ter 1 se déplace dans le sens de la flèche 2, et pénètre par la botte d'étanchéité 3 dans le four 4 rendu étanche aux gaz et rempli d'un mélange gazeux . Le rôle joué par une telle boîte  'étanchéité pour l'efficacité du traitement dans un 

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 mélange gazeux, ainsi que les conditions essentielles auxquel- les elle doit répondre, ont été exposés dans le brevet   fran   çais N  856.593 du 17 juin 1939 "Four pour traitement thermie que ou autres applications" . 



   Ladite botte 3 comporte un moufle métallique 5 étanche aux gaz, muni de plusieurs paires de fentes   6     d'envi-   ron un millimètre de largeur disposées en haut et en bas sur   toute la largeur du moufle 5 ; garnitures 7 en feuilles   métalliques écroules de cinq à quinze centièmes de millimètre d'épaisseur passant à travers les fentes 6 sur toute leur lon-   gueur,

     sont inclinées de 45  de telle sorte que chaque garni- ture passant à travers la paroi supérieure se touche avec la garniture correspondante passant à travers la paroi inférieure en formant ainsi un angle de 90  dont le sommet est dirigé dans le sens du déplacement de la bande Les parties des gar- nitures 7 se trouvant à l'extérieur du moufle sont serrées contre les plaques d'appui 8 par l'intermédiaire de barres 9 et 10 et de vis de serrage 11; ces vis 11 étant bloquées, la pression exercée par l'intermédiaire des barres de serrage 10 et 9 sur les garnitures et les joints 12 rend l'ensemble étan- che à l'atmosphère extérieure d'une part,   et   d'autre part, maintient les garnitures en place . 



   Le four comporte deux groupes d'éléments de chauf- fage 13 et 14, d'un type quelconque déjà utilisé dans les fours à atmosphère spéciale et   commandés   individuellement par des appareils de réglage automatique de température . Le grou- pe 13, se trouvant du o8té enfournement, a la puissance suffi- samment forte pour assurer le chauffage de la bande à la tem- pérature de traitement thermique ; le deuxième groupe 14, beau- coup moins puissant, sert au maintien de la bande à la tempé- rature du dit traitement . 



   A sa sortie du four 4, la bande se refroidit dans 

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 le refroidisseur 15 (restant en dehors de l'invention), qui forme avec le four un ensemble étanche aux gaz, de façon à avoir, au moment de son immersion dans le bain 16 d'aluminium en fusion, strictement la même température que ce   bain :  Pour obtenir ce résultat il faut maintenir constant le nombre 0, des calories dissipées dans ce refroidisseur, ce nombre étant représenté par la formule : 
 EMI5.1 
 Q = (T - t) X 0 X 1 X e X V X d dans laquelle 
T est la température de recuit (Constante) t, la température d'immersion (Constante) c, la chaleur spécifique de l'acier (Constante) d, le poids spécifique de l'acier . (Constante) .

   V, la vitesse de déplacement de la bande, l, la largeur de la bande qui peut être admise en pratique comme constante, e, l'épaisseur de la bande qui varie en pratique constamment au moins de 5% et souvent davantage 
Or de t,els écarts se traduisent dans un four con- tinu par des écarts très importants de température Pour main- tenir la température d'immersion t strictement constante. la vitesse V est rendue automatiquement variable et inversement proportionnelle à la section de la bande . à cet effet, on a prévu un dispositif automatique   qui comporte t un appareil de réglage de température automa-   tique 17, avec son élément sensible 18 placé à l'endroit de   l'immersion;

     un moteur   servocontroller   19 avec deux contac- teurs électromagnétiques bipolaires 20 et 21, un servomoteur 22 et un moteur d'entraînement à vitesse variable 25 d'un type quelconque . Les moindres écarts de la température d'immersion t provenant de variations accidentelles de   l'épaisseur e   de la bande sont immédiatement enregistrée par l'appareil de ré- glage de température 17; l'inverseur 24 dont cet appareil est 

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 muni met aussitôt sous tension, soit le circuit commandant l'enclenchement du contaçteur 20 par exemple, au cas où la tom pérature t est dépassée,, soit celui du contacter 21 au cas où la température t descend au-dessous de salvateur normale .

