<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS A DES ALLIAGES PYROPHORIQUES DE PLOMB ET DE ZIRCONIUM
L'invention concerna des matières pyrophoriques convenant à l'emploi comme matière pyrophorique dans des applications industrielles où les propriétés pyrophoriques sont utiles, et spécialement des matiè- res pyrophoriques dont le plomb et le zirconium sont les constituants essentielso
On sait que le cérium possède des propriétés pyrophoriques marquées, mais qu'il est trop doux pour les emplois industriels..
Cepen- dant, lorsqu'il est allié à des quantités moindres de fer ou de certains autres métaux, on l'emploie fréquement dans l'industrie comme matière pyrophorique pour des allumeurs de cigarettes; etco Les propriétés du cérium et du zirconium diffèrent de façon radicaleo Par exemple, con- trairement au cérium,le zirconium est un métal très duro Il trouve de nombreux emplois dans l'industrie sous forme de ferro-zirconium. Le ferro-zirconium ne convient pas aux emplois industriels comme matière pyrophorique. Par contre, des alliages de cérium et de fer ont été uti- lisés fréquemment dans ce but.
Bien qu'on ait découvert de nombreuses autres matières pyrophoriques, pour autant qu'on le sache aucune de ces autres matières ne possède de caractéristiques telles quelles puissent remplacer, soit totalement, soit partiellement, les alliages coûteux de cérium dans l'emploi industriel comme matière pyrophoriqueo On a produit des alliages de zirconium avec d'autres métaux, mais avant la présente invention, on n'a pas produit d'alliages de plomb et de zirconium en pro- portions présentant des propriétés pyrophoriqueso
On a trouvé qu'on peut produire des matières pyrophoriques convenant aux emplois industriels et contenant du plomb et du zirconium
<Desc/Clms Page number 2>
comme constituants essentiels, dans certaines conditions,
en chauffant un mélange des composants de manière à faire diffuser le plomb dans le zirconium et l'allier avec lui. Si on emploie du zirconium sous forme de gros granules, il est difficile d'obtenir un produit satisfaisante On obtient les meilleurs résultats en utilisant du zirconium sous forme de poudre dont la plus grande partie des particules passent au tamis à mailles de 0,074 mm d'ouverture (200 mesh)o De préférence, les dimen- sions moyennes des particules de zirconium ne doivent pas dépasser envi- ron 0,147 mm (100 mesh).
Les teneurs en poids doivent être comprises entre environ 20 à 75 % de plomb et entre environ 25 à 80 % de zirconium, mailles matières préférées contiennent plus de 30% de plomba
Il est extrêmement surprenant et inattendu de découvrir que le zirconium et le plomb forment des alliages dans des proportions pos- sédant des propriétés pyrophoriques marquées.
Certains chercheurs an- térieurs de grande habileté n'ont pas réussi à produire des alliages sa- tisfaisants de plomb et zirconium en proportions quelconqueso D'après le Bulletin n 186 du 'Bureau of Mines" américain (1921), toutes les ten- tatives faites pour produire un alliage par fusion l'un avec l'autre de zirconium et de plomb, ne donnent aucun résultat satisfaisante A l'assem- blée de l'Electrochemical Society le 5 mai 1923, Hugh So COOPER, en par- lant de ses travaux concernant différents alliages de zirconium, dit avoir préparé quelques alliages avec le plomb, et que ces alliages sem- blent se désintégrer lorsqu'on les expose à l'air pendant un certain temps.
Le brevet américain n 1.335.982. au nom de PETINOT, daté du 6 avril 1920, décrit la production d'alliages de zirconium et de plomb par la réduction de zirconate de calcium par du carbone en présence de plomb fondue
Bien que certains alliages de zirconium et de plomb possèdent des propriétés pyrophoriques marquées, les alliages binaires de titane et de plomb dans les mêmes proportions, ne possèdent pas ces propriétés bien qu'il soit connu que le zirconium et le titane soient équivalents dans beaucoup de cas. De même, des alliages binaires de thorium et de plomb ne possèdent pas ces propriétés.
On a cependant découvert que l'addition de titane en quanti- té s'élevant jusque 20 % en poids, à du zirconium et du plomb dans les proportions citées, fournit un alliage pyrophorique ayant d'excellentes propriétés pour de nombreux usages industriels. Elle abaisse également le point de fusion de l'alliage zirconium-plomb. On obtient de bons résultats en utilisant environ 10 à 20% de titane ayant une dimension de particules comparable à celle du zirconium utiliséo Les matières préfé- rées renferment entre environ 30 et 60 % de plomb, avec ou sans titane, le restant étant du zirconiumo Le titane semble donner de la dureté à l'alliage zirconium-plomb.
