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La présente invention est relative à des perfectionnementr à la pulvérisation de matières fusibles à chaud suivant laquelle ces matières sont fondues ou au moins ramollies à chaud dans une flamme et projetées sur une surface à enduire.
La pulvérisation de matières fusibles à chaud est bien connue et on l'appelle pulvérisation Métallique bien que l'on utilise souvent des matières autres que des métaux, par exemple des oxydes métalliques. Pour pulvériser ces matières, on utilise un pistolet pour matières fusibles à chaud que l'on peut appeler un pistolet de métallisation ou de pulvérisation de métal.
Un pistolet de ce genre comporte une zone de chauffage, utilisant pour la combustion un gaz combustible, tel crue de l'acétylène ou de l'hydrogène, et un gaz comburant, tel que de l'oxygène. La
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matière à pulvériser arrive dans la zone de chauffage, soit sous forme d'une baguette @ d'un fil, soit sous forme d'une matière solide finement divisée, elle s'y fond ou au moins se ramollit en étant rendue au moins partiellement plastique, puis elle est projetée sous forme de fines particules, par un courant d'air ou autre gaz, sur la surface à enduire.
Dans certains pistolets de ce genre, on utilise un jet séparé de gaz pour renforcer la formation de fines particules et/ou accélérer les particules de matière chauffée et les projeter hors du pistolet, tandis que dans d'autres, il n'y a pas de jet séparé de gaz, les gaz de la flamme de la zone de chauffage jouant le même rôle.
Dans le pistolet à flamme, c'est-à-dire dans lequel la zone de chauffage est obtenue par combustion de gaz, le procédé de pulvérisation est limité par la limite de température que.l'on peut obtenir par cette combustion. Le maximum de la température que l'on peut obtenir en utilisant de l'oxygène et de l'acétylène est de l'ordre de 3150 . Ceci est un inconvénient, en particulier.dans le cas de matières oxydées qui, dans beaucoup de cas présentent des points ou des gammes de fusion ou de ramollissement dépassant la capacité de fonctionnement de pistolets normaux du type à flamme.
L'invention est relative à une nouvelle matière et un nouveau procédé de pulvérisation remédiant à cette limitation, même dans le cas où l'on désire faire des revêtements en matiè- res oxydées avec un pistolet de pulvérisation ordinaire du type à flamme.
Les revêtements en matières oxydées ainsi obtenus sont plus denses et adhèrent mieux que ceux que l'on pouvait obtenir précédemment.
Les matières et le procédé de l'invention assurent un degré plus élevé de fusion ou de ramollissement des matières oxydées que cela n'a été possible jusqu'ici.
L'invention permet d'augmenter sensiblement la production totale de chaleur et ainsi la ouantité de matière oxydée qui peut
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être ramollie ou fondue dans un temps donne.
D'autres avantages et particularités de l'inventif ressortiront de la description ci-dessous faite en se référant au dessin annexé dans lequel : - la figure 1 représente schématiquement les éléments d'un pistolet ordinaire de pulvérisation de poudre, utilisable pour la mise en pratique de l'inventions - la figure 2 représente schématiouement une variante;
Selon l'invention, la matière à pulvériser est sous forme de particules solides d'une matière oxydée, mélangées avec des particules solides finement divisées d'un métal. Cette matière doit, de préférence, avoir des dimensions telle? que 90% soient inférieurs à 125 microns et, de préférence que pas plus de 25% aient moins de 1 micron.
Il est encore plus préférable que la dimension de toutes ces matières soit inférieure à 88 microns 10% n'ayant pas moins de 5 microns. La matière la meilleure selon l'invention est celle dans laquelle les limites ci-dessus s'appliquent indépendamment à chacun des deux constituants du mélange, la matière oxydée et le métal, et dans laquelle la préportion du métal est inférieure à 50% du total et, encore mieux inférieure à 10%.
- Selon l'invention, on mélange de la matière céramique solide, finement divisée à la matière solide, finement divisée, réagissant exothermiquement, par exemple un métal oxydable et on envoie le mélange dans la zone de chauffage d'un pistolet de pulvérisation de matière fusible à chaud, utilisant une flamme comme source de chaleur dans cette zone (en envoyant suffisamment de comburant), de sorte qu'une quantité sensible du métal du mélange réagit exothermiquement, par oxydation, dans cette zone, pour y fournir de la chaleur supplémentaire afin d'aider la matière à fondre ou à se ramollir et à se pulvériser.
