<Desc/Clms Page number 1>
"Mêtnodes et compositions pour nettoyage des métaux".
La présente invention est relative à des méthodes et com- positions pour le nettoyage des métaux. ) @
Pour aider à une meilleure compréhension du présent con- cept inventif.! il faut que soit admis que différentes substances sous la forme ce sels d'alcali amalgamés fondus ont été utilisées dans le passé pour éliminer les couches d'oxydes ou autres de la surface des métaux, substances du type du mélange bien connu révélé dans le Webster et al U.S. Patent N 2.458.661 et désigné dans le commerce BOUS le @om de Kolene-1. Alors que les substances de ce type sont très efficaces pour un grand nombre d' applications,
on a @
<Desc/Clms Page number 2>
constaté que dans le cas de problèmes particulièrement difficiles, les méthodes et les compositions de la technique antérieure étaient quelque peu défaillantes. Par exemple,, la fabrication de tuyauteries en acier inox ou autres produite similaires est souvent effectuée par le procédé à extrusion ou par étirage en utilisant du verre sous diverses formes comme lubrifiant. Dans le Sejournet et al Patent N 2. 538.917 entre autres sont donnés des descriptions détaillées de ces types de procédé.
Le produit qui en résulta comporte non seu- lement des écailles d'oxydes sur sa surface (à l'intérieur et à l'extérieur dans le cas des tuyaux) dues aux températures élevées, mais en outre présente une couche vitreuse fondue fortement agglu- tinée qui souvent est irrégulière et dont l'épaisseur varie de quelques millièmes de pouces à 1/4 de pouce par places.
De nombrur moyens mécaniques tels que le sablage ou autres procédés similaires sont utilisés dans l'industrie pour l'élimination de ce revêtement, mais on verra facilement qu'en plus des difficultés inhérentes à de tels procédés, la surface d'acier inoxydable qui en résulte peut très bien présenter des piqûres ou être endommagée d'une autre façon Bien que certains bains d'alcali fondu tels que le K-l soient utiles dans le nettoyage des surfaces soumises à ce type de traitement, il peut être nécessaire d'immerger le produit métallique de 6 à 8 fois avant que soit éliminée la totalité du verre et des oxydes. Le revé- tement de verre "ainsi formé" s'est révélé plus difficile'à éliminer que les matières siliceuses résultant de lingotières ou d'autres procédés.
Outre le nettoyage des métaux avec revêtement vitreux da aux procédés Sejournet et autres, on a rencontré divers autres pro- blèmes difficiles en utilisant des substances de la technique anté- rieure. Par exemple, l'élimination des oxydes du titanium, bien que possible avec les compositions en usage courant, présente des pro- blèmes uniques en ce que, aux températures élevées de 900"F et plus qui étaient nécessaires autrefois pour un nettoyage efficace, la
<Desc/Clms Page number 3>
surface rétallique montre une tendance à absorber l'hydrogène, ce qui se Induit par un phénomène connu sous le nom de fragilité par l'hydrogène qui a un effst nuisible sur les propriéa du métal,
et qui de ce fait nécessite l'emploi d'un recuit sous vide. Des substan- ces de la technique antérieure ont été éprouvées à des températures inférieures à 900 F, mais à ces températures de traitement relative- ment basses, le bain fondu, outre une diminution sensible de l'ef- ficacité de nettoyage des sels, est devenu extrêmement visqueux ce qui le rend particulièrement difficile à débarrasser de ses boues.
Pour fournir un procédé industriel possible de nettoyage des métaux, il importe d'utiliser un bain de sel fondu d'une viscosité relative- ment faible dont les boues provenant d'oxydes ou autres de la surfa- ce des métaux puissent être remuées de façon continue par agitation ou autre méthode similaire d'une façon analogue à celle révélée par exemple dans le Shoemaker et al U.S. Patent N 2. 863.465 au moyen duquel l'efficacité du bain sera assurée pendant une période prolon gée tant avec un nettoyage du type discontinu que du type continu.
