Revêtements de surface anticorrosion pour objets en métaux
ferreux à joints brasés.
La présente invention a pour objet la protection d'objets en métaux ferreux contre la corrosion en milieu fortement salin, ' marin et fortement corrosif en général, grâce à un revêtement de surface autoprotecteur principalement constitué par de l'aluminium appliqué par diffusion thermique, ladite invention s'appliquant plus particulièrement à des objets, en métaux ferreux tels que l'acier inoxydable, qui sont caractérisés par la présence d'un ou de plusieurs assemblages brasés où le métal d'apport est un alliage non ferreux. L'invention concerne également la production de revêtements de surface à l'aluminium sur des objets en métaux ferreux à joints brasés où la couche aluminée est pourvue elle-même d'un revêtement de protection non métallique.
Les composants des compresseurs de moteurs à réaction et de turbines à gaz sont soumis à la corrosion dans' des milieux fortement salins à l'entrée d'air du moteur, ainsi qu'à l'impact direct de matières abrasives en particules comme la poussière de corail.
En outre, les ailettes du compresseur sont soumises à des contraintes mécaniques énormes sous l'action des forces centrifuges, du
choc thermique, des vibrations et d'autres causes. C'est pourquoi la corrosion risque d'accélérer des défaillances catastrophiques, puisque les piqûres et autres défauts dus à la corrosion sont susceptibles d'augmenter les contraintes.
On utilise les alliages ferreux à haute résistance pour
la construction d'ailettes de compresseurs et d'autres composants de moteurs d'avions, comme des aubages avec leurs bandages, (cf. par exemple les alliages notés AMS 5508, 5516, 6304 et d'autres encore selon la norme de la Society of Automotive Engineers aux Etats-Dois), mais à cause de leur faible résistance à la corrosion saline, ces alliages reçoivent généralement un traitement de surface protecteur. L'un de ces traitements est plus spécialement la diffusion d'une couche à base d'aluminium sur le substrat ferreux par le procédé d'aluminage par bourrage à des températures de métallisation allant
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produisent pendant l'opération, sur le substrat, des modifications cristallographiques nu métallurgiques susceptibles d'agir défavorablement ou d'une manière indésirable sur les propriétés mécaniques des pièces. De tels revêtements de surface ont permis d'obtenir une bonne résistance à l'oxydation et à l'érosion, de minimiser la formation de produits de corrosion pulvérulents et de contribuer à l'allongement de la durée de vie des composants de moteurs.
Toutefois, lorsque ledit composant comporte des soudures et/ou un ou plusieurs joints brasés, c'est le cas des aubages assemblés avec leurs bandages, qui ont comme métal d'apport du brasage un alliage non ferreux à base d'un métal faisant partie du groupe.qui comprend par exemple le cuivre, l'argent et l'or, certains problèmes se posent lorsqu'il s'agit de constituer un revêtement à base d'aluminium uniforme doté de certaines caractéristiques physiques imposées. Le métal d'apport, qui diffère nettement de la surface en métal ferreux, réagit différemment de ce dernier pendant la diffusion de l'aluminium. La profondeur de diffusion de l'aluminium à l'intérieur de différents matériaux dépend essentiellement ..des phases d'aluminiures qui se forment et qui font office de barrières à la diffusion.
De façon générale, plus le point de fusion d'un certain métal d'apport est bas, plus l'aluminium y diffuse. En outre, certains substrats métalliques ne donnent pas d'aluminiures présentant une bonne adhérence en surface.
Ainsi par exemple, dans le cas de la diffusion d'aluminium dans une pièce brasée dans laquelle des éléments en acier inoxydable sont assemblés par des joints brasés, la profondeur de pénétration de l'aluminium dans les éléments en acier inoxydable sera au maximum de 0,0127 mm, tandis que,dans le cordon de soudure, l'aluminium
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en poids, de 50 % d'Ag, de 18 % de Cd, de 16 % de Zn et de 16 % de Cu;
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composition du métal d'apport.
Des essais mécaniques ont révélé que la diffusion non réglée de l'aluminium dans le métal d'apport d'un brasage tend à détériorer la qualité du joint, ce qui a été mis en évidence par les résultats des essais de fatigue.
C'est pourquoi il parait souhaitable de trouver un procédé permettant de régler la diffusion aux joints brasés, afin qu'elle soit du même ordre de grandeur que dans les parties non brasées
de la pièce, assurant ainsi des propriétés uniformes sur toute la superficie de celle-ci.
Le but de l'invention consiste donc à créer un revêtement auto-protecteur en aluminium applicable sur des pièces en métaux ferreux, caractérisées par la présence d'un ou de plusieurs joints soudés comportant un alliage d'apport non ferreux, ledit revêtement devant avoir des propriétés sensiblement uniformes sur les parties non brasées comme sur le joint brasé.