La réaction exothermique du métal, selon l'invention, peut être obtenue à l'aide d'une matière oxydante et, de manière avantageuse, au moyen du gaz oxydant en excès sur celui qui est né-
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cessaire pour le gaz combustible arrivant dans la zone de chauffage du pistolet. En ce cas, le métal doit être oxydable à la température de la flamme dans la zone de chauffage et la quantité de métal dans ce mélange est réglée de préférence par rapport aux conditions de la combustion dans cette zone, de sorte que sensiblement tout le métal brûle dans cette zone et que sensiblement toute la matière pulvé- risée sur la surface à enduire est de la matière oxydée.
On obtient également ce résultat dans le cas où l'oxyde métallique formé se volatilise complètement ou partiellement à la température de combustion produite par le mélange.
Suivant une forme préférée de réalisation de l'invention, la matière céramique contenue dans le mélange est une matière oxydée et consiste, de préférence en un ou plusieurs oxydes métalliques et, suivant une forme de réalisation encore plus préférable, le métal de ce mélange est le même qu'au moins un des métaux oxydés du mélange, la teneur totale en métal étant telle que sensiblement tout le métal est oxydé dans cette zone, de sorte que toute la matière formant le revêtement est faite des mêmes métaux oxydés que les constituants oxydés de ce mélange.
En ce cas, le métal et l'oxyde métallique doivent être tels que les oxydes résultant de la combustion .ne se volatilisent pas ou au moins pas dans une mesure appréciable à la température de combustion régnant dars la zone de chauffage où le mélange arrive selon l'invention.
Le mot "oxydé" utili.- ici sert à désigner le résultat d'une opération d' "oxydation", comme ce mot est généralement utilisé pour désigner une augmentation de la valence positive de la matière qui est oxydée et n'est en aucune manière limité à l'oxydation qui résulte d'une combinaison avec l'oxygène. En ce sens, "oxydation" est l'opposé de "réduction". La même signi- fication s'applique à l'utilisation du mot "oxydant" lorsqu'on l'emploie dans "gaz oxydant" où il sert à désigner un gaz qui peut agir sur une autre substance de telle'sorte que la valence de cette autre substance devienne plus positive. Le mot "combustion" est utilisé ici pour désigner toute "oxydation" ou "oxydant" dans -le
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cadre de la définition donnée ici.
L'expression "substances oxydées" ou terme analogue sert à désigner les composés d'éléments qui ont subi une oxydation.
Les matières céramiques utilisables selon l'invention comprennent, de manière générale, tout composé chimique d'un métal ou d'un métalloïde pouvant fondre ou se ramollir à la température de la zone de chauffage. Les matières à pulvériser préférées de ce type comprennent les métaux oxydés, des composés de métaux avec de l'oxygène, tels que les oxydes métalliques, avec du carbone tels que les carbures métalliques, avec du soufre, tels que les sulfures métalliques et avec du silicium., tels que les sili- ciures métalliques. Comme exemples de ces matières, on peut citer l'oxyde d'aluminium A1203, le bioxyde de zirconium ZiO2, le carbure de tungstène WC, le sulfure cuprique CuS, le siliciure de tungstène WSi2, le siliciure de vanadium VSi2 (ou V3Si ou V2Si).
Tel que le mot est utilisé généralement, toutes .ces matières céramiques ont des points de fusion relativement élevés et on les appelle des produits céramiques réfractaires.
Dans la mise en oeuvre de l'invention, il est nécessaire de maintenir dans la zone de chauffage des conditions de combus-.. tion telles du'une quantité sensible de métal amené dans cette zone brûle en y donnant de la chaleur supplémentaire. Un procédé de maintien de ces conditions de combustion consiste à envoyer dans cette zone un excès d'oxygène par rapport à, celui' qui est nécessaire pour la combustion stoechiométrique. du gaz combustible..
En ce cas, cet excès d'oxygène peut être fourni sous forme d'oxygène pur, sous forme d'air comprimé ou sous forme d'air atmosphérique .. ' aspiré dans la flamme. L'exemple 1 ci-dessus est relatif au cas ou l'oxygène est fourni sous forme d'une combinaison d'oxygène pur 'et d'air comprimé. L'exemple 4 montre le cas ou une partie de l'oxygène provient d'air atmosphérique.
La fourniture d'oxygène ou de gaz oxydanten excès n'est pas le seul moyen permettant de maintenir .des conditions de, combustion
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ou d'oxydation dans la zone de chauffage. Si l'on choisit un métal qui a, de préférence, tendance à. se combiner avec l'oxygène plutôt que le gaz combustible choisi dans les conditions chimiques et de température existant dans la flamme, il se produira une combustion d'une quantité sensible de métal, même si, en considérant la totalité des gaz fournis, il n'y a pas d'excès de gaz oxydant en plus de celui qui est nécessaire pour une combustion stoechiométrique du gaz combustible existant.
