Article métallique composite comprenant un élément perméable aux fluides et procédé pour sa fabrication La présente invention a pour objet un article métallique composite comprenant un élément per méable aux fluides, notamment pour un brûleur de substance gazeuse.
Elle comprend également un pro cédé pour la fabrication de cet article. Cet article comprend un élément perméable d'une pièce avec un corps métallique imperméable et est agencé de manière à conduire un fluide vers le corps perméable de manière à assurer la répartition du fluide dans cet élément, des passages étant ménagés pour le fluide entre l'élément perméable et le corps imperméable.
Il faut noter qu'un article de ce type peut être utilisé dans un brûleur où un gaz combustible peut être distribué à travers ces passages de manière qu'il atteigne l'élément perméable et, après avoir pénétré dans celui-ci, puisse être enflammé sur une grande surface. De même, cet article est utile pour assurer l'évaporation d'un liquide sur une grande surface,
le liquide étant conduit à l'élément perméable à travers lesdits passages et distribué ensuite à travers cet élément perméable afin qu'il s'évapore à partir de la surface de ce dernier.
Il est connu, dans la fabrication des brûleurs à gaz destinés à produire une chaleur uniformément distribuée sur de grandes surfaces, d'utiliser un corps perméable aux gaz à travers lequel on envoie un gaz combustible de manière qu'il soit réparti dans ledit corps et sorte de ce dernier du côté où doit se produire la combustion, sur la plus grande partie de la surface du corps et à un débit pratiquement uni forme,
pour produire ainsi une flamme disposée en couche. Il est également connu, dans la fabrication des réfrigérants par évaporation,
de construire une surface réfrigérante efficace en utilisant un corps métallique poreux permettant de répartir sur une grande surface le liquide qui doit s'évaporer pour produire le refroidissement. L'emploi de filtres en métaux pulvérisés d'une porosité et d'une perméabi- lité déterminées est bien connu aussi dans l'industrie,
ces filtres permettant à un liquide de passer à travers le corps poreux en laissant le filtrat sur un côté de ce corps. Dans tous les usages décrits ci-dessus et dans beaucoup d'autres applications, le corps métallique pulvérisé forme une structure qui peut être obtenue par des moyens économiques et qui peut satisfaire à une grande variété de conditions.
Par exemple, en déterminant correctement la dimension des parti- cules dont le corps est composé, ou par incorpora tion et mélange avec ces particules d'une poudre combustible, comme la farine de bois,
il est possible d'obtenir des perméabilités très variées qui sont tou jours déterminées par les espaces vides entre les particules métalliques laissés à la suite d'une com pression et d'un frittage,
salon des méthodes bien connues de la métallurgie des poudres. Une des limitations les plus importantes à l'emploi de corps métalliques frittés, dans les buts indiqués plus haut, réside dans le fait qu'il était très difficile -et coûteux de ménager des passages à travers, lesquels des fluides peuvent être conduits, vers des.
faces déterminées des corps métalliques et répartis dans et à travers ces corps en vue, par exemple, d'une combustion, d'une évaporation ou d'une filtration. Bien que les techni- ques et les procédés de fabrication de corps per méables à partir d'un métal en poudre aient été largement exposés dans la littérature,
notamment dans l'ouvrage Powder Metallurgy du Dr Paul Schwarzkopf (The Macmillan Co., New York 1947) et l'ouvrage Powder Metallurgy édité par John Wulff (The Am:
erican Society for Metals, Cleveland, 1942), aucun moyen n'a été indiqué pour conduire un fluide dans ces corps perméables, sauf par exemple dans les cas où le corps perméable constitue lui- même entièrement un récipient.
L'article métallique composite selon l'invention est caractérisé en ce que ledit élément perméable est constitué par une couche de poudre métallique frit- tée liée à un corps métallique imperméable,
cette couche et ce corps étant séparés l'un de l'autre le long d'un contour déterminé pour former des pas sages pour le fluide qui sont limités sur un côté par le corps métallique imperméable.
Le procédé que comprend également l'invention est caractérisé en ce qu'on dispose sur un corps métal lique imperméable présentant une surface libre, une couche d'une substance de revêtement empêchant la soudure suivant un contour déterminé qui correspond auxdits passages, on dispose sur ladite surface et par-dessus la couche de revêtement une couche de poudre métallique,
on fritte cette poudre à une tem pérature qui provoque la fusion des particules métal liques entre elles en une couche métallique perméable et l'adhésion de cette couche à ladite surface à l'exception de la zone recouverte par la couche de revêtement,
et on sépare le corps métallique de la couche perméable dans la zone de ladite couche de revêtement pour former des passages pour le fluide qui sont limités par le corps métallique imperméable et la couche perméable.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une mise en aeuvre du procédé que comprend l'invention. La fig. 1 est une vue en plan d'un corps métal lique pulvérisé déposé sur une plaque métallique de support.