Un second objet de l'invention consiste à déterminer un
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plusieurs joints soudés, de telle manière que toute la place métallique, y compris la brasure, soit recouverte d'un métal capable de donner un aluminiure, ledit métal faisant partie d'un groupe comprenant le fer, le nickel, le cobalt et le chrome, cette métal- lisation devant précéder l'aluminiage proprement dit, de celle sorte que la résistance à la fatigue au niveau du joint soit maintenue à un niveau acceptable, voire améliorée.
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manufacturé, une pièce en métal ferreux avec revêtement à base d'aluminium caractérisée par la présence d'un ou de plusieurs joints soudés en métal ou alliage non ferreux et recouverte, préalablement à l'aluminiage, d'une couche de métal formant des aluminiures, de
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du cordon de soudure, soit caractérisé par la présence d'une couche substantiellement uniforme d'un composé aluminiure faisant partie d'un groupe comprenant l'aluminiure de fer, l'aluminiure de nickel, l'aluminiure de cobalt et l'aluminiure de chrome.
L'invention est décrite ci-après de façon plus explicite en référence aux dessins annexés, dépourvus de tout caractère limitatif..
- la figure 1 représente un assemblage d'aubes avec leurs bandages, en acier inoxydable, les aubes étant brasées aux bagues intérieure et extérieure limitant un espace annulaire pour former un rotor;
- la figure 2 est un fragment, à plus grande échelle, du bandage, montrant les joints brasés de l'assemblage du rotor;
- la figure 3 représente une photo-micrographie à l'agrandissement 100 montrant la configuration d'un revêtement d'aluminiure appliqué sur une feuille de nickel, préalablement à la diffusion d'aluminium, ledit revêtement étant appliqué uniformément sur le brasage comme sur la surface d'acier ;
- la figure 4 est l'enregistrement d'un sondage micrographique électronique montrant la distribution du nickel et de l'aluminium dans le revêtement , par rapport au métal d'apport du joint sur lequel ledit revêtement est appliqué ;
- la figure 5 représente une photo-micrographie à l'agran- <EMI ID=7.1>
le substrat en acier;
- la figure 6 est l'enregistrement d'un sondage micrographique électronique montrant la distribution du nickel et de l'aluminium dans le revêtement qui adhère au substrat d'acier ; <EMI ID=8.1> dissement 500 montrant un revêtement en aluminium-chrome recouvrant le brasage
- la figure 8 est l'enregistrement d'un sondage micrographique électronique Montrant la distribution du chrome et de l'aluminium dans le revêtement qui adhère au métal d'apport ;
- la figure 9 représente une photo-micrographie à l'agrandissement 500 montrant un revêtement en aluminium-chrome recouvrant le substrat d'acier;
- la figure 10 est l'enregistrement d'un sondage micrographique électronique montrant la distribution du chrome et de l'aluminium dans le revêtement qui adhère au substrat d'acier.
Un des aspects de l'invention consiste en un procédé d'aluminiage d'un objet brasé en métal ferreux, tel qu'un composant de moteur d'avion comportant un ou plusieurs joints brasés. Le métal d'apport du joint est un alliage de brasage non ferreux dont le point de fusion va de 607 à 1052 degrés centigrades, ce qui est le cas d'un alliage ayant pour base un ou plusieurs des métaux d'un groupe formé du cuivre, de l'argent et de l'or. Etant donné que l'aluminium a tendance à diffuser dans le métal d'apport non ferreux plus profondément que dans le substrat d'acier, le procédé consiste à recouvrir l'objet tout entier, brasure comprise, d'un métal qui forme un aluminiure et de diffuser ensuite l'aluminium par un procédé thermique, de préférence par cémentation sous bourrage, sur
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de créer un revêtement d'aluminium d'épaisseur sensiblement uniforme recouvrant toute la superficie, la couche d'aluminium appliquée par diffusion thermique étant caractérisée par la présence d'une sous-
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fatigue de la surface à base d'aluminium, particulièrement à l'endroit du brasage, est comparable à celle d'échantillons dépourvus d'un tel revêtement, et supérieure à celle d'échantillons brasés et revêtus
<EMI ID=11.1> d'objets sur lesquels, après la formation d'une couche à base d'aluminium sur le substrat ferreux par un procédé thermique, on applique un revêtement non métallique, en silicate, fortement adhérent, audessus de la couche d'aluminium. Pour ce qui concerne ce revêtement non métallique, il convient de se référer au brevet américain
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relatif à la production de tels revêtements non métalliques au-dessus de surfaces en métaux ferreux à revêtement à base d'aluminium est in- ; corporée dans le présent texte.
