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Métnode d'application de revêtements ae métal pulvérisé sur des objets solides.
L'invention est relative à de nouveaux et utiles perfectionnements dans l'application de recouvrements de me- tal pulvérisé sur des objets solides*
La pratique industrielle des recouvrements métalliques est frequemment appliquée à des objets solides sous forme de pulvérisation de metal. Dans ce but, le métal à appliquer est projeté contre la surface à recouvrir sous la forme d'un jet pulvérise, dont les particules se prouvent à l'état fondu ou plastique à chaud.
Generalement, la pulvérisation métallique s'exécute à l'aide de pistolets pulvérisateurs-projeteurs de métal, c'est à dire des appareils dans lesquels le métal est amené jusqu'à une zone de chauffage, d'où des particules mé- talliques, dont au moins certaines d'entre elles sont fondues
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ou en un état plastique à chaud, sont projetées contre la surface à metalliser. La protection peut être réalisée par centrifugation ou soufflage d'air ou d'un autre gaz.
Une des formes les plus largement utilisées d'appareil à pulvériser consiste en un pistolet pulvérisateur-projeteur utilisant le métal à pulvériser sous la forme de tige ou de fil, qui est amené par un mécanisme d'avancement approprie dans une zone de chauflage, laquelle est obtenue par la combustion d'un combustible et d'un gaz entretenant la combustion. Une telle tige ou un tel fil peut être une tige ou un fil de ce métal ou éventuellement peut être constitué,par des particules de ce métal réunies ensemble par un liant approprié tel qu'un matériau plastique. Dans ce dernier cas, le liant est habi- tuellement d'un type qui se volatilisera sous l'action ae la chaleur émise dans le pistolet pulvérisateur.
Du metal pulvérisé est utilisé dans un grand nombre d'applications, par exemple pour protéger une surface, telle que la surface d'un arbre ou d'une douille contre la corro- sion, pour exécuter un revêtement des particularités décora- tives ou porteuses désirées, ou pour reconstituer des parties usées de certaines pieces.
Pour exécuter des revêtements en metal pulvérise, spécialement pour former ou reparer des paliers ou d'autres surfaces de travail de pièces de machines, il est essentiel que le métal pulvérise appliqué adhère à la surface à la-quel- le il est applique avec un degré élevé d'accrochage, sinon le métal pulvérisé appliqué peut s'égailler.. Dans le but de garantir le degré requis d'accrochage, la surface sur laquel- le le métal pulvérisé doit être appliqué subit généralement une préparation préalable convenable.. Dans le passé un tel traitement préalable était généralement de deux sorte s : pi que- tage en vue de rendre la surface rugueuse,et chauffage,..
Ce piquetage s'exécutait mécaniquement et aussi par dépôt de métal au moyen d'un procède de fusion électrique.
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Le piquetage mécanique d'une surface métallique pour rendre celle-ci apte à recevoir et à retenir le métal pulvé- rise applique doit être d'un type comprenant la formation d'- un grand nombre de cavités étroitement espacées présentant des arêtes rabattues et évasées et des intervalles formant une multitude ae rainures. Précédemment, la méthode la plus géné- rale pour obtenir de telles surfaces était le soufflage de sable ou de gres,, Cependant, le soufflage de sable ou de gres ne donne pas satisfaction en de nombreux cas, et souvent il ne fournit pas une surface capable d'accrocher le métal pul- vérisé appliqué avec un degré satisfaisant d'accrochage.
Le metal pulvérisé et projeté a tendance à se contracter et en de nombreux cas une surface traitée au jet de sable ou de grès ne donne pas une surface d'accrochage suffisante pour empê- cher que le recouvrement de métal se sépare de son support d'application spécialement sous certaines conditions de tra- vail. En outre, beaucoup de pièces de machines ou analogues, par suite de leur configuration ou de leur relation structu- rale par rapport à d'autres pièces, ne conviennent pas pour être traitées au jet de sable ou de grés.. L'un des inconvé- nients fondamentaux du traitement par sablage est du au fait que le sablage produit des efforts de compression dans la sur- face sablée, lesquels provoquent souvent des gauchissements de l'objet sablé, spécialement lorsque cet objet a une sec- tion relativement mince.
Une autre méthode pour rendre mécaniquement rugueuse une surface en vue d'y accrocher du metal pulvérisé est réa- lisée par une machine piquetant une surface à recouvrir d'une manière spéciale capable de produire les caractéristiques su- perficielles prémentionnées, qui sont essentielles pour ac- crocher le métal pulvérisé. Cependant, cette méthode de pi- quetage superficiel est telle qu'elle présente les mêmes
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restrictions et les mêmes défauts particuliers que ceux qui résultent du sablage.
Il existe une restriction fondamentale propre à toutes les méthodes mécaniques utilisées jusqu'à présent pour rendre les surfaces métalliques capables d'ac- crocher de manière satisfaisante le métal pulvérisé appliquée Cette restriction réside dans le fait que ces méthodes ne sont pas applicables à des articles ou des surfaces en métal ayant subi la trempe. Ainsi, la surface de beaucoup de pièces trempées, par exemple ne peut pas être préparée convenable- ment par des procèdes mécaniques, tels que sablage ou dégros- sissage. Quoique des pièces mécaniques partiellement trempées ont éte traitées au jet de sable en utilisant un produit très dur tel qu'un abrasif à base dioxyde d'aluminium, néanmoins l'accrochage obtenu est habituellement tres peu satisfaisant.
Des métnoaes électriques pour fondre un métal d'élec- trode sur un support métallique ou le souder à celui-ci en vue d'obtenir une surface rugueuse constituée par le métal d'électrode appliqué ont été utilisées comme moyens de prépa- ration de surfaces métalliques destinées à recevoir et à ac- crocher du métal pulvérisé appliqué. Mais, ces méthodes avaient le défaut d'exiger une installation speciale et coûteuse de transformation du courant électrique et étaient en outre d'- application limitée du fait que le piquetage ou préparation de surfaces par ces méthodes, est lente et pénible et exige une habileté considérable de la part de l'opérateur.
Une des plus importantes restrictions apportées aux methodes électri- ques de préparation de la surface traitée réside dans le fait qu'un faible accrochage peut être réalisé par megarde par un opérateur par suite de ce que dû,-, métal d'électrode déposé sous faible épaisseur ne peut être aisément différencié de celui qui est convenablement appliqué, Une autre restriction des methoaes électriques de préparation de la surface à trai- ter se trouve aans le fait que ces méthodes provoquent un
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chauffage localisé du support métallique aux Températures relativement élevées. Un tel chauffage provoque frequemment des modifications dans la structure du support métallique, ce qui diminue la résistance à la- fatigue du support métalli- que.
Un autre inconvénient de la méthode électrique de fusion ou de soudage du métal d'électrode sur un métal de base pour obtenir une surface rugueuse est du au fait qu'une telle mé- tnode tend à produire des efforts de traction dans la surface de l'objet traité et ces efforts provoquent souvent du gauchis- sement, spécialeme nt dans le cas d'objet; de section relative- ment mince.
La méthode de préparation par chauffage de la surface en vue d'accrocher à un support métallique un métal projeté sur elle implique le chauffage de la surface à une température relativement élevée et ensuite la projection du métal sur la surface échauffée. ette méthode n'est pas largement employée et exige d'une manière générale une habileté considérable et un outillage perfectionne et elle est relativement coûteuse., En buire, dans la plupart des cas, la Température à laquelle la surface ou le support doit être chauffé est si élevée qu'- elle tend à gauchir ou à détruire l'objet sur lequel le métal projeté est appliqué..
Une autre restriction dans la méthode de chauffage pour réaliser l'accrochage réside dans le fait que la plupart des métaux s'oxydent à un degré inadmissible lorsqu'ils sont chauffés à l'air. Une autre restriction in- hérente à la méthode de chauffage consiste en ce qu'elle n'et pas réalisable avec la plupart des objets en métal trempé, parce qu'ils s'adouciront et ainsi perdront leur trempe, s'ils sont chauffés aux températures nécessaires pour garantir au métal de projection qui leur est appliqué le degré d'accrocha- ge désiré.
Voilà la restriction fondamentale inhérente à prati- quement toutes les méthodes de préparation utilisées jusqu'ici pour rendre les surfaces métalliques capables d'accrocher de manière satisfaisante le métal de projection applique. Cet-
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te restriction réside dans le fait que toutes les méthodes de préparation utilisées jusqu'ici affectent malheureusement matériellement la nature superficielle du support auquel elles sont appliquées et toutes ces méthodes exigent un travail dis- tinct et coûteux de préparation préalaole de la surface du sup- port avant que la projection de métal pulvérisé puisse être exécutée*
Un objet de l'invention comprend notamment une métho- de d'application de métal de projection sur des burfaces de matériau
inorganiques y compris des surfaces métalliques et non métalliques, et parmi celles-ci de préférence des surfaces vitreuses telles que le verre ou la céramique; la dite metho- de est en substance exempte; des restrictions susmentionnées inhérentes aux pratiques connues jusqu'ici,.
