Procédé de fabrication d'alliages ou de purification d'un métal La présente invention concerne un procédé de fabrication d'alliages par introduction dans un métal fondu d'un métal d'alliage très oxydable, ou de puri fication d'un métal fondu par introduction dans celui-ci d'un tel métal très oxydable. L'invention con cerne aussi un moyen pour la mise en oeuvre du procédé ainsi que l'alliage obtenu par ce procédé.
Lors de la fabrication d'alliages ou de la purifi cation de métaux, par introduction d'un métal très oxydable dans le métal fondu, il est courant de cons tater que des bulles gazeuses, sont incluses, dans, la pièce ou dans le lingot solidifié. Le but de la pré sente invention est d'éviter dans toute la mesure du possible que de telles occlusions gazeuses ne se produisent.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que, en vue d'éviter la formation d'occlusions gazeuses dans le produit métallique final solidifié, on introduit ledit métal très oxydable sous une forme telle qu'il soit exempt de gaz et/ou d'agents généra teurs de gaz.
Dans un mode de mise en oeuvre préféré, le métal très oxydable est contenu dans une enveloppe hermétiquement close et est introduit dans le métal fondu avec son enveloppe qui doit alors fondre, se briser ou être détruite à la température du métal ou de l'alliage fondu sans aucune formation d'occlu sions gazeuses dans le métal ou l'alliage, ou il est introduit immédiatement après avoir été retiré de son enveloppe.
Par exempt de gaz , on entend ici que la quantité de gaz contenue dans le métal très oxydable n'est pas supérieure à celle qu'il contient après avoir été fondu sous dépression.
Le procédé selon l'invention se prête à de nom breuses applications. L'invention sera décrite ci- après à propos de l'introduction de sodium dans les alliages d'aluminium.
On sait que les propriétés des alliages d'alumi- nium-silicium sont améliorées par l'introduction, dans l'alliage fondu, de petites quantités de sodium, par exemple de l'ordre de 0,1 %. Cette addition se traduit par une bien meilleure microstructure de ces alliages, et améliore aussi bien la résistance à la trac tion que l'allongement.
D'une façon générale, le sodium est ajouté soit sous forme métallique, soit sous forme de certains sels de sodium, tels que le fluorure de sodium, sels qui réagissent avec le métal et introduisent ainsi le sodium. L'utilisation de ces sels de sodium présente cependant l'inconvénient d'en nécessiter des quantités relativement importan- tes, par exemple de 1 à 3 % du poids de l'alliage,
et qu'ils ont tendance à attaquer les creusets dans lesquels est effectué le traitement de l'alliage en fusion. De plus, il n'est pas facile de les introduire dans le bain fondu, ce qui tend à allonger la durée des opérations, donc à retarder la coulée.
L'addition de sodium métallique évite ces incon vénients mais elle en apporte d'autres. On sait que le sodium métallique est très rapidement attaqué par l'humidité de l'air lorsqu'il n'est pas protégé. Il se forme une couche d'hydroxyde de sodium (qui est déliquescent), et qui se décompose lorsque le sodium est immergé dans l'alliage fondu, de sorte qu'il se produit un dégagement gazeux produisant des occlu sions principalement formées par de l'hydrogène.
Pour empêcher la formation de la couche d'hy droxyde, on conserve généralement le sodium dans du pétrole liquide qui empêche son contact avec l'air. Cependant, il est pratiquement impossible de retirer ensuite la totalité du pétrole adhérant au sodium. Lorsqu'on utilise ce sodium, on introduit donc également une petite quantité de pétrole qui, en se décomposant, produit des occlusions gazeuses dans l'alliage fondu. Par exemple, un cube de 28 g de sodium, conservé dans du pétrole et essuyé aussi parfaitement que possible avant utilisation, peut encore retenir jusqu'à 0,2 g de pétrole qui, par décomposition dans l'alliage fondu, dégage 350 cc de gaz au sein de cet alliage.
Même lorsqu'on évite l'utilisation de pétrole ou d'un autre liquide protecteur , et en prenant soin d'empêcher la formation d'hydroxyde, il reste le fait que le sodium métallique contient normalement de l'hydrogène dissous qui est libéré dans l'alliage fondu.
En conséquence, lorsqu'on ajoute, dans les conditions utilisées jusqu'ici, du sodium métallique aux alliages aluminium-silicium, on constate d'une façon générale une tendance à la formation d'occlu sions gazeuses, et un dégazage ne permet pas tou jours d'éviter cet inconvénient.