Dans l'exemple 4, bien que, comme on l'a dit ci-dessus, de l'oxygène soit fourni par de l'air atmosphérique en plus de celui qui est fourni sous forme d'oxygène pur, on peut supposer qu'il existe des conditions de combustion brûlant le métal, même si en ce cas, iln'y a pas d'oxygène présent. Si l'on mélange de l'aluminium métallique sous forme de fine division à l'acétylène et si l'on brûle le mélange avec de l'oxygène, une quantité sensible du métal va brûler avec des rapports oxygène-combustible qui sont inférieurs aux rapports de combustion stoechiométrique.
Il est parfois difficile, lorsque l'on pulvérise des matières céramiques en particulier des matières céramiques réfrac- taires, d'obtenir suffisamment de chaleur à partir d'une flamme oxyacétylénique ou d'oxygène et d'hydrogène pour obtenir la plasti- cité désirée pour ces matières de manière à faire des revêtements aussi denses et dans lesquels les particules sont aussi adhérentes qu'on-pourrait le désirer. Dans des cas de ce genre, selon l'inven- tion, il est bon de mélanger à une matière céramique un faible pour- centage d'un métal qui brûle dans la flamme exothermiquement, en ajoutant ainsi plus de chaleur à la flamme et en obtenant l'améliora- tion désirée dans la pulvérisation et le revêtement qui en résulte.
Si l'on désire avoir un revêtement pur en une matière telle que l'oxyde d'aluminium, le métal ajouté doit être l'aluminium.
De plus, il faut l'ajouter dans une proportion telle que tout l'aluminium s'oxyde dans la flamme en donnant un revêtement en oxyde d'aluminium pur.
Dans beaucoup de cas, il est bon d'avoir des revêtements
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en matières céramiques mixtes. En ce cas, on peut mélanger un. nombre quelconque de matières et ajouter à volonté un ou plu- sieurs métaux. Comme variante, on peut faire un mélange en donnant une seule matière oxydée et en ajoutant un seul métal différent. Par exemple, on peut faire un revêtement contenant du silicate de vanadium et de l'oxyde d'aluminium. en mélangeant du silicate de vanadium et de l'aluminium métallique pur, dans des proportions telles que tout l'aluminium soit oxydé dans les conditions' régnant dans la zone de chauffage.
Lorsqu'il n'y a pas inconvénient à avoir un excès de métal, la proportion du métal dans le mélange original n'est pas aussi critique, mais il peut être en excès sur la quantité s'oxydant dans la zone de chauffage. On va donner ci-dessous des exemples de matières et de modes .opératoires selon l'invention.
EXEMPLE 1. - On mélange du siliciure de tungstène à l'état de fine division telle 'Que la totalité soit inférieure à 53 microns et qu'il n'y ait. pas plus de 10% qui ait moins de 5 microns, avec de la poudre d'aluminium ayant les mêmes limitations de grosseur, de manière à donner un mélange contenant -environ 67% de siliciure 'de tungstène et de 33% d'aluminium.
On envoie, cette matière dans un pistolet de pulvérisation de matière pulvérulente fusible à chaud, tel que celui représenté sur la figure 1, dans lequel la matière vient d'une trémie 1 au moyen d'une quantité d'air qui agit comme gaz porteur entraînant la poudre par la conduite 2 au centre de la zone de chcuffage 3. Celle- ci est chauffée par la combustion de gaz arrivant par les passages
4. La. zone de chauffage est entourée d'une coiffe 5 donnant un cône d'air de soufflage qui aide à transporter la matière redvérisée sur la surface à recouvrir.
De l'air comprimé arrive d'une source, ,non représentée, par un. tuyau souple 7 et un robinet S qui règle le débit de cet air.
L'air .passe ensuite par une portion de tuyau plus large 9 où il
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entraîne la matière venant de la trémie 1 et la fait passer par le tuyau souple 10 dans la conduite 2.
De l'air comprime supplémentaire pour le cône d'air de soufflage 6 arrive par le tuyau souple 11, avec réglage par le robinet 12, d'où il va par la conduite 13 former le cône d'air de soufflage 6.
Du gaz combustible arrive par le tuyau souple 14, avec réglage par le tuyau 15, d'où il va par la conduite 16 dans les passages 4 oui sont reliés à la conduite 16 par un distributeur annulaire 17.
Le gaz combustible arrive par le' tuyau souple 18, avec réglage par le robinet 19, d'ou il va par la conduite 20 et le distributeur 17 dans les passages 4.
