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Publication number: BE548294A
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Description


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   La présente invention   concerne   des éléments recouverts d'une couche et plus particulièrement d'une couche obtenue par un procédé utilisant l'énergie de détonation. 



   Le terme "détonation" désigne une combustion très rapide dans laquelle le front de la flamme se propage à une 

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 vitesse supérieure à celle du son dans les gaz non brûles et par suite, à une vitesse dite vitesse sundrsonique. La vitesse de propagation de la flamme Jans une létonation est beaucoup plus grande que dans une explosion,qui est une combustion dans laquelle la vitesse de propagation de la flamme ne dépasse pas la vitesse du son dans les gaz non brûlés. 



   La flamme d'une détonation se propage dans le gaz non brûlé à une vitesse supersonique et non infrasonique et elle est déclenchée par un front de choc auquel elle reste associée. L'onde de détonation, une fois établie dans un tube de grande longueur, s'y propage à une vitesse constan- te. 



   Les détonations dans les gaz n'ont pas été considé- rées comme susceptibles d'être utilisées dans l'industrie, etchaque fois qu'elles/se sont produites, elles ont été nui- sibles. Le principal objet de l'invention consiste à obtenir des éléments recouverts de couches adhérentes en matériaux à   point de   fusion élevé (réfractaires),   récitant   à l'usure (surface dure) en mettant à profit le phénomène de la déto- nation. En général, on   détient   par l'invention des couches lamellaires, denses, adhérentes, au moyen de détonations qui font acquérir une grande vitesse et une haute tempéra- ture à des particules et en projetant les particules accélé- rées contre la surface à recouvrir   d'une   couche. 



   Le procédé de projection des particules permettant d'obtenir des couches suivant l'invention est décrit en détail dans le brevet principal. 



   Ce procédé consiste à faire arriver une charge unique de combustible fluide ou une succession rapide de charges de composition appropriée à faire détoner dans un canon, dans lequel elles s'enflamment de façon à engendrer une détona- tion unique ou uno série de détonations se succédant à des 

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 intervalles de temps de courte durée. On introduit dans ce canon des particules, par exemple en   poudre,   de façon à en accélérer le mouvement par les détonations et les phénomè- nes qui les accompagnent et à les projeter par l'extrémité ouverte du canon sur la surface de l'élément qu'on désire recouvrir d'une couche. 



   Suivant la présente invention, on obtient un élé- ment hétérogène qui se compose d'un corps et d'une couche lamellaire mince, adhérente, formée par choc et liée méca- niquement au corps sans former sensiblement d'alliage avec lui, caractérisé en ce que ladite couche contient au moins   70     %   en poids   d'une   matière réfractaire à point de fusion supérieur à 1299 C, d'une d'ureté/à la pointe de diamant supérieure à 600 unités, sous une charge de 300 g, d'une porosité inférieure à 3% et d'une densité apparente sensible. ment identique à celle de la matière solide . de la même composition. 



   Le corps de l'élément peut être en une manière quel- conque solide à la température d'application de la couche, par exemple en verre, métal ou matière plastique, et les couches peuvent contenir les matériaux tels que des métaux réfractaires, carbures, borures, nitrures, oxydes et sili-   ciures,   De plus, les couches peuvent contenir jusqu'à 30% d'un métal ou alliage susceptible de se lier avec lui-même et avec le corps de l'élément. 



   La figure unique du dessin ci-joint est une photomi- crographie agrandie ?. 300 diamètres qui représente à titre de forme de réalisation de l'invention une pièce en acier (S) recouverte d'une couche formée de carbure de wolfram et de'cobalt (WC). 