Un autre oojet de cette invention est de réaliser une méthode d'accrochage de metal de projection à des sur- faces et specialement à des surfaces métalliques et à des surfaces vitreuses non métalliques, telles que le verre et d'autres surfaces vitreuses, y compris les céramiques, la dite méthode n'affectant matériellement pas plus qu'une cou- che mince de la surface sur laquelle le métal de projection est appliqué.
Un autre objet de l'invention encore est constitué par les objets métallisés nouveaux, dans lesquels le métal projeté adhere à la surface de support d'une maniere nouvel- le et avec un degre eleve d'accrochage,..
Les objets prementionnés de l'invention et d'autres encore peuvent être compris grâce à la description suivante:
L'invention constitue essentiellement un perfection- nement de la méthode d'application de métal projeté sur une surface inorganique, specialement sur une surface métallique ou sur une surface d'un matériau vitreux non-metallique, en
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assurant un degré élevé d'accrochage; la dite méthode com- prend la préparation d'une telle surface en vue de l'accro- chage de métal projeté en projetant sur elle au moins un re- vêtement plaqué de molybdène et en projetant ensuite du métal sur la surface ainsi recouverte.
L'invention s'applique spécialement aux surfaces qui ne sont pas habituellement propres à recevoir et à retenir le métal de projection appliqué avec le degré désiré d'accro- chage, telles que par exemple des surfaces relativement lis- ses. Aucune autre condition ni de traitement à chaud n'est requis. suivant une large conception de l'invention, le mo- lybdène projeté sur la surface,à recouvrir par après d'un mé- tal de projection,peut être appliqué sous toute épaisseur de- siree.
A titre de limite inférieure, un revêtement lisse de molybdène suffit, c'est à dire un revêtement relativement mince comme on peur l'ootenir, par exemple, par une applica- tion re lati vement rapide en une ou deux reprises à l'aide du pistolet de projection de molybdène et ne formant pas néces- sairement un revêtement continu.
Cependant, plus le recouvre- ment est contenu, meilleure sera la force d'accrochage avec laquelle le métal de projection ultérieurement appliqué ad- herera à la surface du support, bi l'on ne desire qu'un ac- crochage relativement faible, c'est à dire comme par exemple dans le cas de projection de revêtements relativement minces de métaux à bas point de fusion, un plus petit degré de con- tinuité du recouvrement plaqué (flash) est requis qu'il ne serait nécessaire si, par exemple, on devait appliquer un revêtement plus épais d'un métal à point de fusion plus élevé..
Dans ce dernier cas, les exigences plus grandes d'accrochage nécessitent une plus glande continuité du revêtement plaque.
Cependant, pour obtenir de meilleurs résultats, on a trouvé
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avantageux d'appliquer un revetement en substance continu de molybdène sur le support, suivant la réalisation prefe- ree de l'invention, on recommande un revêtement de molybde- ne en substance continu d'au moins 0,017 mm. et de prefe- rence 0,05 mm. d'épaisseur. La limite supérieure du revête- ment de molybdène est uniquement dictée par des consi aéra-- tions pratiques et économiques. Une fois que l'on a appliqué un revêtement d'épaisseur répondant aux caractéristiques d'- accrochage désirées, toute épaisseur supplémentaire n'amé- liorera pas en substance les caractéristiques d'accrochage de la couche de molybdène..
La, projection du métal est de préférence réalisée- au moyen d'un pistolet à métalliser avec emploi d'un fil ou d'une tige comme source de métal.
Le molybdène, que l'on peut utiliser conformément à l'invention, peut être du molybdène pur ou un alliage ou une comoinaison de molybdène. Dans ce dernier cas, une te- neur relativement élevée de molybdène est préférée sous la forme d'un alliage ou d'une combinaison contenant 90% ou plus de molybdène. On peut cependant employer tout alliage de mo- lybdene ayant une teneur de 40% ou plus de molybdène et al- lié à tous autres métaux, qui sont connus pour s'allier au molybdène..
Partout où l'expression "molybdene" est ici employée elle est destinée à designer ainsi du molybdène substantiel- lement pur aussi bien que des alliages ou des combinaisons contenant au moins 40% de molybdène. En cas de référence à une combinaison de molybdène, on désignera ainsi une combi- naison contenant du molybdène métallique finement divisé en combinaison avec d'autres éléments ou métaux et pas neces- sairement alliée à ces derniers.
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La surface de l'objet à métalliser peut être parfai- lement lisse et par suite aucun piquetage (pour la rendre rugueuse) ou autre traitement de préparation qu'un nettoya- ge (si c'est nécessaire) n'est requis,. La surface à métal- liser au moyen de molybdène sera cependant une surface pro- pre. Le nettoyage peut se faire de manière satisfaisante de différentes façons, telles que par abrasion, léger sablage, décapage à l'acide et procédés analogues. Ces procèdes doi- vent être spécialement utilisés lorsque la présence d'oxydes sur la surface est à craindre. Si la surface est relativement exempte d'oxydes et doit plutôt être débarrassée de particu- les poussiéreuses ou de matière graisseuse, il peut suffir de nettoyer cette surface au moyen d'un solvant approprie- ou analogue.
Ordinairement, lorsque les métaux ont été usi- nes sans lubrification ou refroidissement, une surface ap- parait suffisamment propre pour être immédiatement métalli- sée au moyen de molybdene. Dans le cas du verre, le degré d'adhésion de l'application de métal projeté sur le support peut encore être augmente, si on le désire, si la surface de verre est légèrement abrasée ou dépolie par exemple par décapage à l'acide, un léger meulage ou analogue. Ceci peut être spécialement avantageux lorsqu'on projette sur une sur- face de verre relativement froide pour contrecarrer ou amen- der les effets d'un choc possible résultant de la chaleur.
Tout métal,qui est capable d'être projeté à l'état pulvérisé, peut dès lors être projeté directement sur la surface recouverte de molybdène. Le métal final à projeter est choisi suivant ses caractéristiques en vue de se prê- ter aux exigences du travail spécial à effectuer. Par exem- ple, le tourillon d'un arbre rotatif peut exiger un métal dur et compact pour tourner dans un palier. Dans un cas de ce genre, le métal à utiliser sera un acier à haute teneur
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en carbone.
Le tourillon sera d'abord suffisamment dégrossi par exemple par usinage ou meulage, en vue de présenter un espace pour l'application du métal projeté, du molybdène ap- proprie sera alors projeté sur la surface dégrossie de l'- arbre jusqu'à une épaisseur par exemple de 0,05 mm. à 0,075 mm., et en suite l'acier à haute teneur en carbone sera pro- jete sur la section du tourillon jusqu'à une épaisseur suf- fisante pour permettre l'usinage ou le meulage de la surface métallisée jusqu'à la dimension finale desirée pour le tou- rillon.
Parfois, il est avantageux de préchauffer la surfa- ce de l'objet à métalliser avant la projection de molybdène pulvérisé ou après cette projection et avant la projection du revêtement final de métal pulvérise.. Dans l'un et l'autre cas, le préchauffage tend à réduire la tension dans le re- vêtement final projeté et il est exécuté à relativement bas- ses températures (si on compare aux températures requises par les métnoaea' d'accrochage à chaud).. Les Tempéra'cures de prechauffage sont de l'ordre de grandeur de 1495 C envi- ron. Dans le cas d'objets en verre ou en céramique, un pré- chauffage léger peut parfois être avantageux pour reduire l'effet de choc provoque par la chaleur sur le verre.
Le choc provoque par la chaleur se produit parfois,lorsque l'on métallisé du verre, en des points localisés où des particules de métal chaud pulvérisé frappent le verre froid et provoquent des tensions qui deviennent ultérieurement les foyers de fractures localisées.
Il est aussi parfois avantageux de prevoir des sillons ou des stries ou d'autres formes d'un contour ir- régulier sur la surface du support à métalliser. Des sillons ou autres contours irreguliers remplissent plusieurs fonc- tions avantageuses, quoiqu'elles ne soient pas une condition
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nécessaire du procède d'accrochage expose dans la pre&ente invention. Une des fonctions avantageuses des sillons ou autres contours irreguliers du support consiste dans l'- accroissement d'étendue superficielle que ces contours pro- voquent, d'où resulte pour le métal pulverisé une augmenta- tion d'accrochage grâce à l'accroissement de la surface d'- accrochage.
Une autre fonction avantageuse de ces contours est constituée par l'effet salutaire sur la structure de la couche de métal pulvérisé. (;et effet salutaire est du au plissement des couches stratifiées de cette structure du métal pulvé ri sé. Les structures de métal pulvérisé résultant de metallisation d'une surface présentant un contour irre- gulier sont généralement plus résistances grâce au plisse- ment de stratifications ou laminations que les structures résultant de la pulvérisation du même métal sur une surface substantiellement plane.,
Un des principaux avantages commerciaux de cette in- vention ne réside pas seulement dans la réduction des frais résultant de l'élimination de la phase de préparation de la surface antérieurement requise,
mais frequemment aussi dans la suppression de la pulvérisation au métal supplémentaire nécessaire pour remplir les contours irréguliers et autres espaces produits par les méthodes de dégrossissage lors de la préparation superficielle, et encore également dans l'éco- nomie du temps supplémentaire et des frais requis par l'usi- nage ou le meulage de la surface métallisée finale.. Lorsque l'on emploie des méthodes destinées à rendre la surface ru- gueuse, les contours rugueux du support sont partiellement reproduits sur la surface finale et ils doivent être suppri- mes par usinage ou de toute autre manière, si l'on doit ob- cenir une surface plane.