En ce cas, l'acétylène est le gaz combustible et l'oxy- gène le gaz comburant et le pistolet est réglé de manière à utiliser 0,7 m3 à l'heure d'acétylène et 1,4 @/h d'oxygène (mesurés dans les conditions standard). L'air arrive comme gaz porteur à environ 0,84 m3/h et comme gaz de soufflage à raison de
16,8 m3/h. Cette quantité d'oxygène (venant de l'oxygène et de l'air) donne un excès de gaz oxydant par rapport à ce qui est nécessaire - pour la combustion stoechiométrique de l'acétylène.
Le mélange de siliciure de tungstène etd'aluminium arrive dans le pistolet à raison d'environ 0,68 kg/h.
Le pistolet est dirigé sur une surface à revêtir qui, en ce cas, est une tôle d'acier de 10 x 10 cm, passée préalablement au jet de sable pour rendre rugueuse la surface et légèrement chauf- fée avant la pulvérisation afin d'empêcher le dépôt d'humidité par condensation. La tuyère du pistolet est à environ 15 cm de la plaque.
On allume le pistolet à la manière habituelleet il donne une flamme extrêmement chaude et brillante et la pulvérisation s'applique extrêmement bien.
Le revêtement fait a environ 0,38 mm d'épaisseur et il contient du siliciure de tungstène, de l'oxyde d'aluminium et une certaine quantité d'aluminium métallique.
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EXEMPLE 2 . -
On a fait un mélange analogue à celui de l'exemple 1, @ sauf qu'il ne contenait que 5% d'aluminium.
On a pulvérisé le mélange avec le même pistolet que dans l'exemple 1, réglé exactement de la même manière. @
Il a donné une flamme chaude et brillante et on a eu un revêtement bon et solide.En ce 'cas, lerevêtement ne con- tient que du siliciure de tungstène et de l'oxyde d'aluminium.
EXEMPLE 3 . - On a fait un mélange de siliciure de vanadium et d'alu- minium ayant lés mènes limitations de dimension que dans l'exemple 1 et tel qu'il contienne 90% de siliciure de vanadium et 10% d' aluminium.
On l'a pulvérisé avec le même pistolet que dans l'exem- ple 1 et dans les mêmes conditions*
La flamme résultante était très brillante et chaude et le revêtement obtenu était très robuste et adhérait très bien: En ce cas, il contenait du siliciure de vanadium, de .1' oxyde d'alu- minium et des traces d'aluminium métallique.
EXEMPLE 4.- ' -- On a fait un mélange d'oxyde d'aluminium et d'aluminium ayant les mêmes limitations de dimension que dans l'exemple 1 et tel qu'il contienne 97% d'oxyde d'aluminium et 3% d'aluminium.
En ce cas, on a utilisé un autre pistolet que celui de l'exemple 1. Ce pistolet n'utilise pas d'air, ni comme gaz porteur, ni comme gaz de soufflage,. mais un peu d ''acétylène . comme .gaz porteur du mélange de poudre,, ne l'entraînant qu'à une petite distance de la sortie d'une trémie à alimentation par gravité jusqu'à la zone de chauffage.. En ce cas, cette zone de chauffage était obtenue par combustion d'acétylène dans 1 oxygène et la tuyère était telle que la vitesse d'avancement des gaz de la combustion donnait aux particules chauffées une vi- tesse suffisante pour Les projeter sur La surface à revêtir..
Ce pistolet est représenté schématiquement sur la figure 2 dans' laquelle
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la matière arrive par gravité de la ternie 101' dans la conduite 102 où elle est prise et emmenée par un gaz porteur dans la partie avant d'une tuyère 103 et une zone de chauffage 104. Le gaz entraînant la matière arrive par le tuyau souple 105, avec réglage par le robinet 106, d'où il va par la conduite 107 et l'orifice rétréci
108 dans la conduite 102, en entraînant ainsi la matière vers la zone de chauffage 104. '
La chaleur fournie à la zone de chauffage est obtenue par la combustion de gaz arrivant par les passages 109.
Le gaz combustible arrive par le tuyau souple 110, avec réglage par le robinet 111, d'où il pénètre dans un distributeur annulaire 114 et sort par les passages 109.'
Le gaz comburant arrive par le tuyau souple 115 conte- nant un robinet de réglage'116, il va de là directement dans'la conduite 113 par le distributeur 114 et les passages 109, à la zone de chauffage 104.
Il est parfois prévu des passages 117 allant de la face de la tuyère 103 à son pourtouren.vue de faire pénétrer de l'air atmosphérique dans la zone de chauffage.
En ce cas, le robinet-est réglé de manière à utiliser 0,784 m3 d'acétylène à l'heure, 1,316 m3/h d'oxygène et 1,36 kg/h du mélange en poudre. Sur la quantité totale d'acétylène utilisé, 0,084 m3/h sert à transporter, la'poudre!arrivant dans le centre de la flamme.