La fig. 2 est une vue en élévation correspondant à la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe selon 3-3 de la fig. 2 montrant la forme d'une couche de séparation entre la poudre et la plaque.
La fig. 4 est une coupe selon 4-4 ,des fig. 1 et 3 montrant la déformation de la plaque après frittage de la poudre.
La fig. 5 est une coupe selon 5-5 de la fig. 1 après frittage et après déformation de la plaque.
La fig. 6 est une vue en perspective d'une instal lation pour la mise en #uvre du procédé.
La fig. 7 est une vue avec arrachement et à plus grande échelle d'éléments représentés à la fig. 6. La fig. 8 est une coupe longitudinale d'un ruban recouvert de poudre métallique lors de l'insertion d'un mandrin.
Une couche de métal pulvérisé 10 est appliquée sur une plaque métallique 11, la poudre étant choisie pour ne former qu'une seule pièce avec la plaque 11 après frittage dans les zones où elle est en contact avec cette plaque. La poudre 10 est appliquée sur la plaque à l'état de poudre non compacte. La nature de la poudre métallique dépend de l'usage envisagé pour l'article fini.
Si on désire avoir un courant rapide de gaz à travers la couche de métal pulvérisé et si une grande perméabilité est donc nécessaire, on peut utiliser des particules grossières. Alternativement, on peut uti liser des poudres plus fines, mélangées avec des parti cules organiques telles que la farine de bois qui, pendant le frittage, brûlent et laissent des espaces vides. La composition chimique de la poudre métal lique dépend aussi de l'usage prévu pour l'article, comme indiqué plus haut.
La plaque et la poudre sont soumises ensuite à une température suffisante et appliquée pendant un temps suffisant pour obtenir un préfrittage de la poudre. La poudre métallique est alors comprimée, par exemple par laminage, de manière à prendre la forme finale de l'article per méable aux gaz que l'on recherche.
Avant ce traitement, la plaque 11 a reçu dans des zones déterminées une couche d'une substance 12 empêchant la soudure de la poudre à la plaque et qui forme un film séparé. On peut utiliser une grande variété de substances pour empêcher la soudure. Toutefois, ces substances doivent être choisies de manière à ne pas réagir défavorablement avec la pla que 11 ou avec la couche de poudre métallique 10.
C'est ainsi que si on, utilise du graphite ou toute autre substance carbonée avec de l'acier ou de l'acier inoxydable, le carbone diffusera dans l'acier au cours du frittage, de sorte que si la substance empêche bien la soudure, elle endommage aussi l'acier en modifiant sa composition dans la couche où le carbone a péné tré par diffusion. Dans le cas de l'acier, la substance à utiliser doit être inerte vis,à-vis de l'acier aux tem pératures de frittage et peut être l'alumine, la magné sie, la silice ou le nitrure de bore.
Dans le cas du cuivre et du laiton, on peut utiliser du graphite parce qu'il ne se produit aucune réaction indésirable, ou l'une ou l'autre des substances réfractaires mentionnées ci-dessus.
Avec l'aluminium et ses alliages, on utilise l'alumine ou, de préférence, le talc ou l'oxyde de zinc, mais non le graphite parce qu'une exposition à l'humidité atmosphérique et certaines autres influen- ces chimiques peuvent entraîner ,la formation d'un couple électrolytique corrosif entre le graphite et l'alumine, entraînant la corrosion de cette dernière.
On évite aussi l'emploi du talc avec le cuivre ou l'acier, car au cours du frittage aux températures requises pour ces métaux, le talc est transformé en stéatite qui est une substance très dure et gênante dans l'opération subséquente de flexion et de for mation du passage. Par conséquent, bien qu'on dis pose d'une grande variété de substances empêchant la soudure, il faut avoir à l'esprit les limitations indi quées ici.
La manière selon laquelle la couche de ladite substance est appliquée est bien connue dans la fabrication des produits métalliques feuilletés, les surfaces non destinées à la soudure pouvant être formées sur la structure métallique feuilletée par le procédé d'impression à l'écran de soie.
D'autres procédés donnant satisfaction compren nent la vaporisation de la substance empêchant la soudure à partir d'une suspension ou d'une boue, la peinture ou la mise en place mécanique de la substance sous forme de poudre sèche dans des rai- nures ménagées dans le ruban ou la plaque métal lique. On donne à la couche de séparation une forme correspondant à la forme désirée pour les passages à travers lesquels le gaz doit âtre conduit à la couche de poudre métallique 10.
