Procédé pour l'obtention d'un revêtement de métal et appareil pour la mise en aeuvre de ce procédé La présente invention se rapporte à un procédé pour l'obtention d'un revêtement de métal dense et fermement adhérent sur un ob jet, ledit métal étant mis en contact avec cet objet sous forme d'un composé gazeux décom posable par la chaleur.
L'invention se rapporte également à un appareil pour la mise en oeuvre dudit procédé. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on fait parcourir à un gaz compre- nant un composé métallique gazeux décompo- sable par la chaleur un circuit fermé en un point duquel est disposé l'objet à revêtir, chauffé à la température de décomposition du- dit composé métallique gazeux,
des moyens de réfrigération étant placés sur le chemin du cou rant gazeux avant qu'il ne vienne en contact avec l'objet à revêtir, dans le but d'empêcher la décomposition prématurée du composé mé tallique décomposable.
L'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé se compose d'une chambre compor tant des moyens pour supporter et chauffer l'objet à revêtir, un ventilateur disposé au- dessus de ces moyens et chassant le flux gazeux contre l'objet à revêtir, ainsi qu'un réfrigéra teur, également disposé au-dessus desdits moyens.
Le présent procédé s'applique particulière- ment bien au dépôt de très minces couches de métal protecteur tel que du nickel, du cobalt, du tungstène, du molybdène, leurs alliages et autres métaux analogues. On a procédé jus qu'ici en enfermant l'objet à plaquer dans une chambre remplie de composé métallique ga zeux décomposable, et en chauffant ledit objet à la température de décomposition dudit com posé.
Dans le placage ainsi effectué, la produc tion de dépôts métalliques denses est rendue difficile par deux phénomènes, soit la décom position intergazeuse et la résistance d'un film de gaz empêchant l'adhérence totale à la sur face de fond.
La décomposition intergazeuse provient de ce que le gaz de placage est chauffé à une tem pérature trop haute avant d'être en contact avec l'objet à plaquer. Ce phénomène entraîne la formation de particules de métal qui tombent sur la surface à plaquer et constituent une cou che extrêmement rugueuse.
Le second phénomène, celui de la résis tance du film gazeux, se manifeste toujours dans le cas des corps solides chauffés en pré sence d'un gaz. Le film sert de séparation entre le corps solide et le gaz. Il empêche le com posé métallique gazeux de se décomposer direc tement à 1a surface libre du métal. Le présent procédé permet de supprimer ces désavantages.
L'atmosphère gazeuse décomposable peut être constituée d'un mélange de gaz inerte avec les vapeurs d'un composé métallique volatil.
Le bioxyde de carbone, l'hélium, l'azote, l'hydrogène, le produit gazeux de la combus tion sous contrôle de gaz d'hydrocarbures, ou autres gaz analogues, peuvent être utilisés comme véhicules du composé métallique dé composable.
Dans certains cas, l'usage de l'hydrogène est préféré, notamment lorsque ses propriétés réductrices peuvent être mises avantageusement à profit pour éliminer une couche d'oxyde ou la rouille du fer.
Les métaux de placage peuvent être intro duits dans le véhicule gazeux sous, forme de métaux-carbonyles gazeux ou de solutions de métaux-carbonyles dans des solvants facile ment vaporisables (par exemple l'éther de pé trole), de même que sous forme de composés de nitrosyle, de carbonyle et de nitrosyle, d'hy drures, de composés d'alcoyle, d'halogénures et autres.
Le nickel, le fer, le chrome, le molybdène et le cobalt sont ordinairement employés sous forme de composés de carbonyle.
Par exemple, le nickel-carbonyle se décom pose totalement à une température allant de 190o C à 205o C mais i1 commence déjà à se décomposer à<B>800</B> C environ, processus qui continue entre 950 C et 195 C.
Un grand nombre de métaux-carbonyles et d'hydrures peuvent être effectivement et effica cement décomposés à une température variant de 175o à 230o C. La plupart des carbonyles seront traités de préférence à des températures allant de 190o à 220o C.
Le chauffage des objets aux températures indiquées ci-dessus peut être réalisé par de nombreuses méthodes qui dépendent de la na ture de l'objet à plaquer. Si ce dernier est im mobile, on peut le placer sur un chauffage à résistance ou plaque de chauffe. S'il est en mou vement, on le fera passer sur un corps de chauffe ou on l'exposera aux rayons infra- rouges. Il pourra aussi être traversé par un courant électrique, soit de fréquence normale, soit à haute fréquence, ou être chauffé par des moyens similaires.
Avant le revêtement, l'objet sera nettoyé par les méthodes usuelles.
Le dessin annexé montre une forme d7exé- cution de l'appareil pour la mise en oeuvre du présent procédé.
La fig. 1 en est une représentation schéma tique en coupe.
La fig. 2 est une coupe selon la ligne 2-2 de la fig. 1.