   Le dispositif de palpage périodique 25 du servo-controller 19 agit à des intervalles réglables sur le palpeur 26 qui complè- te à son tour périodiquement et pendant un intervalle de temps réglable la fermeture soit du circuit commandant l'enclenche- ment du contacteur 20, soit du circuit du contacteur 21 ;

   l'en- clenchement de l'un des deux contacteurs qui   en résulte--Provo-   que la fermeture temporaire des circuits commandant le mouve- ment du servo-moteur 22, ce qui fait tourner pendant un   certai   temps ce dernier soit dans un sens, soit dans un autre , 
Ces mouvements périodiques du servo-moteur   22,   qui est accouplé avec l'arbre de commande de variation de vitesse 27 du moteur 23, font varier dans un sens voulu la vitesse de rotation des rouleaux entraîneurs 28 qui sont accouplés avec le moteur 23.Ainsi, au cas où la température   d'immersion t   commence à baisser par suite d'une diminution de l'épaisseur de la bande, la vitesse de rotation des rouleaux   entraîneurs   et par conséquent la vitesse V linéaire de déplacement de la bande augmentent, et vice versa . 



   L'hydrogène ou un mélange d'hydrogène et d'azote à forte teneur d'hydrogène -75% d'hydrogène et   25%   d'azote à ti- tre d'exemple- est introduit par le tube 29 dans le four   4.   plus spécialement dans la zone de chauffage des éléments 13 où la bande 1 est portée à la température de traitement ther-   mique,   et une quantité strictement dosée de vapeur d'eau desti- née à compléter ce mélange y est ajoutée en 30; ce mélange cir cule suivant la flèche 31 dans le sens opposé au sens de dépla cernent de la bande pour, finalement. s'échapper à l'atmosphère par les passages étroits présentés par les garnitures 7 de la 

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 botte d'étanchéité 3 . 



   La bande est ensuite entourée jusqu'à son immersion dans le bain de métal en fusion par un deuxième mélange gazeux exempt de vapeur d'eau, et composé en majeure partie d'azote et d'une petite quantité d'hydrogène -95% d'azote et 5% d'hy- drogène à titre   d'exemple- .  Ce mélange est introduit en 32 et circule suivant les flèches 33, dans le sens opposé au sens de déplacement de la bande, non seulement dans le   refroidisses.   



  15, mais aussi dans la zone du four comportant les éléments 14 il est aspiré - en vue de sa récupération et de son renvoi en 32 après avoir été purifié par des procédés connus - par le conduit 34 placé dans la même zone où la bande est soumise à la température de recristallisation ou de recuit, de telle sor te que la bande 1 se trouvant pendant un certain temps main- tenue à cette dernière température;

  , a le temps de dégager   l'hy     @   drogène qu'elle a pu absorber pendant les traitements antérie. ce dégagement   dhydrogène   étant favorisé par la température élevée et la basse pression partielle de l'hydrogène du mélan- ge gazeux , 
On volt que les parcours des deux mélanges gazeux sont absolument distincts 
Le mélange gazeux constituant l'atmosphère de la zone de chauffage du four 4 ne peut donc pas affecter la com- position du mélange gazeux circulant suivant les flèches 33, car la quantité de gaz admis par 29 et 30 et susceptible d'ar-   riverr   diffusion jusqu'au tube 34 est pratiquement négli- geable ;

   cela rend possible la purification parfaite du mélange récupéré en 34 et renvoyé en 32 .  * D'autre   part, le premier mé- lange gazeux peut être facilement réglé de façon à contenir un fort pourcentage d'hydrogène et de vapeur   d'eau,   ce qui permet la réduction effective des oxydes de fer se trouvant sur la surface de la bande d'acier en cours de traitement, de 

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 produire une décarburation superficielle de l'acier et, par voie de conséquence,   d'obtenir   une surface débarrassée de tou- tes ses impuretés . 



   La bande d'acier, traitée comme il vient d'être expliqué, est immergée pendant un temps court dans le bain d'aluminium 16, maintenu en fusion dans un four 35 qui peut être d'un type quelconque sous réserve, toutefois, qu'il per mette de maintenir automatiquement et avec une grande précis sion la température du bain à une valeur strictement   détermi.   née, ne devant dépasser que légèrement la température de   soli.   dification de l'aluminium . 



