CH687622A5 - Article based on titanium, ductile hardness and high gloss, method of making such an article and curing process and for coloring a surface of such an article. - Google Patents

Article based on titanium, ductile hardness and high gloss, method of making such an article and curing process and for coloring a surface of such an article. Download PDF

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CH687622A5
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titanium
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Abstract

A novel Ti-based article consists of a mixt. of (a) a Ti matrix derived from titanium hydride and (b) one or more addn. elements selected from nitrides, carbides, carbonitrides, silicides and borides of gp. IIIa, IVb, Vb, VIb, VIIb and VIIIb elements (e.g. Fe, Ti, Si, Nb, Mo, Cr, W, V and Al) or their alloys, Al2O3 and ZrO2. Also claimed are (i) a process for mfg. the above article by sintering; and (ii) a method of hardening and colouring the surface of a Ti-based article made by the above process.

Description

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CH 687 622 A5 CH 687 622 A5

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Description Description

L'invention concerne un article à base de titane, notamment un article décoratif telle qu'une pièce d'habillage pour l'horlogerie, ductile ayant une dureté élevée et qui une fois poli présente une surface d'un brillant intense, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel article, par frittage d'un mélange de poudre d'hydrure de titane (TiH?) et d'éléments d'addition particuliers. L'invention concerne également un procédé de durcissement et de coloration d'une surface d'un tel article. The invention relates to an article based on titanium, in particular a decorative article such as a cladding piece for watchmaking, ductile having a high hardness and which, once polished, exhibits a surface of intense gloss, as well as a method of manufacturing such an article, by sintering a mixture of titanium hydride powder (TiH 2) and of particular addition elements. The invention also relates to a method for hardening and coloring a surface of such an article.

De manière générale, les pièces d'habillage pour l'horlogerie telles que les boîtes, les carrures, les maillons de bracelet, les cadrans de montre ou analogues, ductiles à dureté et à brillance élevées sont réalisées à partir d'aciers inoxydables austéni-tiques. Une des raisons principales de ce choix est que ce type d'acier peut être facilement embouti ou étampé. In general, the cladding parts for watchmaking such as cases, middle parts, bracelet links, watch dials or the like, ductile with high hardness and high gloss, are produced from austenitic stainless steels. ticks. One of the main reasons for this choice is that this type of steel can be easily stamped or stamped.

Toutefois, ces aciers contiennent généralement une quantité importante de nickel (environ 10%) ce qui constitue un inconvénient majeur pour la réalisation d'articles destinés à venir en contact avec la peau. En effet, le nickel tout comme le cobalt sont des constituants fortement allergènes susceptibles de contaminer la peau du porteur si bien que de nombreux pays ont mis sur pied des normes interdisant la vente d'articles en contact permanent avec la peau, susceptibles de telles contaminations, notamment par le nickel. However, these steels generally contain a large amount of nickel (approximately 10%), which constitutes a major drawback for the production of articles intended to come into contact with the skin. Indeed, nickel as well as cobalt are highly allergenic constituents capable of contaminating the wearer's skin, so that many countries have set up standards prohibiting the sale of articles in permanent contact with the skin, susceptible to such contamination. , especially by nickel.

Pour pallier cet inconvénient, les fabricants ont développé des boîtes de montre, des bracelets etc. qui utilisent des oxydes tels que l'oxyde d'aluminium et l'oxyde de zirconium. Ces oxydes répondent en effet aux problèmes de dureté et de contamination, mais présentent toutefois les inconvénients d'être très fragiles et d'avoir généralement un aspect éloigné de la brillance d'un métal et d'être coûteux à mettre en œuvre. To overcome this drawback, manufacturers have developed watch cases, bracelets, etc. which use oxides such as aluminum oxide and zirconium oxide. These oxides do indeed respond to the problems of hardness and contamination, but nevertheless have the drawbacks of being very fragile and generally having an aspect far from the shine of a metal and of being costly to implement.

On connaît également des articles durs réalisés à base de carbure de titane ou de carbure de tungstène. Toutefois, bien que présentant une dureté élevée et une brillance approchant celle d'un métal, ces articles ne peuvent pas être frittés sans l'aide d'un liant si l'on veut qu'ils conservent une bonne ténacité. Or, les liants actuellement connus sont allergènes si bien que les articles ainsi obtenus sont aussi susceptibles de contaminer la peau des porteurs et donc soumis aux mêmes restrictions d'utilisation que ces aciers. Hard articles are also known which are made from titanium carbide or tungsten carbide. However, although having a high hardness and a shine approaching that of a metal, these articles cannot be sintered without the aid of a binder if it is desired that they retain good toughness. However, the currently known binders are allergens so that the articles thus obtained are also likely to contaminate the skin of the carriers and therefore subject to the same restrictions of use as these steels.