-Il semble également améliorer les caractéris- tiques de frottement de l'alliage lorsque le zirconium et le plomb sont présents en certaines proportionso Pour certains usages, la présence de titane dans la matière pyrophorique rend possible l'emploi d'une propor- tion plus élevée de plomb et réduit ainsi le prix de revient de la matiè- re pyrophoriqueo Entre certaines limites, une quantité donnée de tita- ne peut être utilisée pour remplacer une quantité plus grande de zirco- nium, la différence entre ces quantités étant compensée par du plombo La matière pyrophorique de l'invention peut être diluée par des quantités notables d'un ou de plusieurs métaux ou alliages additionnels compatibles sans influencer de façon nuisible ses caractéristiques pyrophoriques.
Par exemple, on peut diluer la matière pyrophorique de l'invention par de l'antimoine, du manganèse, de l'étain, etco, ou bien par d'autres alliages pyrophoriques connus tels que des alliages d'antimoine et de manganèse, qui sont compatibles avec eux. C'est la première fois qu'on découvre qu'une matière pyrophorique convenant à des usages industriels peut être produite en combinant du plomb et du zirconium dans les propor-
<Desc/Clms Page number 3>
tions de 20 à 70 parties de plomb en poids et 25 à 80 parties de zirconium en poids,
avec ou sans autres métaux et dans laquelle les quantités combi- nées de plomb et de zirconium forment la partie prédominante de la matiè- re pyrophoriqueo
On a découvert que la matière pyrophorique de l'invention est compatible et peut être diluée avec certains autres alliages pyrophori- ques connus antérieuremento Ainsi, on peut produire conformément à l'in- vention une bonne matière pyrophorique comprenant deux groupes de métaux, dont un groupe consiste en plomb et zirconium dans les proportions spé- cifiées ci-dessus et forme la partie prédominante de la matière pyropho- riqueo De préférence, on choisit les métaux du second groupe et leurs proportions parmi ceux qui, alliés séparément, sont connus comme produi- sant une matière pyrophorique.
Par exemple, on sait que 1)du zirconium et de l'étain, ou 2) du manganèse et de l'antimoine, alliés séparément, en certaines proportions, produisent des matières -pyrophoriques. Dans le cas de zirconium et étain, la proportion d'étain est, de préférence, comprise entre 20 et 40 parties en poids, tandis qu'on peut employer du manganèse et de l'antimoine en proportions de 10 à 90 parties de chacun.
On peut régler la dureté finale du produit comme on le désire en propor- tionnant de façon convenable les quantités relatives de manganèse et d'antimoine.
Conformément à la présente invention, on charge dans un creu- set un mélange de petits morceaux de plomb, de préférence une poudre, et du zirconium ou de l'hydrure de zirconium avec ou sans titane ou hydrure de titane ou d'autres matières, et on place le creuset dans un four électrique à l'induction à haute fréquence Après avoir ajusté le cou- vercle, on relie le four à un système à vide et on évacue l'air et l'humi- dité, de préférence en élevant la température pour assurer l'elimination des gaze On introduit alors un gaz inerte, comme l'argon ou l'hélium, et on chauffe la charge graduellement jusqu'à ce qu'elle soit fondue On utilise de préférence une température comprise entre 1350 C et 1600 C,
mais une température aussi basse que 1000 C peut être utilisée dans cer- tains cas suivant la composition de la charge. Lorsque la charge est liquéfiée, on arrête le chauffage et on solidifie la masse dans le creu- set ou bien on enlève un bouchon amovible du fond du creuset et on laisse échapper la masse liquide par coulée par le fond dans des moules dans la partie inférieure du four, et on la solidifie dans les moules en les maintenant en atmosphère inerte.
-
On obtient les meilleurs résultats en utilisant du zirconium métallique dont 70 % passent au tamis à mailles de 0,050 mmo environ (325 mesh) et dont 30 % passent au tamis à mailles de 0,147 mm (100 mesh) et sont retenus au tamis à mailles de 0,050 mm (325 mesh), ou bien de l'hydrure de zirconium dont 85 % passent au tamis à mailles de 0,050 mm (325 mesh) et 15 % passent au tamis à mailles de 0,147 mm (100 mesh) et sont retenus au tamis à mailles de 0,050 mm (325 mesh). Lorsque on emploie du titane,
on préfère utiliser du titane métallique ou de l'hydrure de titane de dimensions de particules correspondanteso On prépare le zirco- nium métallique et l'hydrure de zirconium utilisés par réduction d'oxyde de zirconium par chauffage avec de l'hydrure de calcium ou du magnésium,, en transformant ainsi l'hydrure de calcium et le magnésium en oxydes, qui sont enlevés par lixiviationo On prépare le titane et 1-'hydrure de ti- tane en réduisant de même l'oxyde de titane par de 19hydrure de calcium.