Ainsi qu'il a été mentionné ci-dessus, les alliages d'apport non ferreux qui posent le problème de la diffusion incontrôlée
de l'aluminium comprennent un ou plusieurs métaux du groupe formé du cuivre, de l'argent et de l'or. Par "un ou plusieurs métaux formés
du groupe cuivre, argent et or", il faut entendre que l'alliage d'apport non ferreux, destiné au brasage, contient comme composant principal l'un au moins des métaux précités du groupe du cuivre, le complément de l'alliage étant substantiellement formé par d'autres métaux non ferreux tels que le zinc, le nickel, le palladium, le cadmium, le zinc, le manganèse etc.
Il semble que la profondeur de diffusion de l'aluminium
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fusion est plus bas. Or, on peut dire de façon générale que les al- liages non ferreux servant au brasage comprennent des produits dont
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pérature de fusion inférieure à celle du substrat métallique à souder, tout en étant assez élevée pour éviter tout ramollissement aux hautes températures auxquelles sont soumises en service les pièces d'avion,
(par exemple les aubages).
A titra d'exemple, les alliages d'apport non ferreux, utili-
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norme PWA)
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et bien d'autres encore. La diffusion de l'aluminium dans l'alliage
1) peut aller jusqu'à une profondeur de 0,178 mm, dans les autres alliages jusqu'à 0,05 mm. Or, une telle diffusion de l'aluminium dans le métal a pour effet d'affaiblir le joint et d'amoindrir sa résistance à la fatigue.
Les alliages de brasage caractéristiques ont une composition en pourcentage de poids, une température à l'état solide et liquide et une température de brasage pour assembler des pièces en acier inoxydable qui figurent au tableau ci-après :
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d'Au et le complément de nickel. Cet alliage a une température de transition liquide-solide de 949[deg.]C et s'emploie au brasage à des
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La plupart des aciers inoxydables peuvent être brasés à l'aide d'un des métaux d'apport variés comprenant des alliages à base d'argent, d'or, de cuivre et autres. Dans un autre ordre
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40 % d'une combinaison de deux ou plus de deux métaux dudit groupe cuivre. Ainsi qu'il a été indiqué ci-dessus, les autres éléments non
i ferreux de l'alliage peuvent comprendre un ou plusieurs des corps Zn, Cd, Ni, Sn, Mn, Pd etc. Ainsi, l'alliage d'apport peut contenir de
40 % à 95 % de l'un au moins des métaux du groupe cuivre, le complé- ment étant constitué par un ou plusieurs autres métaux non ferreux.
Lorsqu'on utilise les alliages ci-dessus pour le brasage dans la fabrication de certains composants aéronautiques, il s'est avéré essentiel, pour assurer des propriétés sensiblement constantes de résistance à la corrosion et l'oxydation sur toute la surface desdites pièces, de recouvrir cette surface, cordon de soudure compris, d'un métal formant un aluminiure avant de procéder au revêtement à l'aluminium de la pièce toute entière. On peut employer différents procédés pour appliquer ce recouvrement. Un procédé préférentiel est le dépôt électrolytique. Un autre consiste à déposer le métal à partir d'un bain chimique, par exemple un bain d'hypophosphite i de nickel, le nickel étant en l'occurenca le métal formant des alu- miniures.
Lorsqu'on produit un dépôt électrolytique sur une pièce de forme complexe, comme un aubage complet, on utilise une anode in- soluble qui a une configuration analogue à la forme générale de la pièce à aubes traitée, de façon à assurer un apport sensiblement uniforme de dépôt électrolytique sur toute la surface complexe à recouvrir.
Les métaux servant au placage sont ceux-qui forment avec l'aluminium des aluminiures stables. Les métaux particulièrement recommandés sont le fer, le nickel, le cobalt et le chrome. Les pro- cédés les plus efficaces sont les placages de nickel ou de chrome, métaux dans lesquels l'aluminium sera diffusé ensuite. Le comporte- ment autoprotecteur conféré par les aluminiures de nickel et de chrome peut être évalué à l'aide d'essais de pulvérisations salines
et à l'aide de mesures de force électromotrice.
Ainsi, des coupons d'acier inoxydable revêtu de leur placage ont été dépouillés de leur revêtement sur des zones en forme
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saline fonctionnant selon la norme ASTM B 117. L'examen des échantillons a montré la présence de produits de corrosion sur le revêtement, la base d'acier inoxydable restant néanmoins à l'abri de la corrosion. A titre d'illustration des mesures de FEM obtenues pour différents substrats avec une électrode au calomel dans une solution de chlorure de sodium à 3 %, il sera fait état des chiffres suivants :
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Les valeurs ci-dessus prouvent que les aluminiures de chrome et de nickel sont l'un et l'autre générateurs d'auto-protection, (c'est-à-dire anodiques), par rapport au substrat d'acier inox. D'autre part, l'aluminium diffusé dans le métal de brasage montre des propriétés auto-protectrices ; mais cette diffusion diminue la résistance à la fatigue au niveau du joint brasé. Par contre, si l'on applique sur toute la pièce, soudure comprise, un placage en métal capable de former des aluminiures, la constance approximative des propriétés chimiques et physiques reste assurée pour toute
la pièce ainsi traitée. L'épaisseur de la couche de métal aluminisable ainsi appliquée est d'au moins 0,005 mm.