On a obtenu ainsi une flamme très chaude et brillante et un dépôt robuste et dense. Ce dépôt,avait une épaisseur de 0, 5 mm et il contenait 100% d'oxyde'd'aluminium;
Un exemple d'un mélange pouvant être utilisé dans l'un ou l'autre des pistolets ci-dessus ' est ! un mélange de siliciure de molybdène et de chrome avec de l'aluminium.
D'autres mélanges satisfaisants sont un mélange de siliciure de chrome avec de l'aluminium, un mélange de siliciure d'aluminium et d'aluminium, un mélange d'oxyde de zirconium et de zirconium, un mélange d'oxyde de zirconium et d'aluminium.
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Il est évident pour les personnes du métier que l'on peut faire de nombreux autres mélanges rentrant dans le cadre de l'invention.
Alors que dans les exemples ci-dessus les poudres ont été projetées avec un pistolet du type à poudre, il est évident pour les personnes du métier que ces mélanges peuvent être mis sous forme d'un fil ou d'une baguette en y ajoutant un liant, suivant une pratique bien connue de pulvérisation dans un pistolet du type à fil. Dans ce type, la matière arrive dans la zone de chauffage sous forme d'une baguette ou d'un fil. En ce cas, le liant est une matière qui se désintègre à la chaleur de la zone de chauf- fage afin de ne pas souiller le revêtement. La quantité de métal à utiliser selon l'invention n'est pas critique sauf ce qui peut être imposé par les résultats quel'on désire obtenir finalement.
Si l'on considère sa fonction comme ayant uniquement pour but d'augmenter la température, la quantité voulue de calories supplémentaires détermine la quantité de métal à utiliser. Ainsi, pour certaines applications et, de préférence, avec des produits céramiques à' tempé- ratures de fusion ou de ramollissement relativement basses, on peut utiliser dans le mélange de l'invention une quantité relativement faible de, par exemple 1%, ou, de préférence, au moins 2% de métal . fournissant de la chaleur.
On voit, d'après ce qui précède, que l'invention permet l'application de produits céramiques et, en particulier, de revêtements réfractaires et spécialement de matières céramiques ayant normalement un point de fusion ou de ramollissement insuf- fisamment bas pour permettre de les pulvériser sous des conditions de température obtenue, par exemple dans des flammes du type à gaz, produites par exemple dans des pistolets ordinaires de métallisation du type à flamme par gaz combustible. Bien que cette température soit normalement d'un ordre général de grandeur d'au moins 1500 environ, elle n'est cependant pas assez élevée, pour la plupart des matières céramiques, pour les pulvériser de manière satisfaisante pour faire des revêtements.
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Le procédé selon l'invention consisté, de manière générale, à faire passer de manière continue des particules.d'un mélange d'au moins une matière céramique (y compris les produits céramiques réfractaires) et d'au moins un métal dans un chalumeau à gaz assurant le contact du métal chauffé par la flamme avec un réactif donnant avec ce métal une réaction exothermique (de préfé- rence dans la flamme), en maintenant la vitesse de passage dans la flamme à une valeur suffisante pour que réagisse exothermiquement au moins une partie de ce métal en augmentant ainsi la température à laquelle la flamme porte la matière céramique, les particules chau- des résultantes étant projetées sur une surface à revêtir.
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The present invention relates to improvements in the spraying of hot-meltable materials according to which these materials are melted or at least hot-softened in a flame and projected onto a surface to be coated.
The spraying of hot meltable materials is well known and is referred to as Metal spraying although materials other than metals are often used, for example metal oxides. To spray these materials, a hot melt gun, which may be called a metallization or metal spray gun, is used.
A gun of this type comprises a heating zone, using for combustion a combustible gas, such as acetylene or hydrogen, and an oxidizing gas, such as oxygen. The
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material to be sprayed arrives in the heating zone either as a rod of a wire or as a finely divided solid material, it melts there or at least softens, being at least partially rendered plastic, then it is projected in the form of fine particles, by a current of air or other gas, onto the surface to be coated.
In some guns of this type a separate jet of gas is used to enhance the formation of fine particles and / or accelerate the particles of heated material and project them out of the gun, while in others there is no separate jet of gas, the gases of the flame of the heating zone playing the same role.
In the flame gun, that is to say in which the heating zone is obtained by combustion of gas, the spraying process is limited by the temperature limit which can be obtained by this combustion. The maximum temperature that can be achieved using oxygen and acetylene is in the order of 3150. This is a disadvantage, particularly in the case of oxidized materials which in many cases exhibit melting or softening points or ranges exceeding the operating capability of normal flame type guns.
The invention relates to a novel material and method of spraying overcoming this limitation, even in the case where it is desired to make coatings of oxidized materials with an ordinary flame type spray gun.