   Dans le cas où la vitesse de déplacement de la bande est lente, le bain suivant le procédé connu dit "au plomb peut être utilisé pour diminuer le temps d'immersion de la ban- de dans l'aluminium en fusion :C'est ce que montre la modifi- cation de la figure 3, suivant laquelle le bain d'aluminium en fusion 16 est contenu dans une cuve sans fond 36, plongée dans le bain de plomb 37;

   le plomb n'ayant aucune affinité pour le fer, la bande immergée passe par le bain de plomb sans que ce dernier affecte en quoi que ce soit sa   surface,   et traverse ensuite le bain d'aluminium 16 en ne restant en contact avec ce dernier que pendant un temps qui peut être très court 
La bande revêtue d'aluminium sort du bain soit par un dispositif d'essorage, non représenté. soit librement La surface du bain peut être protégée contre l'oxydation à la sor- tie de bande, comme on le voit en figure   3,   par un gaz ou un mélange gazeux protecteur qui est amené par le tube 38 dans un caisson formé par la cuve sans fond 36 et son couvercle 39, lequel comporte une fente 40 pour le passage de la bande . 



   Dans le mode d'exécution de la figure 3, la bande aluminiumée subit à sa sortie du bain un traitement   supplémen-   

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 taire qui consiste à porter la surface de la dite bande se dé- plaçant dans un plan vertical, à une température dépassant nettement le point de fusion du revêtement   daluminium,   de fa- çon que ce dernier perde son brillant et acquière une surface    mate, colorée et lisse ;

   éléments de chauffage 41,, qui peu-   vent être d'un type quelconque, sont prévus à cet effet Ce traitement de réchauffage est effectué soit à l'air atmosphé- rique, soit en présence d'une atmosphère spéciale 
Il a été constaté qu'il est possible de fabriquer   @   revêtement mat, qui constitue dans certains milieux une protcc tion particulièrement efficace contre la corrosion, que sur une seule surface des objets aluminiumés ou même sur une partie seulement de surfaces choisies, les surfaces non réchauffées   conservant   le brillant caractéristique de   J'aluminium .   



   La bande est ensuite refroidie en passant dans les moufles calorifugés 42 dont le calorifugeage le nombre et le longueur sont prévues de façon à réaliser ce refroidissement bien progressivement jusqu'à une température située entre   400   et 200  Ci pendant un temps minimum de deux minutes, ce temps de refroidissement progressif pouvent être porté pour une ban- de de forte épaisseur à cinq minutes, et même davantage .

   Les moufles 42 sont disposés de préférence verticalement, comme indiqué en figure 1, la bande étant guidée dans la position verticale par les tambours 43 qui sont également calorifugés      par les raccords 44 ; des orifices de ventilation 45 sont dis posés en haut et en bas de chaque moufle, et ces orifices sont obturés par des registres 46 réglables, de façon à régler le régime de refroidissement de la bande en faisant circuler au- tour   d'elle,   plus ou moins énergiquement, l'air atmosphérique, qui est aspiré par les orifices se trouvant en bas et est   éva@   

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 par le tirage naturel des orifices âe trouvant en haut . 



   La progression de la bande à travers   l'appareil   est assurée dans les conditions précisées plus haut, par les rou- leaux entraîneurs 28. Ces rouleaux peuvent être constitués dans certains cas par les cylindres de travail d'un laminoir, qui tout en assurant la progression de la bande à travers l'ap- pareil, lui donne en même temps un écrouissage léger. parfois désirable* lorsqu'il   s'agit   par exemple   d'un   produit destiné à la fabrication de bottes à conserves .

   A ce   sujet@   il n'est pas sans intérêt de signaler que des bandes d'acier doux ayant été revêtues industriellement par les procédés et moyens sus- indiqués, d'aluminium du commerce (99,5%   d'Al.).   on a pu effec- tuer toutes opérations de pliage, de roulage, de sertissage et d'emboutissage nécessitées par cette fabrication de boites de conserves ou autres emballages, sans que le revêtement d'alu- minium se soit fissuré ou décollé      
Il est certain que   l'on   peut traiter dans les mêmes conditions des objets métalliques sous la forme de fils conti= nus; de tôles séparées, ou d'objets isolés de forme quelconque;

   qui seraient déplacés à l'intérieur du dispositif   ci-¯.dessus   décrit au moyen d'un transporteur quelconque 
REVENDICATIONS   1   Procédé de métallisation à chaud suivant lequel les objets portés à la température de traitement thermique pré- alable sont soumis, avant leur immersion dans un bain de métal de revêtement en fusion, à un refroidissement jusqu'à une tem- pérature ayant strictement la même valeur que celle du bain^ ce dernier étant maintenu à une température strictement constante et légèrement supérieure au point de fusion du métal de revê- tement .

Claims (1)

1. 2 - Procédé diaprés la revendication 1 qui consiste à déplacer continuellement les objets en cours de traitement <Desc/Clms Page number 11> avec une vitesse automatiquement variable et inversement pro- portionnelle à la section des dits objets .