Le recouvrement de toute la surface, brasage compris, a l'avantage d'aboutir à des résultats qui sont désormais indépendants du substrat prédominant. Par exemple, un substrat ferreux d'une certaine composition peut réagir sur l'aluminium diffusé d'une façon différente de celle d'un substrat ferreux d'une autre composition, et la couche à base d'aluminium présentera des caractéristiques différentes dans l'un et l'autre cas. Par contre, en recouvrant toute la superficie d'une couche sensiblement uniforme d'un métal formant des aluminiures, tel que le nickel ou le chrome, le processus devient indépendant de la nature du métal sous-jacent à protéger.
Ainsi qu'il est indiqué ci-dessus, le métal qui forme des aluminiures peut être appliqué selon des procédés divers, tels que le dépôt électrolytique, le dépôt non électrique obtenu à l'aide d'un bain chimique, la vaporisation sous vide etc. Ainsi, le nickel peut être déposé par électrolyse dans un bain au sulfamate, ou bien chimiquement par un bain au nickel. Après cette opération de placage ou de revêtement de la pièce par un métal formant des aluminiures, ladite pièce, par exemple un aubage composé des aubes et de leurs bandages, est insérée dans un creuset de cémentation contenant de l'aluminium, dont la charge se composera, par exemple, en pourcentage de poids, de 80 % de poudre d'aluminium et de 20 % d'oxyde d'aluminium dans lequel on aura incorporé environ 2 % de chlorure d'aluminium sec.
Un mode opératoire comporte la préparation d'une charge
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La charge est mélangée dans un mélangeur vibrant sous atmosphère sèche pendant 5 à 10 minutes. Si la charge se compose de
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36 heures. Par contre, s'il s'agit d'une poudre déjà utilisée que l'on recycle pour constituer une nouvelle charge, cette précuisson n'est pas nécessaire. La charge est placée, en atmosphère sèche, dans un creuset avec la pièce à aubages en acier AMS 5616 qu'il s'agit de traiter, la pièce étant complètement recouverte par la charge et les vides entre les aubes étant comblés au sein de la charge par vibration. Le couvercle est scellé au corps du creuset en rendant étanche à l'aide de plusieurs couches de feuillard d'aluminium en forme de joint, de manière à empêcher toute entrée d'air, mais à permettre néanmoins l'expulsion des produits gazeux de la réaction.
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puis le chauffage est appliqué de façon à élever la température jusqu'à ce qu'elle atteigne la valeur souhaitable-pour la métallisation cherchée. Pendant l'élévation de la température, il est préférable de passer par une pause endothermique à 176[deg.]C environ, due
<EMI ID=31.1> mentaire de la surface de la pièce, la débarrassant de toute pellicule d'oxyde qui pourrait s'y trouver, avant de reprendre le chauffage jusqu'à une température ne dépassant pas la valeur ap-
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substantiellement pendant 36 heures environ. Lorsque le cycle de chauffage est terminé, le creuset est enlevé du four pour le laisser refroidir jusqu'à 205[deg.]C environ, après quoi il est placé dans un milieu sec pour refroidir jusqu'à la température ambiante.
Ensuite, le creuset refroidi est déposé dans une chambre à humidité réglable, le couvercle est enlevé et la pièce à aubage est extraite de la charge de cémentation. Elle est débarrassée du composé qui y adhère par un soufflage à l'air sec, puis immergée dans l'eau pour enlever les poussières fines et d'autres résidus, dégageant ainsi un dépôt d'aluminium très propre contenant un composé métallique ferro-alumineux, tel que FeAl<3>, sur les parties non brasées, et un composé intermétallique d'aluminiure de nickel sur les parties brasées de la pièce, lesquelles sont revêtues d'un placage de nickel. La surface à base d'aluminium, comme d'autres revêtements d'aluminium par diffusion thermique, est caractérisée par ses propriétés d'auto-protection, c'est-à-dire que, placée
dans une ambiance saline, elle subira la corrosion avant le substrat ferreux, qu'elle protège donc substantiellement.
En général, la charge comprendra un pourcentage en poids
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reliquat étant formé d'oxydes réfractaires inertes de métaux tels que l'oxyde d'aluminium, de magnésium, de titane, de zirconium etc.