Le dessin montre une chambre 10 pourvue d'une tubulure d'entrée de gaz 11 et de sortie 12.
Cette chambre est divisée par un panneau vertical 13 s'étendant de la paroi avant 14 à la paroi arrière 15, mais laissant subsister un passage dans le haut, respectivement dans le fond de la chambre. Un corps de chauffe 16 est placé au-dessus dudit fond dans la partie de la chambre dans laquelle ne pénètrent pas les tubulures 11 et 12. Sa plaque supérieure 17 porte les objets métalliques qu'elle peut chauf fer à des températures variant de 175o à 2600 C, de préférence de 175o à 235o C. Le corps de chauffe 16 est alimenté en courant électrique par les câbles<I>LI</I> et<I>L2.</I>
Un ventilateur 18, actionné par un moteur encastré 19, est suspendu au-dessus de la pla que chauffée 17. Ce ventilateur a pour mission d'assurer le déplacement des gaz de haut en bas à une vitesse de 12 à 27 m à la seconde.
Au-dessus du ventilateur se trouve un re froidisseur de gaz 20 alimenté en fluide réfri gérant par un dispositif extérieur qui ne figure pas ici.
Quoique l'appareil ne comprenne qu'une seule chambre, on se rendra compte de suite que le refroidissement du gaz s'effectue en dehors de la zone de placage, que, d'autre part, le gaz est remis en circulation par le ventilateur aspirant les gaz de la chambre de placage en les y renvoyant de force par une conduite exté rieure. L'exemple suivant montre comment le pro cédé selon l'invention peut être exécuté, à l'aide de l'appareil ci-dessus décrit.
La partie A de cet exemple se réfère à un essai comparatif. <I>EXEMPLE</I> A) On s'est servi de disques de cuivre dont la surface a été nettoyée au moyen de brosses métalliques. Ces disques ont été placés sur la plaque chauffée et portés à une tempéra ture d'environ 205o C. Un mélange de nickel- carbonyle gazeux et de bioxyde de carbone fut introduit dans le carter à raison de 140 g de carbonyle par 0,03 m3 de bioxyde de carbone.
Les disques de cuivre furent plaqués sui vant le processus normal qui consiste à faire passer approximativement 0,09 m3 de mélange gazeux par heure à travers la chambre 10, ceci pendant deux minutes, un placage de 3 mi crons de nickel s'étant formé à la fin de cette période.
B) D'autres disques de cuivre traités de la même façon que dans l'opération précédente furent placés sur la plaque chaude et un mé lange identique de gaz fut également introduit dans la chambre à l'intérieur de laquelle le gaz fut maintenu par un réfrigérant à une tempé rature approximative de 50,) C. Toutefois, le gaz était mis en circulation dans la chambre 10 à une vitesse d'environ 18 m à la seconde, ceci grâce au ventilateur 18. Le placage dura deux minutes, comme dans l'essai A, et l'épaisseur du dépôt de nickel fut de 8 microns.
En comparant les disques, on pouvait voir que les dépôts obtenus par grande circulation de gaz étaient plus lisses. En plus, une compa raison basée sur le poids de métal déposé a révélé que la densité du dépôt sur les échantil lons plaqués sans agitation mécanique était de 47 g par 16 cm3, tandis que la densité des dépôts constitués sur les échantillons plaqués à l'aide du ventilateur provoquant une rapide circulation de gaz était de 128 g par 16 cm3.
Soumis à l'épreuve du sel, les disques re vêtus selon le processus B n'indiquèrent aucun signe de corrosion après deux jours, tandis que les disques revêtus selon le processus A étaient déjà attaqués après quatre heures d'épreuve.
The present invention relates to a method for obtaining a dense and firmly adhering metal coating on an object, said metal being brought into contact with this object in the form of a gaseous compound decomposable by heat.
The invention also relates to an apparatus for carrying out said method. The process according to the invention is characterized in that a gas comprising a gaseous metallic compound which can be decomposed by heat is passed through a closed circuit at a point at which the object to be coated, heated at the temperature, is placed. decomposition temperature of said gaseous metal compound,
refrigeration means being placed in the path of the gas stream before it comes into contact with the object to be coated, for the purpose of preventing the premature decomposition of the decomposable metallic compound.
The apparatus for the implementation of this method consists of a chamber comprising means for supporting and heating the object to be coated, a fan disposed above these means and expelling the gas flow against the object to be coated. cover, as well as a refrigerator, also disposed above said means.
The present process is particularly applicable to the deposition of very thin layers of protective metal such as nickel, cobalt, tungsten, molybdenum, their alloys and other similar metals. Hitherto, the procedure has been carried out by enclosing the object to be plated in a chamber filled with decomposable gaseous metal compound, and by heating said object to the decomposition temperature of said compound.
In the plating thus carried out, the production of dense metal deposits is made difficult by two phenomena, namely the inter-gas decomposition and the resistance of a gas film preventing total adhesion to the bottom surface.