Ces matières ont environ la composition suivante en pour cents en poids
EMI3.1
<tb> Zr <SEP> @ <SEP> 98,5 <SEP> 96,5 <SEP> 97,0 <SEP> 97,0 <SEP> @
<tb>
<tb> H2 <SEP> @ <SEP> 0,la <SEP> 0,3 <SEP> 1,9 <SEP> 1,9 <SEP> 3,3 <SEP> 0,2
<tb>
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
c o,10 oelo 0,1 z05 021 0,2 N 0,$0 0,06 0,8 0,05 09$ 0,8 Ca 0,.30 0,5 094 905 03 0,5 Mg 093 0,05 Oe3 - =ooocoo
EMI4.2
<tb> Si <SEP> 0,30 <SEP> @ <SEP> .
<tb>
<tb>
Ti <SEP> -- <SEP> @ <SEP> 94,5 <SEP> 96,0
<tb>
Exemple 1.
On place des lingots de plomb ayant 25 x 25 x 37 mm (1" x 1" x 1 1/2") et ayant un poids d'agrégat de 500 grs (1,1 livre) dans un creuset d'argile-graphite muni d'un bouchon amovible dans son fond. On place dans le creuset 300 grs (0,67 livre) de zirconium métal- lique en poudre et 100 grs (0,23 livre) de titane en poudre, et on lais- se tomber dans les espaces entre les lingots de plomb. Les dimensions des particules de zirconium sont environ telles que 70% passent au tamis à mailles de 0,05 mm (325 mesh) et 30% passent au tamis à mailles de 0,147 mm (100 mesh) et sont retenus au tamis à mailles de 0,05 mm (325 mesh).
La dimension des particules de titane est comparable à celle des particules de zirconium. On place alors le creuset dans un four électri- que à induction à haute fréquence et, après avoir ajusté le couvercle on met le four sous vide pour enlever 1-'air et 1-*humidité. On introduit ensuite de l'argon et on chauffe la charge à 1400 C, ce qui exige environ 30 minuteso On maintient la charge à cette température pendant environ 5 minutes, et on coupe alors la source de chaleur. On enlève le bou- chon du fond du creuset au moyen d'une longue tige en graphite, et on fait ainsi couler la masse liquide du creuset dans un moule subdivisé en longueur placé dans la partie plus froide du fond du four. On laisse refroidir le moule sensiblement jusqu'à la température ordinaire normale, puis on l'enlève du four.
Les barres solides contiennent 33,5% de zir- conium, 11,5% de titane et 55% de plomb, et possèdent de bonnes caracté-
EMI4.3
ristiques de production deétincelleso
Le même procédé de production de l'alliage s'applique lorsqu'on emploie les hydrures des métaux, excepté que l'hydrogène qui se dégage (entre 600 et 1200 C) est enlevé par un robinet et brûlé quand il s'en échappeo Il est désirable de maintenir dans le four une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique et, pour cela, on peut introduire, si c'est nécessaire, un gaz inerte additionnel comme de l'argon ou de l'héliumo EXEMPLE 2.
EMI4.4
<tb>
Zr <SEP> Ti <SEP> Pb <SEP> Sb <SEP> Mn <SEP> Sn
<tb>
<tb> 25 <SEP> 15 <SEP> 60
<tb>
<tb> 33,5 <SEP> 11,5 <SEP> 55
<tb>
<tb> 50 <SEP> 50
<tb>
<tb> 30 <SEP> 20 <SEP> 50
<tb>
<tb> 60 <SEP> 40
<tb>
<tb> 50 <SEP> 10 <SEP> 40
<tb>
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
<tb> Zr <SEP> Ti <SEP> Pb <SEP> Sb <SEP> Mn <SEP> Sn
<tb>
<tb>
<tb> 40 <SEP> 20 <SEP> 40
<tb>
<tb>
<tb> 30 <SEP> 70
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 80 <SEP> 20
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 40 <SEP> 10 <SEP> 50
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 45 <SEP> 45 <SEP> 1 <SEP> 9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 40 <SEP> 40 <SEP> 2 <SEP> 18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 35 <SEP> 35 <SEP> 3 <SEP> 27
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 30 <SEP> 30 <SEP> 4 <SEP> 36
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> 20 <SEP> 30
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 45 <SEP> 45 <SEP> 10
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 49 <SEP> 49 <SEP> 2
<tb>