Les substances de la technique antérieure ont été particulièrement inefficaces, tant du point de vue nettoyage que du point de vue éva- cuation des boues, à moins d'utiliser les températures relativement élevées mentionnées plus haut. Ces problèmes sont quelque peu am- plifiés par l'emploi de divers alliages de titane qui sont plus difficiles à décalaminer que le titane pur et avec les quels il a été nécessaire d'employer des températures nettement supérieures à 900 F f et parfois même supérieures à 1000 F pour assurer un décalaminage complet.
@ pareillement, nombre des alliages d'acier complexes géné- ralement connus sous le nom commercial de "superalloys" (super-allia- ges) ou des alliages travaillé$ résistant & la chaleur sont particu- lièrement difficiles à nettoyer en utilisant des substances de la technique antérieure.
Ces types d'alliages ont une haute résistance à l'oxydation et une haute résistance à la traction aux températu-
<Desc/Clms Page number 4>
res avoisinant 2500 F et contiennent des additifs tels que le chro- me pour lutter contre l'oxydation, le nickel, le mangarese, l'azote$ le molybdène ou le tungstène pour rendre ledit alliage 'austénitique" et que le cobalt, le titane., l'aluminium et la silice pour ajouter une super-résistance et autres caractéristiques souha tables en vue de l'utilisation dans ces appareillages industriels sous haute pres- sian, moteurs à réactions fusées et autres.
Encore une fois, l'em- ploi,des gammes normales de températures supérieuresà 900 F qui sont nécessaires avec les substances de la technique antérieure donne un produit présentant un grand nombre d'imperfections. Par exemples les super-alliages décalaminés de cette façon sont sujets à un piquage , éventuellement à une attarde galvanique dans le sel, surtout avec des alliages comportant du mOlybdène,et éventuellement à un vieillis- sement. D'autre part, les compositions de la technique antérieure montrent à ces températures élevées une tendance à former sur les surfaces métalliques plus d'oxydes qu'elles n'en éliminent, à l'in- verses par comparaison avec le cas présent.
Des essais d'utilisation, de températures plus basses avec Ces super-alliages se traduisent par un décalaminage inefficace et une viscosité inadmissible du bain, fondu ce qui rend difficile l'enlèvement des boues dudit bain.
L'objet primordial de la présente invention est de procu- rer des compositions et des méthodes pour le nettoyage de divers mé- taux, compositions et méthodes qui sont exemptes des inconvénients susmentionnés et autres..
Un des autres objets de la présente invention est de four- nir un mélange amalgamé de sels fondus d'alcali effectivement anhy- dres, lequel mélange est particulièrement adapté aux opérations de nettoyage exceptionnellement difficiles.
Un des autres objectifs de la présente invention est de fournir une substance du type décrit et ayant une composition suscep. tibled'une façon unique d'un emploi sans modifications dans un lar- ge éventail de procédés différents.
<Desc/Clms Page number 5>
Parmi les buts de la présente invention, il en est un par- ticu@ièrment important qui est celui de ,fournir une composition suscptible de nettoyer de façon efficace les surfaces métalliques u partic lièrement sensibles, et ce, à des températuresrelativement basses, moins de 900 F par exemple* et de préférence en dessous de 800 F, dans devenir visqueuse d'une façon indésirable et sans donner lieu à des difficultés d'enlèvement des boues.
Un autre but encore de la présente invention est de four- nir une méthode à la fois pour le décalaminage et la dévitrifica- tion des produits qui ont été fabriqués en utilisant un lubrifiant vitreux sous des températures élevées .
Un autre objet de la présente invention est de fournir des méthodes pour le décalaminage du titane et des alliages compor- ' tant une proportion plus importante de titane, méthodes qui empé- chent l'absorption d'hydrogène et qui, de ce fait, suppriment la nécessité de traitements de protection relativement onéreux tels que le recuit sous vide. @
Un autre objet encore de la présente invention est de fournir des méthodes pour le nettoyage des surfaces des alliages d'acier résistant à la chaleur, et ce, de façon à empêcher l'effet nuisible sur les caractéristiques du produit.