Pour remédier aux difficultés précitées, on intro duit dans l'alliage fondu, conformément à l'invention, du sodium sensiblement exempt de gaz ou d'agents générateurs de gaz, de préférence dans une enve loppe hermétiquement close qui se brise ou qui fond à la température de l'alliage en fusion. L'enveloppe peut être, par exemple, en verre, en aluminium, ou en alliage aluminium-silicium similaire à celui qui doit être traité.
Cette cartouche de sodium peut facilement être obtenue comme décrit ci-après. On part de sodium industriel ordinaire contaminé par les pro duits de corrosion usuels, et portant éventuellement une faible quantité de pétrole ou d'huile, que l'on place dans la moitié supérieure d'un tube de verre soudé à son extrémité inférieure, et présentant un étranglement au milieu. Dans cet étranglement, on place un petit filtre en laine de verre ou en une autre matière appropriée, perméable et inerte. On relie l'extrémité supérieure du tube à une source de vide pour le vider des gaz qu'il contient, et on chauffe avec précaution la moitié supérieure du tube. La chaleur fait fondre le sodium et favorise le déga gement de l'hydrogène dissous et des autres impu retés.
On fait ensuite passer le sodium fondu et épuré à travers le filtre et l'étranglement dans la moitié inférieure soudée du tube, en faisant agir sur sa surface supérieure, un gaz inerte sous pression tel que l'argon. On raccorde ensuite le tube de non- veau à la pompe à vide pour éliminer toutes les tra ces d'argon, et on soude l'étranglement.
Le, sodium ainsi obtenu, enfermé dans. le tube de verre hermétiquement clos, peut être ajouté à un métal fondu soit après avoir brisé la pointe du tube juste avant son immersion, soit en jetant le tube tel quel dans le bain. Dans ce dernier cas, et à condi tion que le tube soit en un verre industriel usuel quelconque, le choc thermique provoqué par la cha leur du métal fondu est suffisant pour faire éclater ou pour briser le tube, et pour assurer une introduc tion satisfaisante du sodium. Les fragments de verre montent facilement à la surface du bain en fusion et peuvent être retirés par des moyens usuels en fonderie.
Un autre mode de mise en oeuvre préféré de l'invention consiste à utiliser des boîtes en alumi nium à paroi mince, remplies sous vide avec du sodium fondu dans le vide et dégazé. On peut éga lement remplir les boîtes dans une atmosphère inerte, ou même dans l'air, à condition que l'opé ration soit effectuée dans un minimum de temps. On ferme ensuite hermétiquement les boîtes conte nant le sodium. Cette fermeture peut être effectuée avec une composition pour joints à base de caout chouc naturel ou synthétique ou de matière simi laire, mais cette composition n'est généralement pas nécessaire. Lorsqu'on utilise une matière de ce genre, et si elle peut par elle-même provoquer un dégagement de gaz, on doit la retirer avant d'in troduire le métal très oxydable dans le métal -ou l'alliage fondu.
Les boîtes en aluminium de ce genre, contenant du sodium, sont particulièrement avanta geuses pour modifier les alliages aluminium-silicium, et il est évident que le sodium, aussi bien que l'alu minium des boîtes, sont absorbés par la masse de métal fondu sans produire aucun corps étranger.
Les exemples ci-après montrent comment l'in vention peut être mise en aeuvre. <I>Exemple 1</I> On prépare, par la technique courante, trois échantillons d'alliages aluminium-silicium A, B et C du type dit LM6, mais sans aucune addition de sodium sous une forme quelconque. On, mesure la teneur en gaz, en sodium et la densité de ces alliages qui sont indiquées dans le tableau suivant
EMI0002.0019
On fait fondre chaque alliage dans un vase en acier.