En utilisant la méthode conforme à, la présente invention, il est possible pour la première fois
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d'appliquer des revêtements de métal pulvérisé à des surfa- ces lisses, sans devoir employer une chaleur excessive ou des méthodes permettant de rendre les surfaces rugueuses et par suite de réduire l'importance de la métallisation et aus- si l'importance de l'usinage et du meulage finals requis pour métalliser une pièce de machine déterminée*
Un avantage marquant des objets métallisés réalisés conformément à cette invention consiste dans le fait que le recouvrement de metal pulvérise peut avoir une épaisseur ex- trêmement faible et peut même affleurer le support produisant un revêtement pourvu d'un bord en biseau qui restera ferme- ment accroche au support.
Dans les anciennes méthodes de pré- paration de la surface, specialement dans les méthodes com- portant un dégrossissage mécanique, des revêtements minces de ce genre comportant des bords en biseau notaient pas pra- tiques par suite de manque d'accrochage en des zones locali- sées adjacentes aux sections très minces du revêtement de métal pulvérisée conformément à la présente invention, il est tres pratique non seulement de choisir le molybdène ou un allia- ge ou une combinaison de molybdène comme premier revêtement à appliquer sur la surface de l'objet à traiter, mais aussi d'employer le même ou un différent molybdène, alliage ou com- binaison de molybdène comme revêtement de métal pulvérisé ap- pliqué ultérieurement. Dans ce cas le revêtement entier pour- rait être constitue par le même molybdène ou alliage de mo- lybdène.
L'emploi de molybdène pour la couche de métal pul- vérisé appliquée ultérieurement est spécialement avantageux pour des revêtements peu épais, tels que ceux qui pourraient être utilisés pour réparer dés surfaces usées ayant suppor- té la pression de montage d'un arbre qui est pressé à l'in- térieur d'un moyeu. :Pans de tels cas, il n'est pas nécessai- re de dégrossir l'arbre par usinage ou meulage de la manière
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habituelle, puisque aucun espace additionnel, le plus petit soi-il, n'est requis pour le métal pulvérisé. Les suifaces usées sont métallisées au moyen de molybdène et ensuite meu- lées jusqu'à dimension..
Dette façon de procéder produit des revêtements tres minces présentant des bords en biseau à proximité des extrémités de la soupape usee. Deci ne peut pas être réalisé d'une manière satisfaisante d'après les méthodes connues anciennement d'accrochage du métal pulvéri- sé par préparation de la surface.
Lorsque, suivant l'application préférée du molybdène, on utilise un pistolet à metalliser du type à fil pour rea- liser la présenta invention, il est préférable d'utillser une tige ou un fil de molyodene parfaitement pur obtenu par agglomération de molybdene en poudre.. Une telle tige ou un tel fil aggloméré peut être pulvérisé directement dans un tel pistolet à métalliser, mais il est préferaole de traiter mécaniquement le matériau agglomere par matriçage et ou par é.tirage pour produire la tige ou le fil final.
Quoique l'application d'un second métal sur le pre- mier revêtement d'alliage de molybdène appliqué sur l'objet à métalliser a été précédemment traitee, il est évident qu'- un nombre quelconque de métaux différents peuvent être ul- terieurement appliqués pour former autant de couches de dif- ferentes sortes de métaux que l'on désire.
Les exemples suivants sont donnes à titre démonstra- tif mais non limitatif:
Exemple 1.
Un arbre en acier au carbone ayant une teneur en caroone de 0,45%est d'abord monté sur un tour et la surfa- ce à reparer au moyen de métal pulvérisé est d'abord amenée par un outil de coupe à un diamètre tel qu'il reste suffi- samment d'espace pour l'épaisseur desiree du revêtement de
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metal pulvérise a appliquer ultérieurement, Dans ce cas, le revêtement desire doit avoir une épaisseur approximative de 0,762 mm. et il est désirable que le rêve cernent de métal pulvérisé une fois terminé atteigne le diamètre primi'cif de l'arbre. (;,est pourquoi le diamètre primitif de l'arbre est réduit de 1,52 mm.. par rapport au diamètre primitif tout le long de la surface à métalliser.
Cette coupe par l'outil sur le tour s'effectue à sec en utilisant ni lubrification ni refroidissement afin d'évi- ter toute souillure de la surface métallique.-
Un placage (flash coating) de molybdène présentant dans ce cas une epaisseur approximative de 0,050 mm. est alors applique par metallisation sur la surface dégrossie de l'arbre.. Ce recouvrement est appliqué à l'aide d'un pistolet connu du type à alimentation par fil utilisant du fil de molybdène agglomère et etire d'un dia- metre de 2,31 mm. Da tuyère du pistolet est maintenue à une distance de 127 mm.environ de la surface de l'arbre..
Le pis- tolet est regle de manière à ne pas présenter une flamme trop oxydante, rendant l'application du recouvrement de molybdène, an fait tourner l'arbre sur le tour et on déplace le pistolet de maniere à faire parcourir rapidement par le 3 et la surface de l'arbre dans le but d'appliquer l'épaisseur désirée de mo- ly baene en deux passes environ du jet.
Après application du recouvrement de molybdène, on applique un recouvrement de métal pulvérisé, soit de l'acier inoxydable du type 18-8. Ce revêtement est appliqué au moyen du même pistolet metallisateur, en utilisant dans le pisto- let un fil d'acier inoxydable d'un diamètre de 3,175 mm et en employant un procède courant de métallisation,'lequel con- siste a déplacer le pistolet metallisateur de long en large. au-dessus de l'arbre en rotation de manière suffisamment ra- pide pour produire des couches d'une épaisseur approximative de 0,127 mm, a chaque passe du pistolet. La tuyère du pisto-
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let est maintenue, à une distance d'environ 152 mm. de la surface de l'arbre.
La métallisation est continuée jusqu'à ce; que le revêtement ait atteint un diamètre approximati- vement supérieur de 0,381 mm. au diamètre primitif de l'ar- bre.
Le revêtement en acier inoxydable pulvérisé est meulé jusqu tà être ramené au diamètre primitif de l'arbre en utilisant dans ce but un appareil à meuler connu .
Exemple 2.
On utilise une plaque d'acier doux finie à froid de diamètre approximatif de 50,8x76,2x3,175 mm., cette der- niere mesure étant l'épaisseur. Une face plane de la plaque est nettoyee au papier d'emeri fin de maniere à donner une surface propre et en substance lisse.
Un placage de molybdène dans ce cas d'une épaisseur de 0,076 mm. approximativement, est applique ensuite par projection sur la surface nettoyée de la plaque.. la projec- tion est réalisée au moyen d'un pistolet à métalliser connu du type à alimentation par fil et l'on utilise du fil de molybdène d'un diamètre approximatif de 2,31 mm. Le recou- vrement est appliqué en déplaçant le pistolet de maniere à obliger le jet à parcourir la plaque dans une mesure telle que l'application du recouvrement de molybdène s'effectue en cinq passes, en maintenant le pistolet à une distance approximative de 152 mm.
,
Un acier à haute teneur en carbone contenant approxi- mativement 0,8% de carbone est alors projeté sur la surface métallisée de la plaque en utilisant le même pistolet métal- lisateur et un fil d'acier de 3,175 mm. Le pistolet est manoeuvre de maniere classique et un recouvrement est appli- que en déplaçant le pistolet de façon à obliger le jet à
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parcourir la piece dans une mesure telle que l'on dépose en une passe entre 0,076 et 0,17 mm.d'acier environ. La métallisation est continuée jusqu'à l'obtention sur la pla- que d'un revêtement métallique d'environ 3,175 mm d'épaisseur.
Exemple 3.
Une plaque semblable à celle préparée dans l'Exem- ple est préparée de la même manière et métallisée au moyen d'une couche de molybdène de la même manière que celle décri- te dans l'Exemple . Après projection de la couche de molyb- dène, on applique un revêtement de bronze d'aluminium (envi- ron 9% d'aluminium) en utilisant le même pistolet métallisa- teur et en opérant de la même manière que celle décrite ci- dessus à propos de l'Exemple 2 dans le cas d'application d'- acier à haute teneur en carbone.. Le bronze d'aluminium est appliqué jusqu'à l'épaisseur finale de 3,175 mm. approxima- ti vement.
Exemple 4,. omme moyen d'évaluation de la force d'accrochage entre les recouvrements métallisés et le support, on a réa- lisé l'essai suivant:
On prépare des plaques, comme exposé ci-dessus dans les Exemples et 3. Ues plaques sont constituées par des plaques en acier doux pourvues de recouvrementsminces de molybdène pulvérisé et de recouvrements de 3,175 mm. approxi- mati vement d'acier à haute teneur de 'carbone et de bronze d'aluminium respectivement. Une extrémité de chaque plaque est rendue lisse de maniere à mettre à nu la- démarcation en- tre le métal pulvérisé et le support.