Cette forme est représentée à la fig. 3 pour la couche de séparation formée par la substance 12 et disposée entre la couche de métal pulvérisé 10 et la plaque 11 des fig. 1 et 2.
La compression et le frittage peuvent être effec tués de manière continue quand la production de l'article fini le nécessite. Un tel procédé est illustré à la fig. 6. On amène la plaque métallique 11, consti tuée dans ce cas par un ruban provenant d'une bobine, dans la mâchoire constituée par deux rou leaux d'entraînement 13 espacés l'un de l'autre d'une distance correspondant à l'épaisseur de la plaque 11 et de la couche de métal pulvérisé 10.
On laisse couler la poudre métallique sur la plaque 11 à partir d'une trémie 14 disposée avant les rouleaux 13. Le ruban avec la couche 10,à partir de ces rouleaux, passe à travers une station de frittage 18 d'où sort l'article fini.
Le film de séparation peut être imprimé sur le ruban 11 de manière continue, par exemple en uti- lisant des presses d'impression rotatives ou, comme représenté en faisant passer le ruban de manière con tinue sous l'orifice d'un pistolet de vaporisation 19 tout en masquant les zones qui ne doivent pas être recouvertes par la couche de séparation au moyen de caches 20 protégeant des zones de la vaporisation. Le pistolet 19 et les caches 20 sont supportés par des moyens non représentés.
Dans un tel procédé, la poudre métallique peut être soumise à une pression sous l'action d'une pièce 15 (fig. 4) de la forme correspondant à celle de la couche 10. La pièce 15 présente des surfaces verti cales et une surface horizontale conformes à la confi guration de la couche pulvérisée 10 de l'article fini.
Pendant que cette pièce 15 est appliquée par pres sion contre la couche 10, une pression est transmise à la couche de séparation par un fluide passant par une ouverture 16 formée en perçant la plaque métal lique 11 après le frittage. La pression agit naturel lement sur la plaque 11 dans une zone définie par la forme de la couche de séparation constituée par la substance 12 et sépare la plaque métallique 11 du corps fritté 10 afin de contribuer à la formation des passages selon la forme de ladite couche de sépara tion.
L'ouverture 16 est filetée de manière à recevoir un tube fileté 17. Ce dernier est agencé de manière à transmettre un gaz combustible ou un fluide d'éva poration à l'espace formé entre la plaque 11 et la couche 10 d'une pièce avec la plaque. Le gaz s'écoule naturellement à travers le métal pulvérisé vers la surface de ce dernier en vue de son évaporation. et de sa combustion, selon le cas.
L'ouverture des passages peut se faire sans uti liser un fluide sous pression, par exemple par intro duction d'un mandrin 21 (fig. 8) entre la plaque 11 et le corps fritté 10. Bien qu'il soit préférable d'appliquer à la plaque 11 une poudre métallique à l'état libre et, dans la mise en aeuvre décrite, de comprimer cette poudre de manière continue à l'aide des rouleaux 13 après que la couche de séparation 12 a été appliquée à la plaque 11,
la couche 10 peut être appliquée à l'état partiellement fritté à la plaque 11, la couche de séparation étant disposée entre la couche frittée 10 et la plaque 11 ou appliquée à la face inférieure de la couche 10.
Dans ce cas, une matière de soudure ou de brasage est disposée entre la couche 10 et la plaque 11, par exemple une poudre de cuivre dans le cas où la couche 10 et la plaque 11 sont en acier, et l'ensemble est exposé à une température suffisante pour effectuer le brassage ou la soudure, selon le cas, de la couche 10 sur la plaque 11 dans toutes les zones à l'exception de celles traitées par la couche de séparation.
D'une autre manière encore, peu sou vent utilisée pour des raisons économiques, la cou che de métal 10 est appliquée à l'état non fritté à la plaque 11 avec la substance 12 disposée entre cette couche non frittée 10 et la plaque 11. L'exposition subséquente des parties à une température de frittage permet de former une structure finale d'une seule pièce, comprenant une partie formée de poudre métallique frittée et une partie métallique de support, l'ensemble étant ensuite déformé selon le procédé décrit plus haut.
En pratique, on peut utiliser plusieurs moyens pour faciliter les opérations décrites. Par exemple, avec une plaque 11 soigneusement polie, il est diffi cile d'assurer l'adhérence de la couche de poudre métallique 10 sans appliquer d'abord une mince cou che d'une poudre métallique fine sur la plaque 11 dans toutes les zones nom recouvertes par la subs- tance 12.