The coatings of oxidized materials thus obtained are denser and adhere better than those which could be obtained previously.
The materials and process of the invention provide a higher degree of melting or softening of the oxidized materials than has heretofore been possible.
The invention makes it possible to substantially increase the total production of heat and thus the quantity of oxidized material which can
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be softened or melted in a given time.
Other advantages and peculiarities of the inventive will emerge from the description below given with reference to the appended drawing in which: FIG. 1 diagrammatically represents the elements of an ordinary powder spray gun, which can be used for setting up. practice of the inventions - Figure 2 shows schematatiouement a variant;
According to the invention, the material to be sprayed is in the form of solid particles of an oxidized material, mixed with finely divided solid particles of a metal. This material should preferably have dimensions such? that 90% is less than 125 microns and preferably not more than 25% is less than 1 micron.
It is even more preferable that the size of all such materials is less than 88 microns with 10% not less than 5 microns. The best material according to the invention is that in which the above limits apply independently to each of the two constituents of the mixture, the oxidized material and the metal, and in which the pre-portion of the metal is less than 50% of the total. and, even better, less than 10%.
- According to the invention, solid ceramic material, finely divided is mixed with the solid, finely divided, exothermically reacting, for example an oxidizable metal and the mixture is sent into the heating zone of a material spray gun hot fuse, using a flame as a heat source in this zone (by sending enough oxidizer), so that a substantial amount of the metal in the mixture reacts exothermically, by oxidation, in this zone to provide additional heat there to help the material melt or soften and pulverize.
The exothermic reaction of the metal, according to the invention, can be obtained with the aid of an oxidizing material and, advantageously, by means of the oxidizing gas in excess of that which is ne-
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required for the combustible gas entering the gun heating zone. In this case, the metal should be oxidizable at the temperature of the flame in the heating zone, and the amount of metal in this mixture is preferably controlled with respect to the conditions of combustion in this zone, so that substantially all of the metal burns in this area and that substantially all of the material sprayed on the surface to be coated is oxidized material.
This result is also obtained in the case where the metal oxide formed volatilizes completely or partially at the combustion temperature produced by the mixture.
According to a preferred embodiment of the invention, the ceramic material contained in the mixture is an oxidized material and preferably consists of one or more metal oxides and, according to an even more preferable embodiment, the metal of this mixture is the same as at least one of the oxidized metals in the mixture, the total metal content being such that substantially all of the metal is oxidized in that zone, so that all of the coating forming material is made of the same oxidized metals as the oxidized constituents of this mixture.
In this case, the metal and the metal oxide must be such that the oxides resulting from the combustion do not volatilize or at least not to an appreciable extent at the combustion temperature prevailing in the heating zone where the mixture arrives according to invention.
The word "oxidized" used herein is used to denote the result of an "oxidation" operation, as this word is generally used to denote an increase in the positive valence of the material which is oxidized and not in any way. limited to the oxidation which results from a combination with oxygen. In this sense, "oxidation" is the opposite of "reduction". The same meaning applies to the use of the word "oxidant" when used in "oxidizing gas" where it is used to denote a gas which can act on another substance of such kind as the valence of this other substance becomes more positive. The word "combustion" is used herein to denote any "oxidation" or "oxidant" in the.
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within the definition given here.
The term "oxidized substances" or the like is used to denote compounds of elements which have undergone oxidation.
The ceramic materials which can be used according to the invention generally comprise any chemical compound of a metal or of a metalloid which can melt or soften at the temperature of the heating zone. Preferred spray materials of this type include oxidized metals, compounds of metals with oxygen, such as metal oxides, with carbon such as metal carbides, with sulfur, such as metal sulfides, and with carbon. silicon, such as metal silicides. Examples of these materials include aluminum oxide A1203, zirconium dioxide ZiO2, tungsten carbide WC, cupric sulphide CuS, tungsten silicide WSi2, vanadium silicide VSi2 (or V3Si or V2Si ).
As the word is generally used, all of these ceramic materials have relatively high melting points and are called refractory ceramic products.
In carrying out the invention, it is necessary to maintain in the heating zone such combustion conditions that a substantial amount of metal supplied to this zone is burnt by giving it additional heat. One method of maintaining these combustion conditions is to send to this zone an excess of oxygen over that which is necessary for the stoichiometric combustion. combustible gas.
In this case, this excess oxygen can be supplied as pure oxygen, as compressed air, or as atmospheric air drawn into the flame. Example 1 above relates to the case where oxygen is supplied in the form of a combination of pure oxygen and compressed air. Example 4 shows the case where part of the oxygen comes from atmospheric air.
Providing excess oxygen or oxidant gas is not the only way to maintain combustion conditions.