Un bain électrolytique utilisable pour recouvrir une pièce en métal ferreux d'une couche sensiblement uniforme de nickel est composé comme suit :
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Pour ce qui concerne le placage avec du nickel et avec d'autres métaux formant des aluminiures, il convient de se reporter
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Un bain électrolytique.caractéristique de chromage est composé comme suit :
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L'ion sulfate est utilisé comme radical acide catalyseur. Une autre composition possible est :
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Un bain de placage au cobalt non électrique a la composition suivante :
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pH : de 9 à 10
Neutralisation par NH�OH
Une pièce en acier inoxydable qui a été traitée avec succès d'après le procédé susvisé est le rotor illustré figures 1
à 3, composé d'un aubage avec ses bandages. La figure 1 montre un aubage 10 formé d'aubes et de leurs bandages, comprenant une bague intérieure 11 et une bague extérieure 12 entre lesquelles sont disposées les aubes 13 réunies aux bagues par brasage.
Les joints brasés 14 apparaissent clairement sur la figure 2. La figure 3 illustre le fait que le substrat d'acier 15 aussi bien que le cordon de métal d'apport du joint brasé 16 sont recouverts d'une couche uniforme de nickel 17, déposée par électrolyse, dans laquelle a été diffusé de l'aluminium, de manière à créer une couche protectrice formée essentiellement d'aluminiure de nickel.
La figure 3 montre encore un revêtement supplémentaire formé d'une couche 18 en nickel-cuivre, qui a été ajoutée sur l'échantillon pour protéger le revêtement proprement dit pendant le montage et
le polissage de la pièce.
La figure 4 reproduit l'enregistrement d'un soudage micro- <EMI ID=44.1>
approximativement jusqu'à la surface de séparation du métal d'apport, épais de 0,020 mm. On remarquera que la partie extérieure du revê-
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La petite proportion de cuivre présente dans le revêtement provient de la diffusion du métal d'apport vers l'extérieur. L'aluminium, lui, n'a pas pénétré à l'intérieur du cordon de brasage.
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prise au voisinage du substrat d'acier 15, montre plus distinctement la couche d'aluminiure de nickel 17A jouxtant une couche de nickel 17, limitrophe du substrat d'acier, et qui n'a pas participé à la réaction.
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taines parties des courbes portant l'indication approximative de la composition du revêtement après diffusion. On remarquera que l'épaisseur du revêtement tout entier, y compris la couche de nickel qui n'a pas participé à la réaction, est d'environ 0,020 mm.
Les figures 7 et 10 illustrent de façon analogue l'emploi du chrome comme métal générateur d'aluminiure ; les figures 7 et 8 montrent l'effet du chrome sur le cordon de brasure et les figures
9 et 10 le montrent sur le substrat d'acier.
A la figure 7, agrandie 500 fois, le métal d'apport 18 porte une plaque de chrome 19 n'ayant pas participé à la réaction,
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à l'enregistrement du microsondage de la figure 8, on y voit que l'ensemble de la couche d'aluminiure de chrome et de la couche de chrome n'ayant pas participé à la réaction, qui jouxte le métal d'apport, fait une épaisseur d'environ 0,018 mm. La composition en pourcentage d'aluminium et de chrome dans les zones sondées est indiquée à la figure, la couche d'aluminiure contenant environ
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ment de matériaux résiduels.
La figure 9 fait apparaître, agrandie 500 fois, la couche surmontant la partie de la pièce qui est en acier inox, ladite couche comprenant la couche 20A en aluminiure, puis la couche 19A de chrome ne participant pas à la réaction, surmontant le substrat en acier. Les différentes couches sont indiquées graphiquement
avec l'analyse quantitative approchée en pourcentage de chaque zone.
Comme l'a montré l'exposé qui précède, une couche de revêtement autoprotecteur sensiblement uniforme est créée pratiquement sur la totalité de la surface, et particulièrement à l'endroit du brasage où l'aluminium ne peut diffuser à l'intérieur du métal d'apport, réduisant la résistance à la fatigue du joint dont la structure tendrait à s'affaiblir sous l'effet de précipités d'aluminiures.
Ainsi qu'il a été exposé précédemment, à moins de recouvrir toute la surface du composant ferreux, brasure comprise, d'une couche de métal capable de former un ou des aluminiures, on aboutit généralement à une détérioration des propriétés de résistance à la fatigue aux joints. Ce fait a été vérifié au cours d'essais ou. des éprouvettes du joint ont été soumises à des charges en porte-à-faux créant des contraintes maximales de fléchissement au joint pendant les épreuves de fatigue. Au cours d'une série d'essais effectuée, les éprouvettes avaient la forme d'un T en acier inoxydable, brasé avec l'alliage 4772. A cet effet, on a bràsé sur l'éprouvette en porte-à-faux un bras usiné. Avant le brasage, les éprouvettes avaient été décapées par une solution, puis trempées et revenues.