Une telle application est effectuée en mélan geant la poudre métallique à un milieu de liaison, par exemple une laque organique, et en appliquant cette suspension de manière à obtenir uns couche d'une épaisseur généralement inférieure à 0,4 mm, permettant au milieu de liaison de cimenter le métal pulvérisé à la plaque 11 en assurant un ancrage intime de la couche métallique 10.
Parfois, la sur face de la plaque 11 est rendue mécaniquement rugueuse, par exemple à l'aide d'un jet de sable, pour faciliter l'adhérence de la couche 10.
L'épaisseur de la couche de la substance 12 ne paraît pas être une donnée importante, bien qu'une très mince couche soit suffisante pour empêcher la soudure de la couche 10 à la plaque 11.
Une telle soudure est toujours le résultat d'une diffusion du métal d'une des parties dans le métal de l'autre partie et cette diffusion peut être empêchée par des filtras très minces obtenus par des procédés tels que la vaporisation ou la peinture, qui sont économiques et dont le choix s'impose à ce stade.
On peut former des rainures dans la plaque 11 par pression ou par laminage avant l'application de la couche 10 sur la plaque 11. Dans ce cas, il ne suffit pas évidemment d'appliquer la substance 12 en couche mince à ces rainures préformées, mais il est nécessaire de remplir ces rainures avec la subs tance 12 jusqu'au plan de la surface principale de la plaque 11, de manière que les parties sans rainures de la plaque 11 ainsi que la surface exposée de la substance empêchant la soudure soient dans ce plan.
Avec cette précaution, l'article obtenu est identique après le frittage à celui représenté aux fig. 4 ou 5.
On voit facilement que le procédé décrit permet d'obtenir un article métallique fritté d'une seule pièce présentant des parties poreuses et des parties métalliques pleines ainsi que des passages pour un fluide entre les parties poreuses et les parties pleines.
On donne ci-après quelques exemples de mise en #uvre du procédé décrit <I>Exemple 1</I> Un ruban du commerce, en cuivre exempt d'oxy gène, d'une largeur de 7 cm et d'une épaisseur de 0,125 mm, est aplani par laminage entre des rou leaux.
Une couche de 9,5 mm de largeur est étendue en peignant la partie centrale du ruban avec une sus pension aqueuse d'alumine. On applique sur les autres parties du ruban une très mince couche d'une soudure à l'étain. On place ensuite sur le ruban un corps & 5,1 cm de largeur et d'une épaisseur d'en viron 9,5 mm de cuivre fritté obtenu à partir d'une poudre. L'ensemble ainsi composé est exposé à une température d'environ 177o C.
Après retrait du four et refroidissement, la couche métallique pulvérisée est soudée au métal plein, sauf dans les zones précé demment traitées avec l'alumine. Il est possible dans cette zone de séparer par flexion le métal plein de la couche pulvérisée pour former un passage.
En soufflant de la fumée dans ce passage, on remarque que la fumée sort à la surface extérieure de la cou che pulvérisée, non seulement dans la région direc tement opposée au passage, mais aussi dans les régions opposées aux deux côtés du passage, ce qui prouve que la fumée a pénétré dans la couche métal lique pulvérisée aussi bien vers les côtés de celle-ci que dans la direction de son épaisseur.
Les usages possibles d'un tel article peuvent fré quemment nécessiter la fabrication de corps métalli ques sous forme de longs rubans, de plaques allon gées et larges, etc. Ces articles sont obtenus de pré férence par laminage plutôt que dans des presses à mouvement alternatif. Comme la fabrication d'arti cles à base de poudre métallique par laminage est ordinairement plus difficile que par compression, cette dernière technique étant bien connue en métal lurgie,
on a entrepris des essais pour montrer la valeur du procédé décrit quand il est appliqué à de longs rubans comprenant une couche perméable métallique. Les exemples suivants illustrent ce procédé.
<I>Exemple 2</I> Un ruban comprenant une couche perméable en cuivre est obtenu comme suit: un ruban de cuivre d'une largeur de 4,8 cm et d'une épaisseur de 0,250 mm est partiellement masqué sur l'une de ses faces en peignant à l'aide d'une suspension de gra phite une surface de 12,7 mm de largeur dans la partie centrale du ruban, sur toute la longueur de ce dernier. La même face du ruban est alors complète ment recouverte d'une poudre de cuivre d'une faible densité apparente (1,7 g/cm@) suspendue dans une laque organique fluide.
L'ensemble est fritté dans une atmosphère d'hydrogène à 982C pendant 15 minutes pour produire un ancrage fortement enraciné de la couche poreuse principale. Une seconde couche de poudre de cuivre, d'une épaisseur d'environ 1,6 mm, est alors frittée sur la première couche, cette poudre présentant une densité apparente plus élevée que la précédente (2,5 g/em#), le frittage se faisant pendant 15 minutes à 87P C dans une atmosphère d'hydro gène. Le ruban composite est ensuite laminé pour lui donner une légère compacité.