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or oxidation in the heating zone. If one chooses a metal which preferably has a tendency to. combine with oxygen rather than the fuel gas chosen under the chemical and temperature conditions existing in the flame, there will be combustion of a substantial quantity of metal, even if, considering all the gases supplied, it will not There is no excess of oxidizing gas beyond that which is necessary for stoichiometric combustion of the existing fuel gas.
In Example 4, although, as said above, oxygen is supplied by atmospheric air in addition to that supplied as pure oxygen, it can be assumed that there are combustion conditions that burn the metal, although in this case there is no oxygen present. If we mix finely divided aluminum metal with acetylene and burn the mixture with oxygen, a substantial amount of the metal will burn with oxygen-fuel ratios that are lower than stoichiometric combustion ratios.
It is sometimes difficult, when spraying ceramic materials, especially refractory ceramic materials, to obtain sufficient heat from an oxyacetylene flame or from oxygen and hydrogen to achieve the desired plasticity. for these materials so as to make coatings as dense and in which the particles are as adherent as could be desired. In such cases, according to the invention, it is convenient to mix with a ceramic material a small percentage of a metal which burns in the flame exothermically, thereby adding more heat to the flame and causing it to heat up. obtaining the desired improvement in spraying and resulting coating.
If it is desired to have a pure coating of a material such as aluminum oxide, the added metal should be aluminum.
In addition, it must be added in such a proportion that all the aluminum oxidizes in the flame giving a coating of pure aluminum oxide.
In many cases it is good to have coatings
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in mixed ceramic materials. In this case, we can mix one. any number of materials and add one or more metals as desired. Alternatively, a mixture can be made by giving a single oxidized material and adding a single different metal. For example, one can make a coating containing vanadium silicate and aluminum oxide. by mixing vanadium silicate and pure metallic aluminum, in such proportions that all the aluminum is oxidized under the conditions prevailing in the heating zone.
When it is okay to have an excess of metal, the proportion of the metal in the original mixture is not so critical, but it may be in excess of the amount oxidizing in the heating zone. Examples of materials and procedures according to the invention will be given below.
EXAMPLE 1. Tungsten silicide is mixed in the state of fine division such that the totality is less than 53 microns and there is no. not more than 10% which is less than 5 microns, with aluminum powder having the same size limitations, so as to give a mixture containing about 67% tungsten silicide and 33% aluminum.
This material is sent into a hot-meltable powder material spray gun, such as that shown in Figure 1, in which the material comes from a hopper 1 by means of a quantity of air which acts as a carrier gas. driving the powder through line 2 to the center of the heating zone 3. The latter is heated by the combustion of gas arriving through the passages
4. The heating zone is surrounded by a cap 5 providing a cone of blowing air which helps transport the re-sprayed material onto the surface to be covered.
Compressed air arrives from a source,, not shown, by a. flexible pipe 7 and a valve S which regulates the flow of this air.
The air then passes through a portion of larger pipe 9 where it
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entrains the material coming from the hopper 1 and passes it through the flexible pipe 10 into the pipe 2.
Additional compressed air for the blowing air cone 6 arrives through the flexible pipe 11, with adjustment via the valve 12, from where it goes through the pipe 13 to form the blowing air cone 6.
Fuel gas arrives through the flexible pipe 14, with adjustment through the pipe 15, from where it goes through the pipe 16 in the passages 4, which are connected to the pipe 16 by an annular distributor 17.
The combustible gas arrives through the flexible pipe 18, with adjustment through the valve 19, from where it goes through the pipe 20 and the distributor 17 in the passages 4.
In this case, acetylene is the fuel gas and oxygen is the oxidizing gas and the gun is set so as to use 0.7 m3 per hour of acetylene and 1.4 @ / h of oxygen. (measured under standard conditions). Air arrives as carrier gas at around 0.84 m3 / h and as blowing gas at a rate of
16.8 m3 / h. This amount of oxygen (coming from oxygen and air) gives excess oxidizing gas over what is needed - for the stoichiometric combustion of acetylene.
The mixture of tungsten silicide and aluminum enters the gun at a rate of approximately 0.68 kg / h.
The gun is aimed at a surface to be coated which, in this case, is a 10 x 10 cm steel sheet, previously sandblasted to roughen the surface and slightly heated before spraying to prevent moisture deposition by condensation. The gun nozzle is approximately 15 cm from the plate.
The gun is lit in the usual way and it gives an extremely hot and bright flame and the spray applies extremely well.
The coating is about 0.38mm thick and contains tungsten silicide, aluminum oxide and some amount of metallic aluminum.
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EXAMPLE 2. -
A mixture was made similar to that of Example 1, except that it contained only 5% aluminum.