L'une des éprouvettes a été traitée à l'aluminium sans application préalable d'une couche de métal formant des aluminiures. Une autre a été recouverte de nickel, une autre encore de chrome, avant d'être traitées à ].;aluminium. Ensuite, ces éprouvettes ont
été soumises à des essais de fatigue par chargement en porte-à- ' faux sous une contrainte de 3500 bars. On a obtenu ainsi les ré- sultats suivants :
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Ainsi qu'on le remarque à l'examen du 1er essai, l'éprouvette en métal de brasage présente une bonne résistance à la fatigue avant d'être gainée d'aluminium par procédé thermique, comme dans l'essai 2 ou. la défaillance se produisit au bout de 180 000 cycles, démontrant donc une chute de 40 % de la fiabilité par rapport à sa valeur maximale.
Par contre, lorsque l'échantillon est nickelé avant alu-
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défaillance augmente considérablement, atteignant 350 000. Dans
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contre l'aluminium, le résultat étant que la dégradation de la résistance à la fatigue est nettement moindre et, en fait, bien meilleure qu'après aluminiage simple.
Un essai plus significatif est celui de fatigue combiné avec l'oxydation-corrosion. Cet essai comporte le cycle suivant :
1) 10 000 cycles de fatigue sous une charge de 3500 bars à la base;
2) 5 heures d'oxydation sous une température de 370[deg.]C ;
3) 16 heures de pulvérisation saline.
L'essai de pulvérisation saline est celui correspondant
à la norme B 117 de l'ASTM.
Le cycle décrit ci-dessus est répété jusqu'à la rupture de l'éprouvette. Les résultats obtenus successivement sur le joint brasé brut, sur le joint revêtu d'aluminium et sur le joint nickelé, puis revêtu d'aluminium, sont les suivants :
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On a également obtenu une amélioration avec le chrome comme métal formateur d'aluminiure. En fait, les métaux qui forment des aluminiures peuvent être les métaux du groupe fer, c'est-à-dire le fer, le nickel et le cobalt, et aussi le chrome.
L'une des propriétés du revêtement d'aluminiures sur un substrat métallique consiste dans sa faculté d'absorber facilement un silicate liquide servant à la production d'une gaine protectrice non métallique.
Ainsi qu'il est indiqué au brevet précité américain
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face en aluminium appliqué thermiquement pour le silicate, est liée au caractère physico-chimique de la surface traitée, résultante du procédé de formation d'aluminiures. L'expression , "revêtement de
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sion thermique d'aluminium dans une surface métallique sur laquelle il se forme un aluminiure.
Selon un mode d'exécution, la gaine non métallique ou barrière de protection est créée en appliquant à la superficie de l'objet une solution d'un sel soluble silicate à une température voisine de
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liquide en excédent, par exemple au moyen d'un soufflage* d'air, pour former une couche uniforme du silicate qui est ensuite séchée sur place.
Alors que la surface à couche d'aluminium présente par elle-même une résistance à la corrosion saline, un essai caractéristique de pulvérisation saline a montré que des corps protecteurs se
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de l'essai, tandis que, lorsque ladite surface est recouverte d'une couche uniforme de silicate, on a observé des durées de pulvérisation de plus de 200 heures.
Une gamme étendue de solutions de silicate de sodium peut être utilisée pour produire la gaine non métallique. Ainsi par exemple, les produits peuvent être préparés à partir de solutions
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d'autres silicates de sodium susceptibles de servir à préparer ces
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fin utiliser aussi du silicate de lithium et même des silicates organiques, tels que le silicate d'éthyle.