   Certaines des matières réfractaires ayant donné des résultats satisfaisants dans la formation des couches des éléments suivant l'invention sont énumérées ci-après : 

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 M3taux : 'Wolfram (1.i) avise un liant = e cobalt et sans liant; tantale (Ta) sans liant; COll1biun (Nb) sans liant ; molybdène (Ho) avec 18 '.' d'ui liant de cobalt et sans liant. 
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  Carbures Carbure de wolfram (7.TC) avec 12% de liant de cobalt, 12% de 1 iant de nickel, liant de fer-nickel, liant de 6% de cuivre, 2% d'alùinilm1, 6% de chrome, liant de chrome-molybdène, liantde chrome,liant   d'argent,   ou sans liant; carbure de titane (TiC) avec liant de 20% de cobalt ou de 20% de nickel; carbure de bore   (BC)   avec liant de fer, liant de nickel et de   ferro-chrome   et sans 
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 liant; carbure de chrome (Cr3C2) avec liant de 2% de cobal t, liant de 25lei de nickel ou sans liant; car'bure de tantale (TaC) avec   liant   de 20% de cobalt. 



   Borures :   Borure   de titane (TiB2) avec liant de fer et liant de cobalt tantale; borure de chrome   (CrB2)   avec 205 de liant de fer. 



   Nitrures :Nitrure de titane   (0]; un   avec liant de 25% de cuivre,25% de cobalt, 25% de nickel, ou sans liant. 
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 Siliciures : disiliciure i#e molybdène (PIoSi2) avec liant de   10%   de cobalt, 15% de chrome et 20% de   silicium,   ou sans liant. 
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  Oxydes : Oxyde d-;lnïnivm aec un liant de nickel, de chrome ou sans liant: bioxyde de titane sans liant ; oxyde de chrome sans liant; oxyde de titane sans liant. 
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 Mélanges et allias-es:' Alliage de CarbTIr6 de wolfram et de car.bure de titane vec liant de cobalt; alliage de carbure de titane et de   carbura de   tan tale avec liant de co- 
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 balt; oxyde de 50; de chrome '-r0 e molybdène- 10% de tantale; oxyde de 5'0 de chrome-40; ." :"To1..fram-10f de tantale: 40% de borure 1e chrome et 0% de borure de titane avec   20%   de liant de   nickel;   carbure de wolfram-oxyde de 25% 

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 de ciirome-20µ de n:olYbjène-5;: d'oxyde de tantale; carbure de wolfram et 211+11' de borure de titane avec 9,6% de liant de cobalt; 86,,7% de carbure de tan.ta18-13,3; de carbure de bore;

   ô0; de bioxyde de zb:éo.ni1aùl et 20; de bioxyde de ti- tans; 65% ds \"10]f:>am-35 de molybdène; 50;; de et, 2% de silicium avec 255 de liant c1e nickel. 



  .Le matériau de formation de la couche suivant l' inT,ran . tion contient au moins environ 70% en poids de la matière   réfractaire   et peut aussi contenir jusqu'à 30% en poids   d'un   métal ou alliage (liant) pour lier la matière réfractaire 
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 elle-même et le corps à recouvrir de la couche.. Les clll'8.cté- r istiqU6S du métal réfractaire ainsi que celles du liant (point de fusion,   mouillabilité,   ductilité,   etc.)   déterminent le pourcentage en poids de l'addition de liant qu'il est né- cessaire d'ajouter à la couche pour lui faire acquérir les caractéristiques   qu'on-   désire. En général, en augmentant la teneur en liant, on   diminue   la porosité de la couche. 



   On a   cons ta té   que, dans tous lescas, une proportion at teignant 30% en poids du métal ou alliage de liaison est suf- fisante pour former les couches qui adhèrent fortement à l'é- lément de base et dont   ;La   porosité est inférieure à 3%. 



   On a constaté que: dans le cas de tous les matériaux 
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 sur lesquels on appliqua vne couche par le procédé de dé-   @   tonation de   l'invention'   la porosité de la couche telle qu'elleest formée, quelle que soit la   composition   de la 
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 'couche et qu'elle contie-,xtnc où-non des agents de liaison) est inférieure à 3%, et qu'ellepossède une structure   cara.c-   
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 téristicue lamellaire en adhérant fortement au matériau de base sans former   sensiblement   d'alliage avec lui. 