On insère un outil dans la fente apparaissant sur le bord de la surface masquée et le passage est élargi en pliant le ruban jusqu'à obtenir un passage permettant de conduire les fluides.
L'examen montre qu'il ne se produit aucune adhé sion dans la surface masquée, tandis que dans la surface non masquée le ruban et la couche frittée ne forment qu'un seul corps.
Ce ruban composite est perméable aux gaz chauds, par exemple à la vapeur, mais non à l'eau ni à la fumée soufflée à la bouche dans le passage. <I>Exemple 3</I> Les opérations indiquées ci-dessus sont répétées, sauf qu'on omet le premier stade de frittage à 9820 C et que l'on fritte les deux couches simultanément pendant une heure à 9820 C. On a trouvé que l'adhé- re.nce de la couche frittée au ruban de support est encore satisfaisante.
En utilisant le même procédé, on peut préparer différents rubans composites à partir d'un ruban de cuivre plein, en faisant varier d'abord la dimension moyenne des particules de la poudre de cuivre et ensuite la forme de ces particules. Ces rubans com posites présentent une porosité qui varie depuis la porosité précisée plus haut jusqu'à une porosité qui permet un passage aisé de la fumée soufflée dans les passages.
L a poudre la moins fine donne une surface plus poreuse, comme on pouvait s'y attendre.
Des essais comparatifs ont été faits également avec des rubans composites obtenus avec des maté riaux identiques et dans de-s conditions identiques, sauf en ce qui concerne la pression de laminage. L'influence de cette dernière sur la porosité est importante, comme attendu, la perméabilité dimi nuant quand la pression de laminage augmente.
<I>Exemple 4</I> Un ruban en acier inoxydable de 0,250 mm d'épaisseur est choisi comme matériau de support. Une bande de 12,7 mm de largeur est peinte sur la partie centrale du ruban avec une suspension de ciment d'alundum. Un revêtement composé d'une poudre d'acier inoxydable dans un liant plastique du commerce est appliqué du même côté du ruban d'acier.
On applique au-dessus une couche d'envi ron 1,6 mm d'épaisseur d'une poudre sèche d'acier. Le frittage se fait à 10930 C pendant 30 minutes et à 12600 C pendant encore 30 minutes. Le ruban composite est ensuite laminé. Les passages sont ouverts mécaniquement.
L'examen montre une liaison ferme entre le ruban et les parties frittées et aucune adhésion dans les surfaces peintes avec la substance empêchant la soudure.
L'échantillon obtenu est assez poreux pour que l'eau y pénètre.
Des variations subséquentes dans la dimension des particules de la poudre d'acier inoxydable et dans les conditions de laminage produisent des échantil- Ions d'une densité supérieure ou inférieure à celle du ruban précédent, comme on peut s'y attendre.
Composite metallic article comprising an element permeable to fluids and method for its manufacture The present invention relates to a composite metallic article comprising an element permeable to fluids, in particular for a gaseous substance burner.
It also includes a process for the manufacture of this article. This article comprises a one-piece permeable member with an impermeable metallic body and is arranged to conduct fluid to the permeable body so as to distribute the fluid therein, passages being provided for the fluid between the article. permeable element and waterproof body.
It should be noted that an article of this type can be used in a burner where a combustible gas can be distributed through these passages so that it reaches the permeable element and, after entering it, can be ignited. over a large area. Likewise, this article is useful for ensuring the evaporation of a liquid over a large area,
the liquid being conducted to the permeable member through said passages and then distributed through this permeable member so that it evaporates from the surface thereof.
It is known, in the manufacture of gas burners intended to produce heat uniformly distributed over large areas, to use a gas permeable body through which a combustible gas is sent so that it is distributed in said body and sort of the latter on the side where the combustion is to take place, over most of the surface of the body and at a practically uniform flow rate,
to thereby produce a layered flame. It is also known, in the manufacture of refrigerants by evaporation,
to build an efficient cooling surface by using a porous metallic body making it possible to distribute over a large surface the liquid which must evaporate to produce the cooling. The use of pulverized metal filters of determined porosity and permeability is also well known in the industry,
these filters allow a liquid to pass through the porous body leaving the filtrate on one side of this body. In all of the uses described above and in many other applications, the sprayed metal body forms a structure which can be obtained economically and which can satisfy a wide variety of conditions.