On modifie l'alliage A par une addition de 1,5 % de fluorure de sodium, l'alliage B par une addition de 0,1% de sodium industriel, et l'alliage C par une addition de sodium (0,
1 o/a) fondu dans le vide (c'est-à-dire sensiblement exempt de gaz) et contenu dans une boîte en aluminium hermétiquement fermée. On mesure la teneur en gaz, la teneur en sodium, la densité, la résistance à la traction et l'allongement des, alliages résultants, et on obtient les résultats suivants
EMI0003.0007
Alliage <SEP> C
<tb> Alliage <SEP> A <SEP> Alliage <SEP> B <SEP> modifié <SEP> par <SEP> 0,1 <SEP> /o
<tb> modifié <SEP> par <SEP> 1,5 <SEP> /o <SEP> modifié <SEP> par <SEP> 0,
1 <SEP> de <SEP> sodium <SEP> fondu <SEP> dans <SEP> le <SEP> vide
<tb> de <SEP> fluorure <SEP> de <SEP> sodium <SEP> de <SEP> sodium <SEP> industriel <SEP> et <SEP> hermétiquement <SEP> enveloppé
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> gaz <SEP> . <SEP> . <SEP> <B>-------</B> <SEP> 0,16 <SEP> cc/100 <SEP> g <SEP> 0,24 <SEP> ce/100 <SEP> g <SEP> 0,15 <SEP> cc/100 <SEP> g <SEP> .
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> sodium <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,0141)/o <SEP> 0,014% <SEP> <B>0,018,0/0</B>
<tb> Densité <SEP> <B>...... <SEP> . <SEP> .........</B> <SEP> 2,66 <SEP> 2,65 <SEP> 2,66
<tb> Résistance <SEP> finale <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> 17,64 <SEP> kg/me <SEP> 17,64 <SEP> kg/me <SEP> 17,70 <SEP> kg/me
<tb> Allongement <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 11,7 <SEP> '% <SEP> <B><I>11,5010</I></B> <SEP> 12,5% Il ressort de ce tableau que le sodium industriel réduit la densité de l'alliage et augmente sa teneur en gaz, tandis que l'utilisation de sodium herméti quement enveloppé, et sensiblement exempt de gaz conformément à la présente invention, donne une plus forte teneur en sodium-sans réduire la densité et une teneur finale plus faible en gaz.
Bien entendu, au lieu d'introduire la cartouche de sodium telle quelle dans l'alliage fondu, on peut également l'ouvrir immédiatement avant usage, et n'introduire que le sodium dans l'alliage.
Il est évident que l'on peut confectionner de tels récipients hermétiquement clos dont le contenu, sen siblement exempt de gaz, est formé par du potas sium, du lithium, du césium, du rubidium, du cal cium ou par un autre métal très oxydable qu'on peut introduire dans des métaux ou alliages fondus. Le récipient peut également contenir un alliage sensi blement exempt de gaz, par exemple un alliage sodium-potassium ou calcium-lithium. Ces récipients hermétiquement clos peuvent être ajoutés à des métaux ou alliages fondus, également à des fins de purification ; par exemple, on peut ajouter du potassium à des alliages aluminium-silicium, du lithium ou du calcium ou leurs alliages à des alliages de cuivre, en vue de les désoxyder.
<I>Exemple 2</I> On procède comme dans l'exemple 1, mais en remplaçant le sodium par une boîte en aluminium, ou en alliage aluminium-silicium contenant du potas sium, du calcium ou du lithium métallique sensible ment débarrassé de gaz, en quantité équivalente. On évite ainsi sensiblement les occlusions gazeuses dans l'alliage.
<I>Exemple 3</I> On ajoute, à un bain d'aluminium fondu, du lithium métallique sensiblement exempt de gaz, con tenu dans une boîte en aluminium, et on obtient ainsi un alliage aluminium-lithium ne contenant sensible ment pas d'occlusions gazeuses.
<I>Exemple 4</I> On ajoute, à un bain de cuivre fondu, un alliage calcium-lithium sensiblement exempt de gaz, contenu dans une boîte en cuivre. Le cuivre est ainsi désoxydé et les occlusions gazeuses sont sensible ment supprimées.
<I>Exemple 5</I> On ajoute, à un alliage nickel-cobalt ou nickel- chrome fondu, du lithium sensiblement exempt de gaz, contenu dans une boîte en nickel ou en cobalt. Les alliages sont ainsi désoxydés et les occlusions gazeuses sont sensiblement supprimées.
<I>Exemple 6</I> A un alliage fondu à base de cuivre, on ajoute du sodium ou un alliage sodium-zinc sensiblement exempt de gaz, contenu dans une boîte en cuivre. L'alliage de base est ainsi modifié et les occlusions gazeuses sont sensiblement supprimées. Un avantage complémentaire de l'emploi du métal très oxydable à l'état hermétiquement enfermé dans un récipient, est qu'il peut être beaucoup plus facilement mani pulé, ce qui est particulièrement intéressant lorsque ce métal est le sodium.