Des parcelles de ces recouvrements sont enlevas des plaques d'acier en disposant
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le tranchant d'un burin au bord de la surface de traitement à la limite entre le revêtement métallique et le support, et en chassant ensuite le burin. On examine alors à la fois les parcelles enlevées du revêtement et la surface mise à nu du support. Les parcelles d'acier projeté à haute teneur de car- bone montrent des revêtements continus de molybdène projeté sur le côte de la parcelle voisine de la plaque, et la pla- que à laquelle elles sont accrochées montre aussi un revê- tement continu de molybdène..
Les parcelles de bronze d'alu- minium ne montrent pas de traces de molybdène sur la surface voisine de la plaque et la plaque,, dont elle s ont eté séparées, montre un revêtement continu de bronze d'aluminium recouvrant le revêtement de molybdène projeté.
L'épreuve montre que la résistance de la couche de molybdène dans une direction perpendiculaire à la plaque est plus élevée que la résistance interne du bronze- d'aluminium projeté dans la même direction, mais plus faible que la ré- sistance de l'acier projeté à haute teneur de carbone dans cette direction*
Exemple 5.
L'exposé ci-après montre mieux encore avec quelle force le revêtement de metal pulvérisé adhère à la base sur laquelle il est appliquée
On emploie une éprouvette prise nors d'une barre d'acier doux fini à froid d'environ 25,4 mm. de diamètre et de 50,8 mm. environ de longueur. On fore coaxialement un trou de 9,5 mm. par le centre de la tige. Une tige d'- acier doux finie à froid est alors introduite dans la barre, de maniere à s'y trouver serrée tout en pouvant glisser; elle se prolonge légèrement au-delà de la première extrê- mite de la barre en laisant un bout extérieur à la seconde
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extrémité pour former poignée.
La Tige est alors maintenue dans cette position dans le trou axial et est meulée jus- qu'à ras de la première extrémité de la carre tout en devenant parfaitement lisse. Utilisant l'appa.reillage et le procédé décrits par exemple dans lExemple 2, on fait une application de molybdène so us une épaisseur de 0,076 mm. sur la surface meulee en recouvrant toute la première extrémité, y compris le bout arase de la tige. La tige est alors retirée, d'où sé- paration par cisaillage du revêtement appliqué sur le bout de la tige du revêtement appliqué sur la première extrémité de la barre en formant une arène relativement vive.
Après ebar- oage superficiel de sa surface, le tige est replacée dans sa position primitive, les surfaces recouvertes de molybdène affleurant au même niveau l'une par rapport à l'autre. De 1'- acier à 10% de caroone est alors projeté de la façon exposée dans l'Exemple ± jusqu'à une épaisseur de 3,175 mm.
L'éprou- vette ainsi préparée est alors placée dans un appareil d'- essai, dans lequel une traction mesurable est exercée sur la partie formant poignée de la tige et on vérifie la valeur en kilogs de la traction qui est requise pour détacher la tige du métal pulvérisé appliqué sur elle. Dans ce cas, la traction totale requise divisée par la surface de l'extrémité métalli- see de la tige donne la force de fraction en kilogs par milli- mètre carré de l'accrochage existant entre la surface de la tige et le métal pulvérisé appliqué. Dans le présent cas, la force d'accrochage au travail est d'environ 35,7 kilogs par mmê. le defautese produit dans le revêtement de molybdène..
Le pistolet à métalliser du type à fil utilisé, dans les exemples décrits ci-dessus possède une capacité normale pour projeter par heurµ environ 4,54 kilogs de fil d'acier à 10% de carbone sous une épaisseur de 3,175 mm.. Des pistolets de capacité differente ou d'autres appareils à métalliser de
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types divers peuvent être utilisés, dans ce cas les condi- tions speciales de travail doivent être adaptees à celles qui règlent le procède normal de projection de l'appareil- lage special utilisé, et si c'est nécessaire il faudra pren- dre les précautions ou dispositions appropriées pour éviter un régime oxydant excessif..
Le fil de molybdène utilisé, dans les divers exemples précédents est un fil de molybdène du commerce, aggloméré et étire, conventionnellement désigne sous le nom de " Fini oxyde noir - non recuit Il. C'est un fil de molybdène substan- tiellement pur. D'autres fils ou tiges de molybdène ou d'al- liages ou de composes de molybdène peuvent remplacer le molyb- dène déterminé utilisé dans les exemples précités avec de bone résultats.
Il en est ainsi par exemple du fil ou des tiges de molybdène désignes commercialenent sous les noms de "épuré. à l'hydrogène puis recuit" et "épuré chimiquement et à l'- hydrogène puis recuit", et également de ces alliages ou com- posés de molybdène tels que le 50-50 molybdène-tungstène, le 60-60 molybdène-tungstène et le 70-molybdene 30-fer, et ana- logues.
On obtient des caractéristiques d'accrochage spécia- lement fortes en utilisant le recouvrement de molybdène avec les alliages d'acier, y compris les alliages inoxydables d'- acier et aussi les alliages d'aluminium et les alliages de magnésium.
Conformément à l'invention, on peut préparer un nom- bre quelconque ae support en combinaison avec un nombre que.1- conque ae métaux appliqués par projection. Des échantillons d'essai de différences combinaisons qui furent prépares en utilisant l'appareillage et les procèdes exposés à propos des exemples précédents, présentèrent dans chaque cas une adhésion satisfaisante du métal pulvérisé appliqué sur le support, le -défauts apparaissant d'habitude sous forme de
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crique soit dans le molybdène soit dans le métal pulvérisé s uperpo sé. A titre d'exemple, les métaux convenant comme support comprennent par exemple l'acier, l'acier au carbone:
et d'autres alliage s d'acier et de fer à l'état doux ou trem- pé, y compris la fonte, le nickel et les divers alliages de nickel, tel que le métal monel, inconel et analogues, le cuivre et les divers alliages de cuivre, y compris le laiton, le zinc, le plomb, l'étain, l'aluminium et les alliages d'- aluminium, le magnésium et les alliages de magnésium, les composés ou alliages chrome-cobalt et/ou-tungstene.
Les métaux à pulvériser suivants peu vent être appliqués sur ces supports : aluminium et alliages d'aluminium, cuivre et al- liages de cuivre, y compris bronzes et bétons, acier, al- liages d'acier, de zinc, de plomb et d'alliages de plomb, y compris le metal babbitt, étain et divers autres métaux habituellement utilisés en vue de la métallisation. rendant les opérations de métallisation, il est opportun, comme il est exposé par exemple dans les exemples, d'éviter tout danger d'oxydation pendant la métallisation..
La raison en est qu'une oxydation excessive des particules très divisées du molybdène affaiblit le caractere adhésif du recouvrement de métal pulvérise appliqué en dernier lieu sur le support. Un état d'oxydation excessif peut être évi- te en faisant avancer le fil de molybdène au travers du pis- tolet à une vitesse relativement faible et en utilisant aus- si peu d'oxygène que possible tout en réalisant une tempéra- ture suffisamment élevée dans la zone de fusion.
En certaines circonstances, il est recommandé et il peut être désirable de réduire les conditions d'oxydation pendant la métallisation en travaillant dans une atmosphère de gaz en substance inerte et/ou en utilisant un gaz en substance inerte comme gaz de soufflage, pour la propulsion du metal à projeter*
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Dans l'application de l'invention aux surfaces me- talliques, celle-ci s'est montrée tres utile à des fins va- riees, specialement dans le cas de réparation de fissures dans les cylindres, de fissures au travers de sièges de sou- pape, de criques, de défauts ou cavités dans les pieces de fonderie, etc.
En outre du degre relativement élevé d'adhe- sion entre le métal pulvérisé appliqué et le support, les produits obtenus conformément à l'invention présentent une résistance relativement élevée à l'influence de la corrosion sur la surface du support. Des produits sont de plus carac- térises par une résistance relativement élevée au cisaillage, c'est à dire une résistance aux forces de cisaillage s'exer- çant en airection parallèle à la direction de la surface du support.
-Dans l'application de l'invention aux surfaces non métalliques en substance vitreuses et specialement aux sur- faces en verre ou en céramique, le molybdène est appliqué d'une manière essentiellement analogue à celle décrite dans les exemples susmentionnés, en Utilisant la même technique et le même appareillage de projection.-Le metal pulvérisé appliqua en dernier lieu adhère au support sous un degre eleve d'accrochage et il n'est nullement nécessaire de prepa- rer la surface et de lui faire suoir d'autre pre-traitement que le nettoyage-
Les exemples suivants sont donnes pour faire compren- dre l'application de l'invention aux surfaces de ce genre:
Exemple 6. supposons que la surface d'une cuve en acier doublée de verre, dont une partie du doublage, a eté ebrechee acci- dentellement, doit être reparée.
La fissure sera aggrandie suffisamment au moyen d'une petite machine à meuler porta-
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tive pour permettre une application facile de la métallisa- tion. Des arêtes du verre seront meulées en biseau et on meulera légèrement une surface entourant la partie défectueu- se.