The mixture was sprayed with the same gun as in Example 1, set in exactly the same way. @
It gave a hot, bright flame and a good, solid coating was obtained. In this case, the coating only contained tungsten silicide and aluminum oxide.
EXAMPLE 3. A mixture of vanadium silicide and aluminum was made having the same size limitations as in Example 1 and such that it contained 90% vanadium silicide and 10% aluminum.
It was sprayed with the same gun as in example 1 and under the same conditions *
The resulting flame was very bright and hot and the resulting coating was very strong and adhered very well: In this case, it contained vanadium silicide, aluminum oxide and traces of metallic aluminum.
EXAMPLE 4 - '- A mixture of aluminum oxide and aluminum was made having the same size limitations as in Example 1 and such that it contained 97% aluminum oxide and 3. % aluminum.
In this case, another gun was used than that of Example 1. This gun does not use air, neither as carrier gas, nor as blowing gas. but a little acetylene. as .gas carrier of the powder mixture ,, driving it only a small distance from the outlet of a gravity feed hopper to the heating zone. In this case, this heating zone was obtained by combustion of acetylene in oxygen and the nozzle was such that the speed of advance of the combustion gases gave the heated particles sufficient speed to project them onto the surface to be coated.
This gun is shown schematically in Figure 2 in which
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the material arrives by gravity from the tarnish 101 'in the pipe 102 where it is taken and carried by a carrier gas in the front part of a nozzle 103 and a heating zone 104. The gas carrying the material arrives through the flexible pipe 105, with adjustment by tap 106, from where it goes through line 107 and the narrowed orifice
108 in line 102, thereby driving material to heating zone 104. '
The heat supplied to the heating zone is obtained by the combustion of gas arriving through the passages 109.
The fuel gas arrives through the flexible pipe 110, with adjustment through the valve 111, from where it enters an annular distributor 114 and leaves through the passages 109. '
The oxidant gas arrives through the flexible pipe 115 containing a control valve 116, it goes from there directly into the pipe 113 through the distributor 114 and the passages 109, to the heating zone 104.
Passages 117 are sometimes provided from the face of the nozzle 103 to its periphery to allow atmospheric air to enter the heating zone.
In this case, the valve is set so as to use 0.784 m3 of acetylene per hour, 1.316 m3 / h of oxygen and 1.36 kg / h of the powder mixture. Of the total amount of acetylene used, 0.084 m3 / h is used to transport, the powder arriving in the center of the flame.
A very hot and bright flame and a robust and dense deposit were thus obtained. This deposit had a thickness of 0.5 mm and it contained 100% aluminum oxide;
An example of a mixture that can be used in either of the above guns is! a mixture of molybdenum and chromium silicide with aluminum.
Other satisfactory mixtures are a mixture of chromium silicide with aluminum, a mixture of aluminum and aluminum silicide, a mixture of zirconium and zirconium oxide, a mixture of zirconium oxide and 'aluminum.
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It is obvious to those skilled in the art that many other mixtures can be made within the scope of the invention.
While in the above examples the powders were sprayed with a gun of the powder type, it is obvious to those skilled in the art that these mixtures can be made into a wire or a rod by adding a binder, according to a well known practice of spraying in a gun of the wire type. In this type, the material arrives in the heating zone in the form of a rod or a wire. In this case, the binder is a material which disintegrates in the heat of the heating zone so as not to soil the coating. The quantity of metal to be used according to the invention is not critical except what may be imposed by the results which it is ultimately desired to obtain.
If one considers its function as having the sole purpose of increasing the temperature, the desired amount of additional calories determines the amount of metal to be used. Thus, for certain applications and preferably with ceramic products at relatively low melting or softening temperatures, a relatively small amount of, for example 1%, or, may be used in the mixture of the invention. preferably at least 2% metal. providing heat.
It will be seen from the above that the invention allows the application of ceramic products and, in particular, of refractory linings and especially of ceramic materials normally having an insufficiently low melting or softening point to allow spraying them under the obtained temperature conditions, for example in gas type flames, produced for example in ordinary fuel gas flame type metallization guns. Although this temperature is normally of the general order of magnitude of at least about 1500, however, it is not high enough, for most ceramic materials, to spray them satisfactorily for coating.
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The method according to the invention consists, in general, in continuously passing particles of a mixture of at least one ceramic material (including refractory ceramic products) and at least one metal through a torch gas ensuring contact of the metal heated by the flame with a reagent giving this metal an exothermic reaction (preferably in the flame), while maintaining the speed of passage through the flame at a value sufficient for at least one to react exothermically part of this metal thereby increasing the temperature to which the flame carries the ceramic material, the resulting hot particles being projected onto a surface to be coated.