En outre, la présente invention a pour objet important la fourniture d'une composition et de méthodes pour le nettoyage des métaux, composition et méthodes qui sont hautement efficaces et sûres dans leur fonctionnement, qui sont relativement peu coûteuses et d'un emploi simple, et qui en particulier ne sont pas corrosives pour l'appareillage utilisé.
D'autres et de nouveaux objets résident dans la combinai- son et les proportions quantitatives spéciales des parties consti- tuantes des compositions et dans la disposition spécifique des pha- ses opératoires des méthodes.
Conformément aux objets susmentionnée, il a été découvert
<Desc/Clms Page number 6>
qu'un matériau de nettoyage amalgamé et véritablement *,hydre formé du mélange ci-après comporte toutes les propriétés et ce cactéristique* désirées:
EMI6.1
<tb> Matériaux <SEP> Intervalle, <SEP> % <SEP> le <SEP> poids
<tb> % <SEP> de <SEP> poids <SEP> préférable
<tb>
<tb>
<tb> Nitrate <SEP> de <SEP> aodiumt <SEP> 9 <SEP> à <SEP> 15 <SEP> 12
<tb>
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 15 <SEP> 10
<tb>
<tb> Potasse <SEP> caustique <SEP> 8 <SEP> à <SEP> 20 <SEP> 15
<tb>
<tb> Soude <SEP> caustique <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 78 <SEP> 63
<tb>
Dans la confection des compositions à utiliser conformé- ment aux méthodes de la présente invention,,
le facteur particuliè- rement important est le rapport de poids entre la potasse caustique et la soude caustique. Alors que de nombreux brevets de la techni- que antérieure suggèrent en général l'emploi de l'un ou des deux matériaux, il n'a pas été reconnu jusqu'ici que la potasse cauati- que procurait dea avantages uniques à la composition. La potasse caustique a une action plus agressive et dissout le fer dans les oxydes de fer d'une manière plus aisée que les bains de soude caus- tique.
On a constaté que des compositions similaires sans potasse caustique étaient particulièrement inefficaces et indésirables en ce que ces compositions ne procuraient pas les excellentes proprié- tés de décalaminage et de dévitrification du matériau do la présen- te invention et en outre en ce que l'on avait constaté que parfois même elles oxydaient la surface métallique en traitement plutôt qu'elles éliminaient les oxydes. On a acquis la certitude qu'un rapport de poids entre ces constituants de l'ordre de 0,1 au moins était nécesaaire pour rendre la composition efficace en tant que matériau polyvalent de nettoyage et particulièrement en ce qui con- cerne son efficacité dans le décalaminage du titane et de certains alliages difficiles de titane.
D'autre part, la présence de la po- tasse caustique dans un rapport quantitatif au moins de cet ordre, a fourni les propriétés uniques de décalaminage et de dévitrifica-
<Desc/Clms Page number 7>
tion pour le nettoyage des surfaces métalliques ayant été réalisées en utilis@nt un lubrifiant vitreux. En plus, le maintien de cette concentra:ion de potasse caustique rend la substance particulière- ment efficace pour le nettoyage d'autres surfaces métalliques géné- ralement difficiles à traiter telles que celles des produits usinés en super-alliages acier résistant à la chaleur. La valeur supérieure du rapport poids potasse caustique/soude caustique de la composition peut être légèrement modifiée, mais on a constaté qu'une valeur nettement supérieure à 0,4 est indésirable du point de vue industri- el.
Les propriétés avantageuses pour le nettoyage dues à la présence de la potasse caustique doivent être mises en parallèle du point de vue de son prix plus élevé en comparaison de la soude caustique et de son effet corrosif à la fois sur l'appareillage servant au trai- tement et sur le produit traité.