On applique alors un -placage de molybdène d'épais- seur exactement suffisante pour recouvrir complètement la surface défectueuse en métallisant au moyen de l'appareil- lage décrit dans les exemples précédents , Dans ce cas cepen- dant, la tuyère est disposée à une distance approximative de 305 mm. de la surface du verre en vue d'éviter de donner des chocs de chaleur au verre, ce qui provoquerait un af- faiblissement de sa résistance..
De l'etain pur est alors projeté sur la surface defectueuse recouverte de molybdène, en utilisant l'appa- reillage et la technique de métallisation habituelle sous une épaisseur suffisante pour permettre le finissage du con- tour primitif de la surface de la cuve en verre.
Le finissage de la surface d'étain est alors effec- tué par meulage à l'aide, d'un outil de meulage portatif, de façon à se conformer le plus exactement possible au contour primitif de la cuvée doublee de verre, ci on le désire, la surface d'étain peut être polie à la main, par exemple en utilisant un tissu légèrement abrasif.
Exemple 7. ,
Un isolateur en céramique émaillee, auquel on désire fixer une bague métallique, peut être prépare, au soudage par métallisation comme suit : la surface émaillée de la por- celaine à laquelle on desire souder est recouverte d'une couche mince de molybdène par métallisation (sous une épais- seur approximative de 0,05 mm d'une maniere décrire dans l'exemple précédente Avant métallisation, la surface, qui ne doit pas être recouverte, est protégée contre la projec- tion de métal en la masquant au moyen d'une cache appropriée-
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telle par exemple par une bande adhésive courante.
Apres quoi, on projette un revêtement de cuivre d'- une epaisseur approximative de 0,127 mm. de maniere ordinaire, comme par exemple il'a été expliqué dans les exemples precé- dents, sur la surface recouverte par le molybdène.
Le revêtement de cuivre pulvérisé adhère énergique- ment à la porcelaine et peut alors être soudé de maniere ha- bituelle en utilisant une soudure plomb-étain.
Dans l'exemple precedent, on peut substituer le magne.sium ou un alliage de magnésium à la porcelaine, en ren- dant ainbi utilisable pour la première fois une méthode ef- ficace de souder de manière satisfaisante à ces métaux ou leurs alliages*
Dans l'application de la projection de molybdène sur des surfaces non métalliques, il est bien entendu que la surface à laquelle la métallisation est appliquée est de nature telle à ne pas se décomposer à la température à laquelle la surface métallisée devient chaude*
Dans l'application du procède à des surfaces vitreu- ses, l'adhésion à du metal applique par projection au support est d'un ordre élevé, des essais montrant la rupture qui doit se produire dans le matériau vitreux., Comme il est exposé dans l'exemple, lorsqu'on projette du molybdène sur des sur- faces vitreuses,
il est désirable de projeter à une distance un peu plus grande de la surfa ce à métalliser qu'il n'est normalement pratiqué dans le cas de métallisation de surfa- ces métalli que s. Ueci se fait dans le out d'éviter des chocs provoqués par la chaleur. Eventuellement cependant, la sur- face vitreuse peut être préchauffée et en certains cas il peut être désirable de recourir à, une combinaison de pré- chauffage et de métallisation à une plus grande distance du support.
Dans tous les cas cependant, la distance ne doit pas être telle que l'efficacité de la métallisation est contrecarrée par le refroidissement du jet de métal projeté
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avant qu'il n'atteigne la surface du support auquel il doit être applique*
Une autre explication avantageuse de l'invention suivant une forme d'exécution preférée consiste dans la fabrication de minces coquilles de palier. On utilise largement des coquilles minces en un métal dur, tel que l'acier garni d'un revêtement intérieur encore plus mince d'un métal anti-friction, comme buselures de palier pour cooperer avec des tourillons rotatifs d'arbres, tels que les vilebrequins dans les automobiles, les avions, etc.
Antérieurement, il n'était'pas pratiquement possible d'appliquer le métal antifriction à ces minces coquilles, parce que les méthodes de préparation en vue d'accrocher le métal pulvérisé détruisaient ces coquilles en provoquant des déformations importantes.
Pour appliquer économiquement du métal par pulvérisation à ces coquilles, il est nécessaire que la méthode quelconque de préparation employée laisse une surface relativement lisse à cause de la très minime quantité de métal anti-friction ap- pliquee.
L'exemple suivant est donne en vue de decrire la fabrication de ces minces coquilles de palier, sur lesquelles du métal anti-friction est projeté.
Exemple 8.
Il s'agit de recouvrir d'un métal anti-friction approprié une mince coquille de palier, qui doit servir à renforcer le métal anti-friction d'un palier de bi elle d'un moteur d'avion. Dans le cas présent, la coquille consiste en une bande d'acier de 25,4 mm.de large et de 3,175 mm.d'épais- seur, qui est profilée en forme d'un demi-cercle de 63,5 mm. de diamètre. La surface interne de la coquille doit être recouverte d'argent sous une épaisseur finale après finissage de 0,127 mm.
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La coquille de métal nettoyée est recouverte d'un placage de molybdène en projetant le métal sous une épais- seur exactement assez forte pour recouvrir complè tement la surface interne. La projection du molybdène dans ce cas s'- exécute de la même façon que décrit dans l'Exemple 1.-
La surface interne recouverte de molybdène de la co- quille est alors métallisée au moyen d'argent en utilisant le même pistolet à metalli ser et un fil d'argent du diamètre de 2,30 mm. sous une épaisseur de 0,172 mm.
La. coquille est alors'usinée de manière à obtenir une surface lisse, 0,050 mm. d'argent étant enleve pour don- ner le fini et le diamètre desires.
Il est bien entendu que l'on peut, conformément à l'invention, appliquer un métal anti-friction quelconque sur toute coquille relativement mince d'un métal de renfort re- lativement dur, suivant l'application préférée de cette for- me d'exécution de la présente invention, le métal anti-fric- tion pulvérisé est appliqué sur une coquille en métal dur recouverte de molybdène ne dépassant pas en substance une épaisseur de 3,175 mm.:
De ce qui précède il apparais que le nouvel'objet métallisé conformément à l'invention comprend un objet pré- sentant une surface en substance inorganique, telle qu'une surface métallique ou non métallique, une couche de métal pulvérisé et entre la dite surface inorganique et la dite couche de métal pulvérisé accrochée surface contre surface l'une à l'autre une couche de molybdène pulvérisé, d'une épais- seur égale au moins à celle d'un placage (flash coating).
La, description spécifique ci-dessus est faite en vue- d'exposer l'invention et non en vue de la limiter et c'est l'intention de l'inventeur que l'invention n'est limitée que, par les revendications annexées ou leur équivalent, dans les- quelles il s'est efforce de revendiquer largement toute la nouveauté qu'elle contient.
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Method of applying metal spray coatings to solid objects.
The invention relates to new and useful improvements in the application of sprayed metal coatings to solid objects *
The industrial practice of metal coatings is frequently applied to solid objects in the form of metal spray. For this purpose, the metal to be applied is projected against the surface to be covered in the form of a spray jet, the particles of which prove to be molten or plastic when hot.
Generally, metal spraying is carried out using metal spraying-spray guns, ie devices in which the metal is brought to a heating zone, from which metal particles, at least some of which are melted
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or in a hot plastic state, are projected against the surface to be metallized. The protection can be achieved by centrifugation or blowing air or another gas.
One of the most widely used forms of spraying apparatus is a spray gun using the metal to be sprayed in the form of a rod or wire, which is fed by a suitable advancing mechanism into a heating zone, which is obtained by the combustion of a fuel and a gas supporting combustion. Such a rod or such a wire can be a rod or a wire of this metal or, optionally, it can consist of particles of this metal joined together by a suitable binder such as a plastic material. In the latter case, the binder is usually of a type which will volatilize under the action of the heat emitted in the spray gun.
Pulverized metal is used in a large number of applications, for example to protect a surface, such as the surface of a shaft or bushing against corrosion, to provide a coating of decorative or load-bearing features. desired, or to reconstruct worn parts of certain parts.
In making metal spray coatings, especially for forming or repairing bearings or other working surfaces of machine parts, it is essential that the applied metal spray adheres to the surface to which it is applied with a high degree of adhesion, otherwise the sprayed metal applied may flake off. In order to ensure the required degree of adhesion, the surface to which the sprayed metal is to be applied generally undergoes suitable pre-preparation. in the past such pre-treatment was generally of two kinds: staking to roughen the surface, and heating, ..
This picketing was carried out mechanically and also by depositing metal by means of an electrical fusion process.
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The mechanical staking of a metal surface to make it suitable for receiving and retaining the applied sprayed metal should be of a type comprising the formation of a large number of closely spaced cavities with turned-down and flared edges. and intervals forming a multitude of grooves. Previously, the most general method of obtaining such surfaces was by blowing sand or sandstone. However, blowing sand or sandstone is in many cases unsatisfactory, and often does not provide a surface. capable of bonding the applied spray metal with a satisfactory degree of bonding.
Pulverized and sprayed metal has a tendency to contract and in many cases a sandblasted or sandstone-treated surface will not provide sufficient bonding surface to prevent the metal covering from separating from its support. application especially under certain working conditions. Furthermore, many parts of machines or the like, due to their configuration or structural relation to other parts, are not suitable for sandblasting or sandblasting. The fundamental drawbacks of the sandblasting treatment are that the sandblasting produces compressive forces in the sandblasted surface which often cause warping of the sandblasted object, especially when the object has a relatively thin section.