   On a constaté que :Le matériau de base sur lequel la 
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 couche de l' in-..-ention,do.;:.t être appliquée peut consister en un   matériau     quelconque   solide et chimiquement stable à 
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 la température d'application. La température du mat-5rial.l 

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 de base peut atteindre environ 315 C pendant qu'on y appli- que la couche de l'invention. Par suite, il est   absolument   indispensable, pour empêcher un alliage de se former entre les matériaux de la couche et ;:le la base, que le matériau de la base soit un solide dont le point   ..Le   fusion est supé rieur à environ 315 C. 



   La grosseur des particules de poudre qui convient le mieux est celle qui permet aux particules de se ramoilir suffisamment pour qu'elles adhèrent :'une manière satisfai- sante mais ne puissent pas subir une vaporisation excessive. 



  En général, la grosseur fes particules de   matériaux   à bas points de fusion peut être plus forte et atteindre par exem- ple 150 microns, et avec des matériaux à points de fusion plus élevés, tels que le wolfram et le   carbure   de wolfram, on obtient, les meilleurs résultats avec des particules d'une grosseur inférieure environ 50 microns pour obtenir des couches adhérentes   denses.   Cependant, ces limites de gros-   seurs   n'ont pas une valeur critique; par exemple, on a ob- tenu des couches donnant satisfaction sur un élément en métal avec une poudre s'alliage de carbure de wolfram et de cobalt en particules ¯ ' une grosseur atteignant 74 microns. 



   A titre d'exemple du procédé de l'invention, on re- couvre d'une couche un corps en acier en faisant arriver une composition de carbure de volfram fondu en poudre fine (en particules -l'une grosseur comprise principalement entre 10 et 40 microns) qui contient, outre le wolfram, environ   9% en   poids de cobalt et 4% en poids de carbone, sous   un   débit d'environ 4,53 à 6,80   kgs/heure   dans un canon de dé-   tonation   d'environ   1,5   m de longueur etde 2,54 cm de dia- mètre inférieur. On fait arriver de l'acétylène et de l'oxy- gène, en proportions d'environ 1 m3 du premier et de 1 à 2 m3 du second avec un débit moyen d'environ 10,2 me/heure 

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 du mélange.

   Le débit moyen d'azote gazeux de   pure   est d'en- viron 5'il   m3/heure   au total. La fréquence des allumages est d'environ 4 par seconde. On rend rugueuse par jet de sa- . ble une surface d'acier décapée et on la dispose   à   une dis- tance de 7,6 cm de l'extrémité ouverte du canon. On obtient sur la   surface   une couche dense, adhérente, de la composi- tion de carbure de calcium, de   1,5   mm/minute. On peut obtenir des couches plus minces ou beaucoup plus épaisses en faisant varier la durée de l'application. 



   Le dessin ci-joint représente avec un agrandissement de 300 diamètres l'aspect d'une couche d'alliage de carbure de wolfram et de cobalt (WC) déposée   sur   un élément de base en acier S de la manière décrite ci-dessus. Le matériau. de la couche contient 9% en poids de cobalt à titre de   L xant,   L'échantillon a été poli, puis décape   anodiquement   par l'aci de chromique, et enfin traité par le permanganate de potas- sium. 



   Les couches déposées par détonation de la composition de carbure de wolfram, telles qu'elles sont représentées sur le dessin, ont une structure lamellaire, dense, à grains fins et sont supposées formées de couches mixtes de carbure de wolfram WC, de   carbrres   complexes de cobalt et de wolfram et d'une certaine quantité de carbure de   wolfram   secondaire W2C. Les particules qui forment la couche sont allongée aplaties sous   l'effet   du choc contre la surface en formant des disques ou folioles minces et se recouvrant, d'un dia- mètre beaucoup plus grand que leur épaisseur. Cette struc- ture est caractéristique de toutes les couches de matières réfractaires formées par le procédé d'application par détona- tion.