On a également constaté que la présence du nitrate de so- dium dans le bain d'alcali fondu était un facteur critique pour la création d'une technique efficace de dé calaminage et/ou de dévitrifi- cation. La présente substance, dans le mélange spécifique défini plus haut, contribue aux propriétés uniques du bain et à son aptitu- de d'emploi pour une grande variété de nettoyages.
On notera que le chlorure de sodium se trouve inclus dans une proportion relativement élevée en comparaison des un ou deux pour-cent de chlorure de sodium restant dans la solution caustique obtenue industriellement du fait du procédé de fabrication. La pré- sente substance aide à assurer un bain fondu restant relativement fluide ou conservant une faible viscosité même aux températures légèrement réduites de traitement, moins de 900 F ou même en dessous de 800 F. Comme souligné plus,haut dans cet exposée la présente propriété du bain fondu de la présente invention est extrêmement im- portante en ce qui concerne la fourniture d'une méthode industriel- lement acceptable pour l'évacuation en continu des boues dudit bain, et ainsi prolonger sa vie effective et empêcher une contamination indésirable du produit.
<Desc/Clms Page number 8>
Bien que chacune des substances entrant dans , @ composi- tion du bain de la présente invention soit connue, en e le-même et par sa réputation, peut être utilisée dans le nettoyage les surfa- .ces métalliques, la combinaison particulière définie pa; les présen- tes et la relation quantitative spécifique entre les constituants du mélange assurent un résultat synergique non réalisabl à partir des matériaux séparés en d'autres combinaisons desdits matériaux.
La composition particulière offre spécifiquement l'avanta@e d'être utilisable sans modification pour nettoyer de façon efficace des surfaces métalliques qui présentaient des difficultés dans le passé.,
Alors qu'il est particulièrement important d'englober loua les matériaux dans le* rapports quantitatifs mentionnés plus haut, il est également très important d'exclure différents matériaux trouvés dans des compositions connues auparavant, Par exemple, cer- tains bains suggérés par la technique antérieure exigaient la pré- ' sence de constituants additionnais tels que les carbonates d'alcali.;
Il a toutefois été constaté que des bains de cette composition de- vaient être remplacés fréquemment car leur valeur d'efficacité s'était abaissée en dessous du minimum pratique. Cette diminution. relativement rapide de l'efficacité du bain résulte directement de la présence du carbonate. Pareillement, on a constaté que l'inclu- sion de divers autres matériaux avait des effets nuisibles sur le bain dans un grand nombre de cas. Les composés contenant de l'hy- drogène, tels que les hydrures et autres, rendent le bain peu dé- sirable pour le nettoyage du titane eu égard au fait que les effets de la fragilité par 1(hydrogène s'en trouvent accrus.
Donc la composition spécifique définie parla présente in- ventions et cette composition seulement, peut fournir les caracté- ristiques polyvalentes uniques désirées.
En ce qui concerne les méthodes de traitement, le métal à nettoyer est immergé dans un bain fondu de la composition susmen- tionnée, et ce, pendant un laps de temps qui peut ne pas dépasser
<Desc/Clms Page number 9>
30 secondes tandis que le bain est maintenu à une température éle- vée.
Il devra être bien entendu que le temps de traitement sera fonc. tion des dimensions de la pièce traitée ainsi que de la nature et de l'épaisseur du matériau à éliminer et de la température du bain, Alors que la température peut varier sur un vaste intervalle compris entre un point au-dessus de son point de fusion et un point au-des- sus de 1000 F, la composition spécifique du bain de la présente in- vention permet l'utilisation dudit bain à des tempréatures relative' ment basses, inférieures à 900 F et même en dessous de 800 F, pour les cas particuliers où des températures supérieures seraient indé- sirables, comme dans le traitement du titane, des alliages de tita- ne et des super-alliages d'acier.