Another method of mechanically roughening a surface for the purpose of attaching pulverized metal to it is by a machine staking a surface to be coated in a special way capable of producing the above-mentioned surface characteristics which are essential for ac- - hook the sprayed metal. However, this superficial pitting method is such that it presents the same
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restrictions and the same special defects as those resulting from sandblasting.
There is a fundamental restriction inherent in all the mechanical methods used heretofore to render metal surfaces capable of satisfactorily gripping the sprayed metal applied. This restriction is that these methods are not applicable to articles. or hardened metal surfaces. Thus, the surface of many hardened parts, for example, cannot be properly prepared by mechanical procedures, such as sandblasting or roughening. Although partially hardened mechanical parts have been sandblasted using a very hard product such as an aluminum dioxide-based abrasive, nevertheless the adhesion obtained is usually very unsatisfactory.
Electrical methods for melting an electrode metal on a metal support or soldering it to a rough surface formed by the applied electrode metal have been used as a surface preparation means. Metals intended to receive and hang on applied sprayed metal. However, these methods had the defect of requiring a special and expensive installation for transforming electric current and were furthermore of limited application because the picketing or preparation of surfaces by these methods is slow and laborious and requires skill. considerable on the part of the operator.
One of the most important restrictions on the electrical methods of preparing the treated surface is the fact that weak adhesion can be achieved by mistake by an operator due to the fact that due to the electrode metal deposited under low pressure. thickness cannot be readily differentiated from that which is properly applied. Another restriction of electrical methods of preparing the surface to be treated is that these methods cause a
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localized heating of the metal support at relatively high temperatures. Such heating frequently causes changes in the structure of the metal support, which decreases the fatigue strength of the metal support.
Another disadvantage of the electric method of melting or welding the electrode metal to a base metal to obtain a rough surface is due to the fact that such a method tends to produce tensile forces in the surface of the metal. the object being processed and these efforts often cause warping, especially in the case of the object; of relatively thin section.
The method of preparing by heating the surface for hanging metal sprayed onto a metal support involves heating the surface to a relatively high temperature and then spraying the metal onto the heated surface. This method is not widely employed and generally requires considerable skill and sophisticated tooling and is relatively expensive. In most cases, in most cases, the temperature to which the surface or support is to be heated is so high that it tends to warp or destroy the object to which the metal being sprayed is applied.
Another restriction in the heating method to achieve bonding is that most metals oxidize to an unacceptable degree when heated in air. Another restriction inherent in the heating method is that it is not feasible with most hardened metal objects, because they will soften and thus lose their temper, if they are heated to temperatures necessary to ensure the desired degree of adhesion to the spray metal applied to them.
This is the fundamental restriction inherent in virtually all preparation methods heretofore employed to render metallic surfaces capable of satisfactorily bonding the applied spray metal. This-
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The restriction lies in the fact that all the preparation methods used so far unfortunately materially affect the surface nature of the support to which they are applied and all these methods require a separate and costly pre-alaole preparation work of the support surface. before metal spraying can be carried out *
An object of the invention comprises in particular a method of applying projection metal to burfaces of material.
inorganic including metallic and non-metallic surfaces, and among these preferably vitreous surfaces such as glass or ceramic; said method is substantially free; the aforementioned restrictions inherent to the practices known to date,
Another object of this invention is to provide a method of attaching projection metal to surfaces and especially to metallic surfaces and non-metallic vitreous surfaces, such as glass and other vitreous surfaces, including. ceramics, the said method materially affecting no more than a thin layer of the surface to which the spray metal is applied.
Yet another object of the invention is constituted by new metallized objects, in which the sprayed metal adheres to the support surface in a new way and with a high degree of attachment, ..
The aforementioned objects of the invention and others still can be understood from the following description:
The invention is essentially an improvement in the method of applying sprayed metal to an inorganic surface, especially to a metallic surface or to a surface of a non-metallic glass material, by
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ensuring a high degree of adhesion; said method comprises preparing such a surface with a view to the attachment of sprayed metal by spraying at least one molybdenum-plated coating onto it and then spraying metal onto the surface thus covered.
The invention is especially applicable to surfaces which are not usually suitable for receiving and retaining the applied spray metal with the desired degree of adhesion, such as, for example, relatively smooth surfaces. No other condition or heat treatment is required. According to a broad concept of the invention, the molybdenum sprayed onto the surface, to be subsequently covered with a spray metal, can be applied in any desired thickness.
As a lower limit, a smooth coating of molybdenum suffices, i.e. a relatively thin coating as can be removed, for example, by relatively rapid application once or twice using molybdenum spray gun and not necessarily forming a continuous coating.
However, the more the overlap is contained, the better the bonding force with which the subsequently applied spray metal will adhere to the substrate surface, although relatively little bonding is desired. 'That is to say as for example in the case of spraying relatively thin coatings of low melting point metals, a smaller degree of continuity of the plated coating (flash) is required than would be necessary if, for example , a thicker coating of a higher melting point metal had to be applied.
In the latter case, the greater bonding requirements require greater continuity of the plate coating.
However, for best results, we have found
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Advantageously to apply a substantially continuous coating of molybdenum to the support, in accordance with the preferred embodiment of the invention, a substantially continuous coating of molybdenum of at least 0.017 mm is recommended. and preferably 0.05 mm. thick. The upper limit of the molybdenum coating is dictated only by practical and economic considerations. Once a coating of thickness has been applied to meet the desired tack characteristics, any additional thickness will not substantially improve the tack characteristics of the molybdenum layer.
The projection of the metal is preferably carried out by means of a metalizing gun with the use of a wire or a rod as the source of metal.
The molybdenum, which can be used in accordance with the invention, can be pure molybdenum or an alloy or a combination of molybdenum. In the latter case, a relatively high content of molybdenum is preferred in the form of an alloy or combination containing 90% or more of molybdenum. However, any molybdenum alloy having a content of 40% or more of molybdenum or more can be employed and all other metals which are known to alloy with molybdenum can be employed.
Wherever the term "molybdenum" is used herein it is intended thus to denote substantially pure molybdenum as well as alloys or combinations containing at least 40% molybdenum. When referring to a combination of molybdenum, this will denote a combination containing finely divided metallic molybdenum in combination with other elements or metals and not necessarily alloyed with them.
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The surface of the object to be metallized can be perfectly smooth and therefore no staking (to roughen it) or other preparatory treatment other than cleaning (if necessary) is required. The surface to be metalized by means of molybdenum will however be a clean surface. The cleaning can be done satisfactorily in various ways, such as by abrasion, light sandblasting, acid pickling and the like. These methods should be used especially when the presence of oxides on the surface is to be feared. If the surface is relatively free of oxides and instead needs to be free of dust particles or greasy matter, it may be sufficient to clean this surface with a suitable solvent or the like.
Ordinarily, when the metals have been machined without lubrication or cooling, a surface appears clean enough to be immediately metallized with molybdenum. In the case of glass, the degree of adhesion of the sprayed metal application on the support can be further increased, if desired, if the glass surface is slightly abraded or frosted, for example by acid etching, light grinding or the like. This can be especially advantageous when projecting onto a relatively cool glass surface to counteract or mitigate the effects of possible shock resulting from heat.
Any metal which is capable of being sprayed in the pulverized state can therefore be sprayed directly onto the molybdenum coated surface. The final metal to be sprayed is chosen according to its characteristics in order to be suitable for the requirements of the special work to be carried out. For example, the journal of a rotating shaft may require hard, compact metal to rotate in a bearing. In such a case, the metal to be used will be a high grade steel.
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in carbon.
The journal will first be sufficiently rough, for example by machining or grinding, in order to present a space for the application of the sprayed metal, suitable molybdenum will then be sprayed on the rough surface of the shaft to a thickness, for example 0.05 mm. to 0.075 mm., and then the high carbon steel will be projected onto the journal section to a sufficient thickness to allow machining or grinding of the metallized surface to the dimension desired finish for the journal.
Sometimes it is advantageous to preheat the surface of the object to be metallized before the spraying of pulverized molybdenum or after this projection and before the projection of the final sprayed metal coating. In either case, the Preheating tends to reduce the tension in the final sprayed coating and it is performed at relatively low temperatures (compared to the temperatures required by the hot tack methods). The preheating temperatures are the order of magnitude of about 1495 C. In the case of glass or ceramic objects, slight preheating can sometimes be advantageous to reduce the impact effect caused by heat on the glass.
Heat shock sometimes occurs when metallizing glass at localized points where hot sprayed metal particles hit the cold glass and cause stresses which later become the focal points for localized fractures.
It is also sometimes advantageous to provide grooves or ridges or other shapes of an irregular contour on the surface of the support to be metallized. Furrows or other irregular contours fulfill several advantageous functions, although they are not a prerequisite.
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necessary for the attachment process set forth in the present invention. One of the advantageous functions of the furrows or other irregular contours of the support consists in the increase in surface area which these contours cause, from which results for the pulverized metal an increase in adhesion thanks to the increase in surface area. the hanging surface.