Une solution préférentielle pour la production d'une couche uniforme de "pré-gainage" ou de barrage sur le substrat intermétal-
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Un mode préférentiel d'application de la solution de pré- gainage à la concentration indiquée ci-dessus consiste à plonger la pièce en métal ferreux thermiquement traité à l'aluminium dans
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la laisser dans ce bain pendant un temps assez long pour que la pièce soit portée à la même température, assurant ainsi l'absorption de la solution parla surface revêtue. Le liquide en excédent est enlevé ensuite par soufflage à l'air, et on laisse sécher la pièce. Ensuite on la replonge pendant un temps réduit, suffisant pour qu'elle soit recouverte de liquide, puis on l'enlève à nouveau,
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répétées jusqu'à ce que l'épaisseur obtenue soit suffisante. On
a découvert qu'en utilisant cette technique de séchage par l'air,
il suffisait d'immersion brèves dans le réservoir pour assurer une formation continue de la couche de silicate. Un séjour trop long de la pièce dans la solution pourrait, au contraire, aboutir à provoquer une nouvelle dissolution de la couche dans le bain. Pour assurer la mouillabilité du revêtement qui recouvre le substrat intermétallique, on peut se servir d'un agent tensio-actif ou mouillant, par exemple d'un phosphate anionique tel que "Triton QS 30" fabriqué par
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Un autre procédé, qui donne un revêtement de silicate plus stable, consiste à appliquer des couches successives comme il est décrit ci-dessus, chacune étant ensuite durcie au four. On peut employer des fours à rayonnement infra-rouge ou à circulation forcée d'air chaud à des températures allant de 150[deg.] à 430[deg.]C, avec protection accrue contre la corrosion. La gaine de silicate appliquée par l'un quelconque des procédés ci-dessus aura une couche d'épaisseur
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les zones d'excédent de silicate à la surface. Un mode préférentiel consiste à appliquer au moins une couche préliminaire à l'aide d'une solution diluée de silicate contenant, en poids, de 0,05 % à 2 % de
<EMI ID=67.1> d'immersion, séchage et durcissement, et à terminer par une ou plusieurs couches de solution plus concentrée contenant de 2,5 % à
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L'avantage inhérent au procédé de durcissement de la gaine de silicate au four, qui permet de former plusieurs couches, consiste en ce que la gaine ainsi formée résiste à dix cycles d'oxydation-corrosion comportant chacun un chauffage du substrat ainsi gainé jusqu'à 538[deg.]C environ, pendant 1 heure suivi d'un essai de
5 heures de pulvérisation saline, cette séquence étant répétée 10 fois. Lorsque les applications de la couche de silicate sont suivies d'un durcissement à 205[deg.]C environ, on a obtenu une protection de haut niveau et, dans un grand nombre de cas, on n'a observé que peu de corps auto-protecteurs formés à la surface métallique après 10
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mentionnés ci-dessus sont utiles pour vérifier la qualité de la gaine de silicate avant l'application du revêtement suivant.
La résistance de la couche métallique à la corrosion peut être augmentée encore en appliquant à la couche de silicate durcie au four une couche de transformation ou d'affinage. Cette couche d'affinage peut être recouverte à son tour par une couche de silicate. La couche d'affinage peut être appliquée par pulvérisation,
en utilisant des pulvérisateurs alternatifs disponibles dans le commerce. Après l'application de la couche d'affinage, on peut, facultativement, pulvériser sur la couche d'affinage une solution
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mouillant au phosphate anionique, à une température de surface ne dépassant pas 65[deg.]C environ, après quoi on durcira la couche au four
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bain jusque et qu'il atteigne la température indiquée, puis le liquide en excédent est rapidement enlevé à l'aide d'un soufflage
à air. On l'immerge ensuite à nouveau, on le retire immédiatement et on le sèche à l'air. Une troisième application est effectuée de la Berne manière. Il importe d'enlever le liquide en excédent de la pièce pour éviter la formation de mousse pendant le processus de durcissement. Le but de cette répétition d'immersions et de séchages
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est indiqué ci-dessus, le durcissement sera obtenu de préférence dans un four à infra-rouge à une température de 427[deg.]C environ.
Il existe un procédé de fabrication qui s'est avéré efficace pour l'application de couches uniformes de silicate et qui se déroule comme suit .
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traitement dans la solution en posant la pièce, - par exemple un aubage de turbine, - sur une grille qui est immergée dans la solution, puis retirée immédiatement. On laisse sécher le liquide pendant 15 secondes environ, puis on replonge le support et on le retire. Après la seconde immersion, un dispositif de soufflage pneumatique est prévu autour de la grille pour souffler le liquide en excédent. Cette séquence constitue un cycle. On a recours à quatre cycles successifs pour obtenir la couche souhaitée de silicate. Au besoin, on peut utiliser un pistolet à air pour Oter le liquide en excédent à la base des aubes. Après le quatrième cycle, les lames sont séchées complètement, par exemple par soufflage pneumatique. La température d'application des couches successives de silicate peut aller de 70[deg.]C à 90[deg.]C environ. Après achèvement de quatre cycles,
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à infra-rouges.
Apparemment, la combinaison de la gaine:de silicate et du composé alumineux de la surface traitée améliore nettement la résistance de cette dernière à la formation d'oxydes protecteurs, ce qui allonge la durée de vie de la couche auto-protectrice d'une façon inattendue et lui permet de résister à une ambiance saline pendant un temps plus long qu'il ne serait possible avec une surface non gainée.