   3 - Procédé de métallisation à chaud suivant lequel les objets à traiter sont portés à la température de traite- ment thermique préalable dans l'hydrogène, ou dans un mélange d'hydrogène et d'azote à forte teneur d'hydrogène -75% d'hy- drogène et 25% d'azote à titre d'exemples ;

   un autre mélange gazeux, composé uniquement d'azote et d'une petite quantité d'hydrogène -95% d'azote et 5% d'hydrogène à titre d'exemple- est utilisé comme milieu dans lequel s'effectuent consécutive- ment le maintien de la ldite température de traitement thermique et le refroidissement des objets traités avant leur immersion dans le bain de revêtement 4 - Procédé d'après la revendication 3 qui consiste à faire circuler les deux mélanges gazeux dans le sens opposé au sens de déplacement des objets traités et à introduire dans le mélange à forte teneur d'hydrogène une quantité strictement dosée de vapeur d'eau $ 5 - Procédé d'après les revendicatbns 1 à 4 qui consiste à faire circuler les deux mélanges gazeux suivant des parcours nettement distincts,

   de manière à pouvoir produire et doser les dits mélanges séparément, le mélange à forte teneur d'azote parcourant un circuit fermé pour être Técupéré et réu- tilisé 6 - Procédé d'aluminage à chaud de l'acier suivant lequel les objets traités en sortant du bain de revêtement sont refroidis progressivement jusqu'à la température de 400 - 2000 C pendant un temps minimum de deux à cinq minutes 7 - Procédé d'aluminage à chaud des objets d'acier, se présentant sous forme de bandes,

   suivant les revendications 1 à 6 qui consiste à écrouir légèrement les objets alumiaiumés en même temps qu'en assurant l'entraînement pendant la métalli- sation de tels objets <Desc/Clms Page number 12> 8 - Procédé d'aluminage à chaud des objets ferreux suivant l'une des revendications précédentes qui consiste à réchauffer les objets sortant du bain à une température nette- ment supérieure à celle du bain, ce réchauffage étant appliqué sur la totalité de la surface ou seulement sur une partie des surfaces des objets revêtus .

   9 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suc- visé, comportant un four (4), un refroidisseur (15) et un bain de revêtement (16) adjacents, un four de maintien en fusion (35) les appareils de régulation automatique de température des deux fours un régulateur pyrométrique automatique (17), avec son élé- ment sensible (18) placé dans le refroidisseur, qui rend automa- tiquement par des moyens électriques la vitesse de déplacement des objets traités inversement proportionnelle à la section de ces objets ..

   10 Dispositif suivant la revendication 9 compor- tant dans le refroidisseur le ou les orifices d'introduction du mélange gazeux à forte teneur d'azote (32) et dans le four (4) le ou les orifices d'introduction d'hydrogène ou de mélange à forte teneur d'hydrogène.

   11 - Dispositif suivant les revendications 9 et 10 comportant des moyens pour faire circuler les deux mélanges ga- zeux dans le sens opposé au sens de déplacement des objets traités, le ou les orifices d'aspiration de mélange à forte teneur d'azote (34) placé dans la zone de maintien à la tempé- rature (14) du four, des moyens de récupération, de purification et de réutilisation de ce mélange .

   12 - Dispositif suivait les revendications 9 à 11 comportant : des moyens pour introduction dans la zone de chauf fage (13) du four d'une quantité strictement dosée de vapeur d'eau: deux contacteurs électriques (20 et 21), dont un est ac- tionné par le régulateur pyrométrique (17) au cas où la tempéra- <Desc/Clms Page number 13> ture des objets immergés est plus grande que celle du bain et dont l'autre est-actionné dans le cas contraire ; moteur ser- vocontroller (19) pour le palpage périodique des contacteurs;

   un servo-moteur (22), dont le sens de rotation est contrôlé pa les contacteurs et la durée de rotation par le servo-controller qui agit dans lsens voulu sur la commande de variation de vi- tesse (27) du mécanisme d'entraînement des objets traités (28)-- 13 Dispositif pour aluminage de l'acier suivant les revendications 9 à 12 comportant des moufles de refroidis- sement progressif (42) des objets sortant du bain. des éléments de réchauffage (41) pouvant être intercalés entre le bain et . les moufles.

   14 - Dispositif suivant l'une des revendications prie oédentes comportant une botte d'enfournement (3) pourvue de feuilles métalliques (7) formant des rideaux d'étanchéité rené plaçables en marche par des fentes (6).