Another advantageous function of these contours is constituted by the beneficial effect on the structure of the sprayed metal layer. (; and salutary effect is due to the wrinkling of the stratified layers of this structure of the pulverized metal. The structures of pulverized metal resulting from metallization of a surface having an irregular contour are generally more resistant thanks to the pleating of stratifications. or laminations than structures resulting from spraying the same metal onto a substantially flat surface.,
One of the main commercial advantages of this invention is not only the reduction in costs resulting from the elimination of the previously required surface preparation phase,
but frequently also in the elimination of the additional metal spray necessary to fill the irregular contours and other spaces produced by the roughing methods during surface preparation, and again also in the saving of the additional time and expense required by machining or grinding of the final metallized surface. When using methods intended to make the surface rough, the rough contours of the substrate are partially reproduced on the final surface and must be removed. by machining or in any other way, if a flat surface is to be obtained.
By using the method according to the present invention, it is possible for the first time
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to apply powdered metal coatings to smooth surfaces without having to employ excessive heat or methods of roughening the surfaces and thus reducing the importance of metallization and also the importance of 'final machining and grinding required to metallize a specific machine part *
A striking advantage of metallized articles made in accordance with this invention is that the sprayed metal coating can be extremely thin and can even be flush with the backing producing a coating with a bevelled edge which will remain firmly. hangs on the support.
In older methods of surface preparation, especially in methods involving mechanical roughing, such thin coatings with bevelled edges were not practical due to lack of bonding in local areas. - Sized adjacent to the very thin sections of the sprayed metal coating in accordance with the present invention, it is very convenient not only to choose molybdenum or an alloy or combination of molybdenum as the first coating to be applied to the object surface to be treated, but also to employ the same or a different molybdenum, alloy or combination of molybdenum as the powdered metal coating applied subsequently. In this case the entire coating could be constituted by the same molybdenum or molybdenum alloy.
The use of molybdenum for the subsequent sprayed metal layer is especially advantageous for thin coatings, such as those which could be used to repair worn surfaces which have withstood the mounting pressure of a shaft which is. pressed inside a hub. : In such cases, it is not necessary to roughen the shaft by machining or grinding in the same way
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usual, since no additional space, even the smallest, is required for the sprayed metal. Used tallow is metallized with molybdenum and then ground to size.
This process produces very thin coatings with bevelled edges near the ends of the worn valve. Deci cannot be carried out satisfactorily according to the formerly known methods of bonding the pulverized metal by surface preparation.
When, according to the preferred application of molybdenum, a wire type metalizing gun is used to carry out the present invention, it is preferable to use a rod or a wire of perfectly pure molyodene obtained by agglomeration of powdered molybdenum. Such an agglomerated rod or wire can be sprayed directly into such a metalizing gun, but it is preferred to mechanically treat the agglomerated material by stamping and / or drawing to produce the final rod or wire.
Although the application of a second metal to the first molybdenum alloy coating applied to the object to be metallized has been previously discussed, it is evident that any number of different metals can be subsequently applied. to form as many layers of different kinds of metals as you want.
The following examples are given as a demonstration but not as a limitation:
Example 1.
A carbon steel shaft with a caroone content of 0.45% is first mounted on a lathe and the surface to be repaired by means of pulverized metal is first brought by a cutting tool to a diameter such that there is sufficient space left for the desired thickness of the coating
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sprayed metal to be applied later. In this case, the desired coating should have an approximate thickness of 0.762 mm. and it is desirable that the dream surround of pulverized metal when finished reach the original diameter of the tree. (;, this is why the pitch diameter of the shaft is reduced by 1.52 mm .. compared to the pitch diameter all along the surface to be metallized.
This cutting by the tool on the lathe is carried out dry using neither lubrication nor cooling in order to avoid any soiling of the metal surface.
A plating (flash coating) of molybdenum in this case having an approximate thickness of 0.050 mm. is then applied by metallization to the rough surface of the shaft. This coating is applied using a known gun of the wire feed type using agglomerated molybdenum wire and stretched to a diameter of 2 , 31 mm. The nozzle of the gun is kept at a distance of approximately 127 mm from the surface of the shaft.
The gun is adjusted so as not to present a flame that is too oxidizing, making the application of the molybdenum coating, turning the shaft on the lathe and moving the gun so as to make it go quickly through the 3 and the surface of the shaft in order to apply the desired thickness of mo- ly baene in about two passes of the spray.
After application of the molybdenum coating, a sprayed metal coating is applied, ie 18-8 type stainless steel. This coating is applied by means of the same metallizing gun, using in the gun a stainless steel wire with a diameter of 3.175 mm and employing a common metallization procedure, which consists of moving the metallizing gun. back and forth. over the rotating shaft fast enough to produce layers approximately 0.127 mm thick with each pass of the gun. The pistol nozzle
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let is maintained, at a distance of about 152 mm. of the tree surface.
Metallization is continued until; that the coating has reached an approximately greater diameter of 0.381 mm. to the pitch diameter of the tree.
The powder coated stainless steel coating is ground down to the pitch diameter of the shaft using a known grinding device for this purpose.
Example 2.
A cold finished mild steel plate of approximately 50.8x76.2x3.175 mm diameter was used, the latter measurement being the thickness. A flat side of the plate is cleaned with fine emery paper to give a clean and substantially smooth surface.
A molybdenum plating in this case with a thickness of 0.076 mm. approximately, is then applied by spraying onto the cleaned surface of the plate. the spraying is carried out by means of a known metalizing gun of the wire feed type and molybdenum wire of a diameter is used. approximately 2.31mm. The coating is applied by moving the gun so as to force the jet to travel the plate to such an extent that the application of the molybdenum coating takes place in five passes, keeping the gun at an approximate distance of 152 mm. .
,
A high carbon steel containing approximately 0.8% carbon is then sprayed onto the metallized surface of the plate using the same metalizing gun and 3.175mm steel wire. The gun is operated in a conventional manner and an overlap is applied by moving the gun so as to force the jet to fall.
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go through the part to such an extent that approximately 0.076 to 0.17 mm. of steel is deposited in one pass. Metallization is continued until a metallic coating approximately 3.175 mm thick is obtained on the plate.
Example 3.
A plate similar to that prepared in Example is prepared in the same manner and metallized with a layer of molybdenum in the same manner as described in Example. After spraying the molybdenum layer, a coating of aluminum bronze (approx. 9% aluminum) is applied using the same metallizing gun and operating in the same way as described above. in connection with Example 2 in the case of application of high carbon steel. Aluminum bronze is applied up to the final thickness of 3.175 mm. approximately.
Example 4 ,. As a means of evaluating the bonding force between the metallized covers and the support, the following test was carried out:
Plates were prepared as set forth above in Examples and 3. Plates were made of mild steel plates with thin coatings of pulverized molybdenum and 3.175mm laps. approximately high carbon steel and aluminum bronze respectively. One end of each plate is made smooth so as to expose the demarcation between the sprayed metal and the support.
Parts of these coverings are removed from the steel plates by placing
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cutting edge of a chisel at the edge of the treatment surface at the boundary between the metal coating and the substrate, and then driving out the chisel. Both the patches removed from the coating and the exposed surface of the support are then examined. Plots of high carbon sprayed steel show continuous coatings of sprayed molybdenum on the side of the neighboring plot of the plate, and the plate to which they are hung also shows a continuous coating of molybdenum. ..
The aluminum bronze plots do not show traces of molybdenum on the adjoining surface of the plate and the plate, from which they were separated, shows a continuous coating of aluminum bronze overlying the sprayed molybdenum coating. .
The test shows that the resistance of the molybdenum layer in a direction perpendicular to the plate is higher than the internal resistance of aluminum bronze thrown in the same direction, but lower than the resistance of steel projected high carbon content in this direction *
Example 5.
The discussion below shows even better with what force the sprayed metal coating adheres to the base on which it is applied.
A test piece taken from a cold finished mild steel bar of about 25.4 mm is used. in diameter and 50.8 mm. approximately in length. A 9.5 mm hole is drilled coaxially. through the center of the rod. A cold finished mild steel rod is then introduced into the bar, so as to be clamped therein while being able to slide; it extends slightly beyond the first end of the bar, leaving an outer end to the second
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end to form a handle.
The Rod is then held in this position in the axial hole and is ground to flush with the first end of the edge while becoming perfectly smooth. Using the apparatus and method described for example in Example 2, an application of molybdenum is made to a thickness of 0.076 mm. on the grinded surface covering the entire first end, including the flush end of the shank. The rod is then withdrawn, thereby separating by shearing the coating applied to the end of the rod from the coating applied to the first end of the bar forming a relatively lively arena.
After surface deburring, the rod is returned to its original position, the molybdenum-coated surfaces flush with each other at the same level. 10% carbon steel is then sprayed as set forth in Example ± to a thickness of 3.175mm.
The test piece thus prepared is then placed in a test apparatus, in which a measurable pull is exerted on the handle part of the rod and the value in kilogs of the pull which is required to detach the rod is checked. sprayed metal applied to it. In this case, the total pull required divided by the area of the metalli- see end of the rod gives the fraction force in kilograms per milli- meter of the grip existing between the surface of the rod and the sprayed metal applied. . In this case, the gripping force at work is approximately 35.7 kilograms per mmê. the defect produced in the molybdenum coating.