For example, by correctly determining the size of the particles of which the body is composed, or by incorporating and mixing with these particles a combustible powder, such as wood flour,
it is possible to obtain very varied permeabilities which are always determined by the empty spaces between the metallic particles left after compression and sintering,
well-known methods of powder metallurgy exhibition. One of the most important limitations in the use of sintered metal bodies, for the purposes indicated above, is that it was very difficult and expensive to provide passages through which fluids can be conducted to. of.
determined faces of metallic bodies and distributed in and through these bodies with a view, for example, to combustion, evaporation or filtration. Although the techniques and methods of making permeable bodies from powdered metal have been widely disclosed in the literature,
notably in the book Powder Metallurgy by Dr Paul Schwarzkopf (The Macmillan Co., New York 1947) and the book Powder Metallurgy edited by John Wulff (The Am:
American Society for Metals, Cleveland, 1942), no means have been indicated to conduct a fluid in these permeable bodies, except for example in cases where the permeable body itself constitutes entirely a container.
The composite metal article according to the invention is characterized in that the said permeable element consists of a layer of sintered metal powder bonded to an impermeable metal body,
this layer and this body being separated from each other along a determined contour to form fluid passages which are limited on one side by the impermeable metallic body.
The method which also comprises the invention is characterized in that there is placed on an impermeable metal body having a free surface, a layer of a coating substance preventing welding along a determined contour which corresponds to said passages, it is placed on said surface and on top of the coating layer a layer of metallic powder,
this powder is sintered at a temperature which causes the melting of the metal particles together into a permeable metal layer and the adhesion of this layer to said surface with the exception of the area covered by the coating layer,
and separating the metallic body from the permeable layer in the area of said coating layer to form passages for the fluid which are limited by the impermeable metallic body and the permeable layer.
The appended drawing illustrates, by way of example, an implementation of the method that comprises the invention. Fig. 1 is a plan view of a sprayed metal body deposited on a metal support plate.
Fig. 2 is an elevational view corresponding to FIG. 1.
Fig. 3 is a section on 3-3 of FIG. 2 showing the shape of a separation layer between the powder and the plate.
Fig. 4 is a section on 4-4, of FIGS. 1 and 3 showing the deformation of the plate after sintering the powder.
Fig. 5 is a section along 5-5 of FIG. 1 after sintering and after deformation of the plate.
Fig. 6 is a perspective view of an installation for carrying out the method.
Fig. 7 is a cutaway view on a larger scale of elements shown in FIG. 6. FIG. 8 is a longitudinal section of a tape coated with metallic powder during the insertion of a mandrel.
A layer of sprayed metal 10 is applied to a metal plate 11, the powder being chosen to form a single part with the plate 11 after sintering in the areas where it is in contact with this plate. The powder 10 is applied to the plate in the state of a non-compacted powder. The nature of the metallic powder depends on the intended use for the finished article.
If it is desired to have a rapid flow of gas through the sprayed metal layer and therefore high permeability is required, coarse particles can be used. Alternatively, one can use finer powders mixed with organic particles such as wood flour which, during sintering, burn off and leave empty spaces. The chemical composition of the metallic powder also depends on the intended use of the article, as indicated above.
The plate and the powder are then subjected to a sufficient temperature and applied for a sufficient time to obtain a presintering of the powder. The metal powder is then compressed, for example by rolling, so as to take the final shape of the article permeable to the gases which are sought.
Before this treatment, the plate 11 has received in determined areas a layer of a substance 12 preventing the welding of the powder to the plate and which forms a separate film. A wide variety of substances can be used to prevent soldering. However, these substances must be chosen so as not to react unfavorably with the plate 11 or with the metal powder layer 10.
Thus, if graphite or any other carbonaceous substance is used with steel or stainless steel, the carbon will diffuse into the steel during sintering, so that if the substance does prevent welding , it also damages the steel by modifying its composition in the layer where the carbon has penetrated by diffusion. In the case of steel, the substance to be used should be inert to the steel at sintering temperatures and may be alumina, magnesium, silica or boron nitride.
In the case of copper and brass, graphite can be used because no adverse reactions occur, or either of the refractory substances mentioned above.
With aluminum and its alloys, alumina or, preferably, talc or zinc oxide is used, but not graphite because exposure to atmospheric humidity and certain other chemical influences can cause , the formation of a corrosive electrolytic couple between graphite and alumina, causing corrosion of the latter.
The use of talc is also avoided with copper or steel, because during sintering at the temperatures required for these metals, the talc is transformed into soapstone which is a very hard and troublesome substance in the subsequent bending operation and training of the passage. Therefore, although a wide variety of solder-inhibiting substances are available, the limitations given here should be kept in mind.
The manner in which the layer of said substance is applied is well known in the manufacture of laminated metal products, where non-weldable surfaces may be formed on the laminated metal structure by the silk screen printing process.