Cette aptitude évite le vieillis- sement du matériaux et divers autres phénomènes défavorables tels que l'absorption d'hydrogène, le piquage, l'oxydation, etc... comme expliqué pius haut.
Après uvoir été immergé, le métal est retiré du bain d'al- cali. Il est lavé de préférence dans l'eau pour éliminer toutes tra- ces de bain adhérant sur ses surfaces , et il est décapé de la ma- nière classique dans un acide dilué tel que acide sulfurique, acide chlorhydrique, solution qui peut être sous la forme de chlorure de sodium ajouté à de l'acide sulfurique, de l'acide nitrique, de l'acide fluorhydrique, etc... seul ou en mélange., maintenue à des températures élevées, par exemple un peu plus de 100"F environ pour assurer une surface brillante propre. Les traiteme nts de décapage peuvent varier énormément en fonction des techniques bien connues.
Le bain de la présente invention conserve son efficacité pendant de longues périodes de temps, de petites quantités de pro- duit étant ajoutées de temps en temps pour remplacer les pertes se produisant lors de l'enlèvement des pièces traitées et de leurs transporteurs. Ces additions intermittantes maintiennent à la fois ' le volume et l'équilibre du bain.
Ayant maintenant donné une description de la présente con-
<Desc/Clms Page number 10>
cepion inventive dans des termes plus géné aux, les exemples spé- cifiques suivants serviront à illustrer ladre conception.. étant toutefois bien entendu que ces exemples ne doàvent pas être inter- prêtés comme des cas limitatifs.
EXEMPLE 1
Une charge de 2600 livres de la substance ayant la formu- lation de préférence énoncée plus haut a été ajoutée à un bac de sel et a été chauffée à environ 900 F. Des sections de tubes calami- nés et avec revêtement vitreux.. mesurant 20 pieds de long et d'un diamètre de 3 1 pouces, dont les revêtements irréguliers de verre aggloméré et fondu à leur surface atteignaient jusqu'à 1/4 de pouce par place, ces revêtements résultant d'un traitement par extrusion du type Sejournet, ont été immergées dans le bain pendant des lape @ de temps variant entre 30 secondes et plusieurs heures. Les tubes ont alors été retirés du bain.. trempés dans l'eau et décapés d'une façon classique dans un produit acide dilué.
Dans la plupart des cas presque toute la calamine et tout le verre ont été éliminés en une seule immersion. Dans les cas extrêmement difficiles, il a suf- fit d'une simple nouvelle immersion pour nettoyer complètement les surfaces, le produit final ayant un fini brillant sans défaut. Les boues ont été facilement retirées pendant le traitement.
On a constaté que das pièces similaires traitée* avec des compositions de la technique antérieure démâtaient 6 à 8 immersions avant que les surfaces aient été rendues tout à fait propres.
EXEMPLE 2
Les opérations de l'exemple 1 ont été répétées en immer- geant des pièces en titane présentant des surfaces calaminées à la suite d'opérations de recuit à haute température entre 1200 C et 1450 C. La température du bain a été maintenue entre 800 F et 900 F.
Les produits qui en sont résultés étaient entièrement décalaminés sans absorption d'hydrogène. Même une réduction de la température entre 700' à 800 F s'est traduit par un excellent décalaminage..
<Desc/Clms Page number 11>
tandis que la viscosité du bain est restée suffisamment faible pour permettre une opération satisfaisante d'enlèvement des boues.
Des éprouvettes similaires en titane traitées en utilisant les produits de la technique antérieure ont demandé des températures supérieures à 900 F pour réaliser un décalaminage satisfaisant avec toutefois une absorption d'hydrogène par le produit ce qui se tra- duit par des effets nuisibles du point de vue des caractéristiques physiques au métal au titane dans les opérations ultérieures, EXEMPLE 3
Une méthode analogue à l'exemple 2 a été utilisée pour dé- calaminer des alliages au titane particulièrement difficiles appar- tenant aux types suivants;
Type 481 contenant 8 % de manganèse
Type 461 contenant 5 % d'aluminium et 2,5 d'étain
Type 464 contenant 6 % d'aluminium et 4 % de vanadium et
Type 120 VCA contenant 13 % de vanadium, 11 % de chrome et 3 % d'aluminium.