Intergaseous decomposition results from the plating gas being heated to too high a temperature before it comes into contact with the object to be plated. This phenomenon results in the formation of metal particles which fall on the surface to be plated and constitute an extremely rough layer.
The second phenomenon, that of the resistance of the gas film, always manifests itself in the case of solid bodies heated in the presence of a gas. The film serves as a separation between the solid body and the gas. It prevents the gaseous metallic compound from decomposing directly on the free surface of the metal. The present method makes it possible to eliminate these disadvantages.
The decomposable gaseous atmosphere can consist of a mixture of inert gas with the vapors of a volatile metal compound.
Carbon dioxide, helium, nitrogen, hydrogen, the gaseous product of the combustion under the control of hydrocarbon gases, or the like, can be used as vehicles for the decomposable metal compound.
In certain cases, the use of hydrogen is preferred, in particular when its reducing properties can be advantageously used to remove an oxide layer or rust from the iron.
The plating metals can be introduced into the gaseous vehicle as gaseous metal carbonyls or solutions of metal carbonyls in readily vaporizable solvents (e.g. petroleum ether), as well as as oil. nitrosyl, carbonyl and nitrosyl compounds, hydrides, alkyl compounds, halides and others.
Nickel, iron, chromium, molybdenum and cobalt are commonly used as carbonyl compounds.
For example, nickel-carbonyl decomposes completely at a temperature of 190o C to 205o C, but it already begins to decompose at approximately <B> 800 </B> C, a process which continues between 950 C and 195 C.
A large number of metal carbonyls and hydrides can be effectively and efficiently decomposed at a temperature ranging from 175o to 230o C. Most carbonyls will preferably be processed at temperatures ranging from 190o to 220o C.
Heating of the objects to the temperatures indicated above can be achieved by many methods which depend on the nature of the object to be plated. If the latter is im mobile, it can be placed on a resistance heater or heating plate. If it is in motion, it will be passed over a heating body or it will be exposed to infrared rays. It may also be traversed by an electric current, either of normal frequency or of high frequency, or be heated by similar means.
Before coating, the object will be cleaned by the usual methods.
The accompanying drawing shows one embodiment of the apparatus for carrying out the present process.
Fig. 1 is a cross-sectional tick diagram representation.
Fig. 2 is a section taken along line 2-2 of FIG. 1.
The drawing shows a chamber 10 provided with a gas inlet 11 and outlet 12 pipe.
This chamber is divided by a vertical panel 13 extending from the front wall 14 to the rear wall 15, but leaving a passage at the top, respectively in the bottom of the chamber. A heating body 16 is placed above said bottom in the part of the chamber into which the pipes 11 and 12 do not enter. Its upper plate 17 carries the metal objects which it can heat iron at temperatures varying from 175o to 2600 C, preferably 175o to 235o C. The heating body 16 is supplied with electric current by the cables <I> LI </I> and <I> L2. </I>
A fan 18, actuated by a built-in motor 19, is suspended above the heated plate 17. The mission of this fan is to ensure the movement of the gases from top to bottom at a speed of 12 to 27 m per second. .
Above the fan is a gas cooler 20 supplied with cooling fluid by an external device which is not shown here.
Although the device has only one chamber, we will immediately realize that the cooling of the gas takes place outside the plating area, that, on the other hand, the gas is recirculated by the fan. sucking the gases from the plating chamber by forcibly returning them through an external pipe. The following example shows how the process according to the invention can be carried out, using the apparatus described above.
Part A of this example refers to a comparative test. <I> EXAMPLE </I> A) Copper discs were used, the surface of which was cleaned with wire brushes. These discs were placed on the heated plate and brought to a temperature of about 205o C. A mixture of gaseous nickel-carbonyl and carbon dioxide was introduced into the crankcase at the rate of 140 g of carbonyl per 0.03 m3. of carbon dioxide.
The copper disks were plated by the normal process of passing approximately 0.09 m3 of gas mixture per hour through chamber 10 for two minutes, a plating of 3 microns of nickel having formed at. the end of this period.
B) Other copper discs treated in the same way as in the previous operation were placed on the hot plate and an identical mixture of gas was also introduced into the chamber within which the gas was held by a refrigerant at an approximate temperature of 50,) C. However, the gas was circulated in chamber 10 at a speed of about 18 m per second, thanks to the fan 18. The plating lasted two minutes, as in test A, and the thickness of the nickel deposit was 8 microns.
By comparing the discs, it could be seen that the deposits obtained by large gas circulation were smoother. In addition, a comparison based on the weight of metal deposited revealed that the density of the deposit on the plated samples without mechanical agitation was 47 g per 16 cm3, while the density of the deposits formed on the plated samples. fan aid causing rapid gas flow was 128 g per 16 cm3.
The salt proof discs coated with Process B showed no signs of corrosion after two days, while the discs coated with Process A were already etched after four hours of testing.