Mais, ainsi qu'il a été indiqué dans la demande de brevet français n[deg.] 72 13 142 du 14 avril 1972 au nom de la présente demanderesse, la durée de vie de la surface auto-protectrice à base d'aluminium recouverte de silicate est augmentée encore en appliquant une couche d'affinage d'une manière substantiellement identique à celle par laquelle on a appliqué la gaine de silicate. Une solution d'affinage aqueuse préférentielle peut contenir, en poids,
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et environ de 0,0235 % à 3 % d'aluminium, de 3 % à 8 % d'acide
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étant essentiellement constitué par de l'eau. Une formule qui s'est avérée particulièrement avantageuse pour constituer la solution est la suivante :
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L'aluminium et le magnésium se dissolvent dans la solution grâce à la présence d'acide libre.
Pour appliquer cette couche d'affinage sur le substrat d'acier enrobé de silicate, on pulvérise la solution sur ledit substrat, on le sèche et on le fait durcir au four de manière à le
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avant Inapplication suivante de la couche protectrice. Les opérations de pulvérisation, de cuisson au four et de refroidissement constituent un cycle de pulvérisation. On effectue normalement
trois de ces cycles pour appliquer la gaine d'affinage.
L'application de cette gaine d'affinage comme il est dé- crit ci-dessus aboutit à la formation d'une couche superficielle uniforme et lisse qui fournit une protection contre l'oxydation-corrosion sans qu'aucune autre finition de surface soit nécessaire. On obtient la constitution d'une couche d'environ 0,025 mm en faisant alterner plusieurs applications de silicate et de solution d'affinage.
On pense que la cuison de la double couche silicate-affineur produit une réaction donnant naissance à un produit ayant une résistance accrue à la corrosion en milieu salin. S'il est préférable d'appliquer d'abord le" silicate à la surface thermiquement traitée à l'aluminium, on admet qu'il est possible de l'appliquer dans une solution commune avec la matière d'affinage. Ainsi, la solution d'affinage préparée pour la pulvérisation peut contenir environ
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de potassium, d'éthyle etc.
On pourra remarquer, à la lecture de la demande de brevet
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pour la couche d'affinage, on peut en utiliser un grand nombre d'autres du type phosphate-chromate, en liaison avec le sel de silicium. D'une façon générale, la couche d'affinage,peut comprendre des phosphates et des chromates d'un métal au moins, par exemple Al, Mg, Zn, Be, Ba, Sr, Ce, des métaux du même groupe et des métaux autres. Selon un mode d'exécution préférentiel, une couche d'affinage contenant <EMI ID=83.1>
des phosphates et des chromates d'aluminium et de magnésium est particulièrement souhaitable.
D'une façon tout à fait générale, les. solutions d'affi-
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ou de plusieurs métaux donnant des phosphates et des chromates, <EMI ID=85.1> constitué essentiellement d'eau. Une solution préférentielle est celle qui contient environ 0,02 % à 3 % d'aluminium dissous, de 0,75 % à 6 % de magnésium dissous, de 5 % à 30 % d'acide phosphori-
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et du complément constitué essentiellement d'eau. Une composition plus spécifique est celle qui contient, en poids, environ 0,25 %
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d'acide chromique avec le complément constitué essentiellement d'eau.
Parmi les aciers auxquels la présente invention s'applique particulièrement, on trouve par exemple l'AMS 5616. Cet acier contient 13 % de Cr, 2 % de Ni et 3 % de W, le complément étant essen-
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ment formé essentiellement de fer enfin, le 17-4 contient environ
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Si et un complément essentiellement formé de fer. D'une manière générale, l'acier peut contenir environ 5 % à 25 % de Cr, 5 % au maxi-
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mum de Al, 2 % au maximum de Ti, et un complément essentiellement constitué de fer.
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tion préférentiels, il est entendu que les dispositions ainsi exposées pourront faire l'objet de variantes et de modifications sans sortir pour autant du domaine ni de l'esprit de l'invention.
REVENDICATIONS
1. Objet en métal ferreux comportant un ou plusieurs
joints brasés obtenus à l'aide d'un alliage à brasure non ferreux
dont le point de fusion est compris entre 607[deg.] et 1052[deg.] centigrades,
ledit objet étant caractérisé en ce qu'il porte sur toute sa sur- face, y compris celle des joints brasés, une couche d'un métal
capable de former un ou plusieurs aluminiures et appartenant à un
groupe qui comprend le fer, le nickel, le cobalt et le chrome, et
en ce qu'il reçoit sur toute sa surface une application d'aluminium par diffusion thermique, ladite couche, recouvrant la surface ferreuse, brasure comprise, étant caractérisée uniformément par la présence d'un aluminiure faisant partie du groupe comprenant
l'aluminiure de fer, de nickel, de cobalt et de chrome, et la couche d'aluminium appliquée par diffusion thermique portant, adhérant
à elle, une couche non métallique, durcie, de protection, formée
à partir d'un silicate qui fait partie du groupe composé des silicates de sodium, de potassium, de lithium et d'éthyle.