Un décalaminage tout à fait satisfaisant des produits ci- dessus a été réalisé à des températures inférieures à 900 F et même inférieures à 800 F.
Ces mêmes produits sounis à des procédés de décalaminage de la technique antérieure ont révélé un vieillissement ainsi que d'autres effets indésirables. y EXEMPLE 4
Différentes éprouvettes de super-alliages d'acier soumises à un traitement thermique et à un laminage à chaud, qui ont donné lieu à la formation de couches d'oxydes ont été décalaminées en utilisant un procédé analogue à celui de l'exemple 2.
Ces 6prouvet- tes appaenaient aux types suivants;
Multimelt (M) - 18 à 22 % de chromer 18 à 22 % de nickel,
2,75 à 3,75 % de molybdène ! 2 à 3 % de tungstène: 18 à 22 % de co- étant bail; 0,75 à 1,5 de colombium, la différence/essentiellement con-
<Desc/Clms Page number 12>
stituée par du fer.
Hastelloy X - 20 à 23 % de chrome! 46 % de nickel, 8 à
10 % de molybdène, 0,2 à 1 % de tungstène, 0,5 à 2,5 % de cobalt!
17 à 20 % de fera
Hastelloy B - 26 à 30 % de moylbdène; 4 à 6 % de fer, la différence étant essentiellement constituée par du nickel,
Hastelloy C - 13 à 17 % de chromer 16 à 18 % de molybdène,
3,7 à 5,3 % de tungstène4,5 à 7 % de fer; la différence étant es- sentiellement constituée par du nickel,
Haynes Alloy 25 - 19 à 21 % de chrome; 9 à 11 % de nickel, 14 à 16 % de tungstène; 2 % max. de fer; la différence étant essen- tiellement constituée par du cobalt et:
Roné 41 - 11,5 % de chrome, 76 % de nickel; 4 % de sili- cium; autres constituants 5 %.
Un décalaminage complet de ces produits a été réalisé à des températures inférieures à 900 F et même inférieures à 800 F tout en conservant la clarté et la fluidité du sel, d'où une facili- té pour l'élimination des boues dudit sel.
Des traitements similaires à ceux-ci et des super-alliages analogues ont nécessité avec des compositions de la technique anté- rieure l'emploi de températures dépassant 900 F ce qui s'est traduit par un piquage, un vieillissement, une attaque galvanique et une oxydation par le sel.
Maintenant, on constatera que sur ce point des compost-' tions et des méthodes ont été fournies pour le nettoyage des métaux, spécifiquement en ce qui concerne une grande gamme de produits gé- néralement difficiles à traiter aux températures relativement bas- , ses, et qu'elles peuvent répondre à tous les objectifs de la présen- @ te demande ainsi qu'à d'autres objectifs, et y compris à un grand @ @ nombre d'avantages d'une grande utilité pratique et d'un grand @ intérêt commercial.
Etant donné que l'on peut faire un grand nombre d'inser- '
<Desc/Clms Page number 13>
tions du présent concept inventif et étant donné que l'on peut faire de nombreures modifications des insertions décrites ci-dessus, il faut ente'dre par là que l'ensemble du sujet traité ici doit être interprété au sens explicatif et non dans le sens limitatif.
REVENDICATIONS.
1. Une composition pour le nettoyage des métaux, se com- posant essentiellement d'un mélange fondu substantiellement anhydre de 9 à 15 % du poids en nitrate de sodium, de 5 à 15 % du poids en chlorure de sodium, de 8 à 20 % en potasse caustique et de 50 à 78% du poids en soude caustique, le rapport pondéral entre la potasse caustique et la soude caustique étant égal au moins à 0,1 et ne dépassant pas considérablement 0,4.