Other satisfactory methods include vaporizing the solder-preventing substance from a slurry or slurry, painting or mechanically placing the substance as a dry powder in grooves. in the tape or the lique metal plate. The separation layer is given a shape corresponding to the shape desired for the passages through which the gas is to be hearth leads to the layer of metal powder 10.
This shape is shown in fig. 3 for the separation layer formed by the substance 12 and arranged between the sprayed metal layer 10 and the plate 11 of FIGS. 1 and 2.
Compression and sintering can be carried out continuously when the production of the finished article requires it. Such a process is illustrated in FIG. 6. The metal plate 11, constituted in this case by a tape coming from a reel, is brought into the jaw formed by two drive rollers 13 spaced from each other by a distance corresponding to the jaw. thickness of the plate 11 and the layer of sprayed metal 10.
The metal powder is allowed to flow onto the plate 11 from a hopper 14 arranged before the rollers 13. The tape with the layer 10, from these rolls, passes through a sintering station 18 from which the tape exits. finished item.
The release film may be imprinted on the ribbon 11 continuously, for example using rotary printing presses or, as shown by continuously passing the ribbon under the orifice of a spray gun. 19 while masking the areas which should not be covered by the separation layer by means of covers 20 protecting areas from vaporization. The gun 19 and the covers 20 are supported by means not shown.
In such a process, the metal powder can be subjected to a pressure under the action of a part 15 (fig. 4) of the shape corresponding to that of the layer 10. The part 15 has vertical surfaces and a surface. horizontal in accordance with the configuration of the spray layer 10 of the finished article.
While this part 15 is pressed against the layer 10, pressure is transmitted to the separation layer by a fluid passing through an opening 16 formed by piercing the metal plate 11 after sintering. The pressure acts naturally on the plate 11 in an area defined by the shape of the separation layer constituted by the substance 12 and separates the metal plate 11 from the sintered body 10 in order to contribute to the formation of the passages according to the shape of said layer. of seperation.
The opening 16 is threaded so as to receive a threaded tube 17. The latter is arranged so as to transmit a combustible gas or an evaporating fluid to the space formed between the plate 11 and the layer 10 of a part. with the plate. The gas flows naturally through the atomized metal to the surface of the latter for its evaporation. and its combustion, as the case may be.
The opening of the passages can be done without using a pressurized fluid, for example by inserting a mandrel 21 (fig. 8) between the plate 11 and the sintered body 10. Although it is preferable to apply to the plate 11 a metal powder in the free state and, in the implementation described, to compress this powder continuously using the rollers 13 after the separation layer 12 has been applied to the plate 11,
the layer 10 can be applied in the partially sintered state to the plate 11, the separation layer being disposed between the sintered layer 10 and the plate 11 or applied to the underside of the layer 10.
In this case, a soldering or brazing material is placed between the layer 10 and the plate 11, for example a copper powder in the case where the layer 10 and the plate 11 are made of steel, and the assembly is exposed to a temperature sufficient to effect the stirring or welding, as the case may be, of the layer 10 on the plate 11 in all the zones except those treated by the separation layer.
In yet another way, seldom used for economic reasons, the metal layer 10 is applied in the unsintered state to the plate 11 with the substance 12 disposed between this unsintered layer 10 and the plate 11. The subsequent exposure of the parts to a sintering temperature makes it possible to form a final one-piece structure, comprising a part formed of sintered metal powder and a metal support part, the assembly then being deformed according to the method described above. .
In practice, several means can be used to facilitate the operations described. For example, with a carefully polished plate 11, it is diffi cult to ensure the adhesion of the metal powder layer 10 without first applying a thin layer of a fine metal powder to the plate 11 in all areas. name covered by the substance 12.
Such an application is carried out by mixing the metal powder with a binding medium, for example an organic lacquer, and by applying this suspension so as to obtain a layer of a thickness generally less than 0.4 mm, allowing the medium to bond to cement the sprayed metal to the plate 11 ensuring an intimate anchoring of the metal layer 10.
Sometimes the surface of the plate 11 is mechanically roughened, for example using a sandblast, to facilitate the adhesion of the layer 10.
The thickness of the layer of the substance 12 does not appear to be an important given, although a very thin layer is sufficient to prevent the welding of the layer 10 to the plate 11.
Such a weld is always the result of a diffusion of the metal of one part into the metal of the other part and this diffusion can be prevented by very thin filtras obtained by processes such as vaporization or painting, which are economical and the choice is necessary at this stage.
Grooves can be formed in the plate 11 by pressure or by rolling before the application of the layer 10 on the plate 11. In this case, it is obviously not sufficient to apply the substance 12 in a thin layer to these preformed grooves, but it is necessary to fill these grooves with the substance 12 up to the plane of the main surface of the plate 11, so that the parts without grooves of the plate 11 as well as the exposed surface of the solder-preventing substance are in this plan.