   Elle diffère complètement de celle des pièces en car- bure fritté et analogues, qui est une structure dense, fine, 

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   équiaxiale,   etde celle des couches en alliages de carbure de wolfram, relativement grossières, poreuses et   faiblement   liées, obtenues par les   procédés   ordinaires d'application par une flamme.

   En ayant recoursaux   procèdes   ordinaires d'application par   Une   flambe, on   obtient   une couche   .'Le   car- bure de wolfram qui se compose de particules   de   ferme   sensi   blement inchangée, faiblement   liées   etfortement poreuses, tandis que le canon de détonation a pour effet d'aplatir les particules en formant une liaison l'encellente qualité entre les diverses particules, avec une porosité inférieure à 3%. 



   On a constaté que la densité ap¯ ante   (le   la couche de l'exemple qui précède est sensiblement identique à celle du matériau solide appliqué, c'est-à-dire de 14,5   g/cm3.   Sa porosité est inférieure à   1%. Son   adhérence est parfaite, ainsi qu'on s'en est rendu compte en passant à la meule des portions jusqu'à l'interface et la traversant, sans que la couche se détache. La dureté à la pointe 62 diamant de la couche pour toutes les matières réfractaires est supé- rieure à 600 unités sous une charge de 300 g. Sa surface est mate et lisse et peut recevoir un poli brillant par des opérations normales   --Le   précision, de rectification et de polissage. 



   Les propriétés de la couche de   l'invention   la rendent susceptible de former des surfaces qui peuvent être groupées dans les catégories suivantes : surfaces antidérapantes (forte   friction),   telles que la tête d'un marteau; surfaces d'usure de forme irrégulière, tellesque les broches à taquet de filature du coton; surfaces d'usure de précision, suppor- tées par un noyau tenace st résistant, telles que les bro- ches,   ties   de noyau ou broches à brunir; les surfaces d'uus- re sur des pièces de faible inertie, telles que les guide-fil 

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 et les roulements à billes; ou les   surfaces   abrasives de pièces en mouvement de rotation pour se tailler leur propre jeu, telles que les joints à labyrinthe pour turbines à   gaz.

Claims

Certaines applications spéciales auxquelles conviennent les couches de l'invention sont les suivantes : tiges ,le noyau d'emboutissage et de fraple des monnaies, calibres de tolérances, mâchoires de concasseurs, rondelles et plaques de garniture des arbres, contacts électriques, alésoirs, dont,-, de scie, lames de couteaux, sièges et têtes de soupapes, et surfaces de portée en général. resume Elément hétérogène se composant d'un corps et d'une couche lamellaire mince, adhérente, formée par choc et liée mécaniquement au corps sans former sensiblement d'alliage avec lui, suivant le brevet principal, caractérisé par les points suivants, séparément ou en combinaisons :

1) La couche contient au moins 70% en poids d'une ma- tière réfractaire à point de fusion supérieur à 1299 C, d'une dureté à la pointe de diamant'supérieure à 600 'unités sous une charge de 300 g, d'une porosité inférieure à 3% et d'une densité apparente sensiblement identique à celle de la ma- tière solide de la même composition.

2) Cette couche contient : a) un ou plusieurs métaux réfractaires, b) un ou plusieurs carbures réfractaires, c) du carbure de bore, d) du carbure de volfram, e) un alliage --le carbure de bore, f) un alliage de carbure de wolfram, g) deux ou plusieurs matériaux du groupe du car- <Desc/Clms Page number 10> bure de bore, du carbure de wolfram, d'un alliage de carbure de bore ou d'un alliage de car bure de wolfram, h) un ou plusieurs borures réfractaires, i) un ou plusieurs nitrures réfractaires, j) un ou plusieurs oxydes réfractaires, k) un ou plusieurs siliciures réfractaires, 1) deux ou plusieurs matériaux du groupe des car- bures, borures, nitrures;

oxydes et siliciures réfractaires, m) en outre jusqu'à 30% en poids d'un alliage mé- tallique susceptible de se lier à lui-même et au corps.