The wire-type metalizing gun used in the examples described above has a normal capacity for projecting per hour approximately 4.54 kilogs of 10% carbon steel wire under a thickness of 3.175 mm. of different capacity or other metallizing devices of
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various types can be used, in this case the special working conditions must be adapted to those which regulate the normal projection process of the special apparatus used, and if necessary, precautions must be taken. or appropriate arrangements to avoid an excessive oxidizing regime.
The molybdenum wire used in the various preceding examples is a commercial, bonded and drawn molybdenum wire, conventionally referred to as "Black Oxide Finish - Unannealed II. It is a substantially pure molybdenum wire. Other wires or rods of molybdenum or alloys or molybdenum compounds can replace the specific molybdenum used in the above examples with good results.
This is the case, for example, with the molybdenum wire or rods which are commercialized under the names of "purified with hydrogen then annealed" and "purified chemically and with hydrogen then annealed", and also of these alloys or com - Layers of molybdenum such as 50-50 molybdenum-tungsten, 60-60 molybdenum-tungsten and 70-molybdenum 30-iron, and the like.
Especially strong bonding characteristics are obtained by using the molybdenum coating with steel alloys, including stainless steel alloys and also aluminum alloys and magnesium alloys.
In accordance with the invention, any number of the support can be prepared in combination with as many as any spray applied metals. Test samples of different combinations which were prepared using the apparatus and procedures set forth in connection with the foregoing examples showed in each case satisfactory adhesion of the sprayed metal applied to the support, the defects usually appearing as of
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crack either in the molybdenum or in the sprayed metal s uperpo se. By way of example, metals suitable as a support include, for example, steel, carbon steel:
and other alloys of steel and iron in the soft or hardened state, including cast iron, nickel and the various nickel alloys, such as monel, inconel and the like, copper and various copper alloys, including brass, zinc, lead, tin, aluminum and aluminum alloys, magnesium and magnesium alloys, chromium-cobalt compounds or alloys and / or- tungsten.
The following spray metals can be applied to these substrates: aluminum and aluminum alloys, copper and copper alloys, including bronzes and concretes, steel, steel, zinc, lead and copper alloys. Alloys of lead, including the babbitt metal, tin and various other metals commonly used for metallization. rendering the metallization operations, it is advisable, as is explained for example in the examples, to avoid any danger of oxidation during metallization.
The reason is that excessive oxidation of the highly divided particles of molybdenum weakens the adhesive character of the sprayed metal coating last applied to the substrate. An excessive oxidation state can be avoided by advancing the molybdenum wire through the gun at a relatively low speed and using as little oxygen as possible while maintaining a sufficiently high temperature. in the fusion zone.
Under certain circumstances, it is recommended and may be desirable to reduce the oxidation conditions during metallization by working in a substantially inert gas atmosphere and / or by using a substantially inert gas as the blowing gas, for propulsion. metal to project *
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In the application of the invention to metallic surfaces, it has been shown to be very useful for various purposes, especially in the case of repairing cracks in cylinders, cracks through tire seats. - pop, cracks, defects or cavities in foundry parts, etc.
In addition to the relatively high degree of adhesion between the sprayed metal applied and the support, the products obtained according to the invention exhibit a relatively high resistance to the influence of corrosion on the surface of the support. Products are further characterized by relatively high shear strength, that is, resistance to shear forces acting in airection parallel to the direction of the support surface.
In the application of the invention to substantially glassy non-metallic surfaces and especially to glass or ceramic surfaces, molybdenum is applied in a manner substantially analogous to that described in the aforementioned examples, using the same technique and the same projection equipment.-The sprayed metal applied last adheres to the support with a high degree of adhesion and it is not at all necessary to prepare the surface and to make it undergo other pre-treatment than cleaning-
The following examples are given to illustrate the application of the invention to such surfaces:
Example 6 suppose that the surface of a glass-lined steel tank, part of the liner of which was accidentally chipped, needs to be repaired.
The crack will be enlarged sufficiently by means of a small portable grinding machine.
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tive to allow easy application of the metallization. Edges of the glass will be beveled and a surface surrounding the defective part will be lightly ground.
A molybdenum plating of exactly sufficient thickness is then applied to completely cover the defective surface by metallizing by means of the apparatus described in the preceding examples. In this case, however, the nozzle is arranged at a approximate distance of 305 mm. the surface of the glass in order to avoid giving heat shocks to the glass, which would weaken its strength.
Pure tin is then sprayed onto the defective molybdenum coated surface, using the usual metallization apparatus and technique, in a sufficient thickness to allow the finishing of the original contour of the surface of the glass vessel. .
The finishing of the tin surface is then carried out by grinding with the aid of a portable grinding tool, so as to conform as exactly as possible to the original outline of the double glass cuvée. desired, the tin surface can be polished by hand, for example using a lightly abrasive cloth.
Example 7.,
An enamelled ceramic insulator, to which it is desired to attach a metal ring, can be prepared for metallization welding as follows: the enamelled surface of the porcelain to which it is desired to weld is covered with a thin layer of molybdenum by metallization ( under an approximate thickness of 0.05 mm as described in the previous example Before metallization, the surface, which must not be covered, is protected against the projection of metal by masking it by means of a suitable cover-
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such for example by an ordinary adhesive tape.
Thereafter, a copper coating of approximately 0.127 mm thickness is sprayed. in an ordinary way, as for example it was explained in the preceding examples, on the surface covered by the molybdenum.
The powdered copper coating adheres vigorously to the porcelain and can then be soldered in the usual way using lead-tin solder.
In the preceding example, one can substitute magnesium or magnesium alloy for porcelain, thus making usable for the first time an efficient method of welding satisfactorily to these metals or their alloys *
In the application of molybdenum spraying to non-metallic surfaces, it is understood that the surface to which the metallization is applied is such as not to decompose at the temperature at which the metallized surface becomes hot *
In the application of the process to glassy surfaces, the adhesion to spray applied metal to the substrate is of a high order, tests showing the fracture which must occur in the glassy material. in the example, when molybdenum is sprayed on glassy surfaces,
it is desirable to project a somewhat greater distance from the surface to be metallized than is normally practiced in the case of metallization of metallized surfaces. This is done in the out of avoiding shocks caused by heat. Optionally, however, the glass surface may be preheated and in some cases it may be desirable to use a combination of preheating and metallization at a greater distance from the support.
In all cases, however, the distance should not be such that the efficiency of the metallization is thwarted by the cooling of the projected metal jet.
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before it reaches the surface of the support to which it is to be applied *
Another advantageous explanation of the invention according to a preferred embodiment consists in the manufacture of thin bearing shells. Thin shells of hard metal, such as steel lined with an even thinner inner coating of an anti-friction metal, are widely used as bearing nozzles to cooperate with rotating shaft journals, such as crankshafts in automobiles, airplanes, etc.
Previously, it was not practically possible to apply the antifriction metal to these thin shells, because the preparation methods for hooking the pulverized metal destroyed these shells causing severe deformation.
In order to economically spray metal on these shells it is necessary that any method of preparation employed leave a relatively smooth surface because of the very small amount of anti-friction metal applied.
The following example is given in order to describe the manufacture of these thin bearing shells, on which anti-friction metal is sprayed.
Example 8.
This involves covering with a suitable anti-friction metal a thin bearing shell, which is to serve to reinforce the anti-friction metal of a bi-shaft bearing of an aircraft engine. In the present case, the shell consists of a steel strip 25.4 mm. Wide and 3.175 mm. Thick, which is profiled in the shape of a 63.5 mm semicircle. of diameter. The inner surface of the shell should be coated with silver under a final after finishing thickness of 0.127mm.
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The cleaned metal shell is coated with a molybdenum plating by throwing the metal at a thickness exactly thick enough to completely cover the internal surface. The projection of molybdenum in this case is carried out in the same way as described in Example 1.-
The molybdenum-coated inner surface of the shell is then metallized with silver using the same metal gun and a silver wire with a diameter of 2.30 mm. under a thickness of 0.172 mm.
The shell is then machined so as to obtain a smooth surface, 0.050 mm. silver being removed to give the desired finish and diameter.
Of course, any anti-friction metal may be applied in accordance with the invention to any relatively thin shell of a relatively hard reinforcing metal, depending on the preferred application of that form. In carrying out the present invention, the sprayed anti-friction metal is applied to a hard metal shell coated with molybdenum substantially not exceeding a thickness of 3.175 mm .:
From the foregoing it appears that the new metallized object in accordance with the invention comprises an object having a substantially inorganic surface, such as a metallic or non-metallic surface, a layer of sprayed metal and between said inorganic surface. and said layer of sprayed metal attached surface to surface to one another, a layer of sprayed molybdenum, of a thickness at least equal to that of a plating (flash coating).
The above specific description is made with a view to setting out the invention and not with a view to limiting it and it is the intention of the inventor that the invention is limited only by the appended claims. or their equivalent, in which he has endeavored to widely claim all the novelty it contains.