With this precaution, the article obtained is identical after sintering to that shown in FIGS. 4 or 5.
It is readily seen that the method described provides a one-piece sintered metallic article having porous parts and solid metal parts as well as passages for a fluid between the porous parts and the solid parts.
Some examples of implementation of the process described are given below. <I> Example 1 </I> A commercial tape, made of oxygen-free copper, with a width of 7 cm and a thickness of 0.125 mm, is flattened by rolling between rolls.
A 9.5 mm wide layer is spread by painting the central part of the tape with an aqueous suspension of alumina. A very thin layer of tin solder is applied to the other parts of the tape. A body 5.1 cm wide and about 9.5 mm thick of sintered copper obtained from a powder is then placed on the tape. The assembly thus composed is exposed to a temperature of approximately 177o C.
After removal from the furnace and cooling, the sprayed metal layer is welded to the solid metal, except in the areas previously treated with alumina. It is possible in this zone to separate by bending the solid metal from the sprayed layer to form a passage.
When blowing smoke into this passage, it is noticed that the smoke comes out on the outer surface of the sprayed layer, not only in the region directly opposite the passage, but also in the regions opposite to both sides of the passage, which proves that the smoke has penetrated into the atomized metal layer as well towards the sides of this one as in the direction of its thickness.
The possible uses of such an article may frequently require the manufacture of metal bodies in the form of long tapes, elongated and wide plates, etc. These articles are preferably obtained by rolling rather than in reciprocating presses. As the manufacture of articles based on metal powder by rolling is usually more difficult than by compression, the latter technique being well known in metal lurgy,
Tests have been undertaken to show the value of the described process when applied to long tapes comprising a metallic permeable layer. The following examples illustrate this process.
<I> Example 2 </I> A tape comprising a permeable copper layer is obtained as follows: a copper tape with a width of 4.8 cm and a thickness of 0.250 mm is partially masked on one of its faces by painting with the aid of a graphite suspension a surface 12.7 mm wide in the central part of the tape, over the entire length of the latter. The same side of the tape is then completely covered with a copper powder of low apparent density (1.7 g / cm @) suspended in a fluid organic lacquer.
The assembly is sintered in a hydrogen atmosphere at 982C for 15 minutes to produce a strongly rooted anchor of the main porous layer. A second layer of copper powder, with a thickness of about 1.6 mm, is then sintered on the first layer, this powder having a higher bulk density than the previous one (2.5 g / em #), the sintering taking place for 15 minutes at 87P C in a hydrogen atmosphere. The composite tape is then laminated to give it a slight compactness.
A tool is inserted into the slot appearing on the edge of the masked surface and the passage is widened by bending the tape until a passage is obtained for conducting the fluids.
Examination shows that no adhesion occurs in the masked surface, while in the unmasked surface the tape and the sintered layer form a single body.
This composite tape is permeable to hot gases, for example to steam, but not to water or to smoke blown at the mouth in the passage. <I> Example 3 </I> The operations indicated above are repeated, except that the first stage of sintering at 9820 C is omitted and the two layers are sintered simultaneously for one hour at 9820 C. We have found that the adhesion of the sintered layer to the backing tape is still satisfactory.
Using the same process, different composite ribbons can be prepared from a solid copper ribbon, by varying first the average particle size of the copper powder and then the shape of these particles. These composite tapes have a porosity which varies from the porosity specified above to a porosity which allows easy passage of the smoke blown into the passages.
The coarser powder results in a more porous surface, as might be expected.
Comparative tests were also made with composite tapes obtained with identical materials and under identical conditions, except with regard to the rolling pressure. The influence of the latter on the porosity is important, as expected, the permeability decreasing when the rolling pressure increases.
<I> Example 4 </I> A 0.250 mm thick stainless steel tape is chosen as the support material. A strip 12.7 mm wide is painted on the central part of the tape with a suspension of alundum cement. A coating of stainless steel powder in a commercial plastic binder is applied to the same side of the steel tape.
A layer of approximately 1.6 mm thick of a dry steel powder is applied on top. Sintering takes place at 10930 C for 30 minutes and at 12600 C for a further 30 minutes. The composite tape is then laminated. The passages are opened mechanically.
Examination shows a firm bond between the tape and the sintered parts and no adhesion in the painted surfaces with the solder preventing substance.
The resulting sample is porous enough for water to penetrate.
Subsequent variations in the particle size of the stainless steel powder and in the rolling conditions produce samples of a higher or lower density than the previous sliver, as would be expected.