L'invention a donc pour but principal de remédier aux inconvénients de l'art antérieur susmentionné en fournissant un article à base de titane, telle qu'une pièce d'habillement pour l'horlogerie, ductile qui tout en présentant une dureté élevée comparable à celle d'un métal dur, qui ne contient aucun élément allergène, et qui une fois traité de façon appropriée présente une brillance comparable à celle d'un métal. The main object of the invention is therefore to remedy the drawbacks of the aforementioned prior art by providing a titanium-based article, such as a piece of clothing for watchmaking, which is ductile and which, while having a high hardness comparable to that of a hard metal, which does not contain any allergenic element, and which, when properly treated, has a shine comparable to that of a metal.

L'invention a également pour but de fournir un procédé de fabrication par frittage d'un tel article présentant une très faible porosité. The invention also aims to provide a method of manufacturing by sintering such an article having a very low porosity.

L'invention a encore pour but de fournir un procédé de durcissement et de coloration en surface d'un tel article pour augmenter la dureté de ce dernier jusqu'à un niveau équivalent à celle d'une céramique. Another object of the invention is to provide a process for hardening and coloring the surface of such an article in order to increase the hardness of the latter up to a level equivalent to that of a ceramic.

A cet effet, l'invention a pour objet un article à base de titane, caractérisé en ce qu'il est composé essentiellement d'un mélange comprenant essentiellement une matrice de titane dérivée d'hydrure de titane et un élément ou une combinaison de plusieurs éléments d'addition choisis parmi l'ensemble comprenant les nitrures, les carbures, les carboni-trures, les siliciures, et les borures des éléments métalliques des groupes 3a, 4a, 4b, 5b, 6b, 7b, et 8 de la table de classification des éléments, ainsi que le fer, l'hydrure de zirconium, le silicium, le nio-bium, le molybdène, le chrome, le tungstène et le vanadium. To this end, the subject of the invention is an article based on titanium, characterized in that it is essentially composed of a mixture essentially comprising a titanium matrix derived from titanium hydride and an element or a combination of several addition elements chosen from the group comprising nitrides, carbides, carbonitrides, silicides, and borides of the metallic elements of groups 3a, 4a, 4b, 5b, 6b, 7b, and 8 of the table classification of elements, as well as iron, zirconium hydride, silicon, niobium, molybdenum, chromium, tungsten and vanadium.

L'article selon l'invention présente avantageusement une dureté élevée qui varie, en fonction du choix des éléments d'addition et de leur quantité dans le mélange, typiquement entre 300 et 1200 HV. L'article selon l'invention est ductile et présente en outre une grande résistance à la corrosion. The article according to the invention advantageously has a high hardness which varies, depending on the choice of addition elements and their quantity in the mixture, typically between 300 and 1200 HV. The article according to the invention is ductile and also has a high resistance to corrosion.

Selon un autre aspect, l'invention a également pour objet un procédé de fabrication par frittage d'un article à base de titane, caractérisé en ce qu'il consiste à: According to another aspect, the invention also relates to a process for manufacturing by sintering an article based on titanium, characterized in that it consists in:

- (a) se munir d'un mélange d'un liant temporaire, d'une poudre d'hydrure de titane, et d'une poudre d'un élément ou d'une combinaison de plusieurs éléments d'addition choisis parmi l'ensemble comprenant les nitrures, les carbures, les carbo-nitrures, les siliciures et les borures des éléments métalliques des groupes 3a, 4a, 4b, 5b, 6b, 7b, et 8 de la table de classification des éléments, ainsi que le fer, l'hydrure de zirconium, le silicium, le nio-bium, le molybdène, le chrome, le tungstène, le vanadium, l'oxyde d'aluminium et l'oxyde de zirconium, - (a) provide with a mixture of a temporary binder, a powder of titanium hydride, and a powder of an element or a combination of several addition elements chosen from set comprising the nitrides, carbides, carbo-nitrides, silicides and borides of the metallic elements of groups 3a, 4a, 4b, 5b, 6b, 7b, and 8 of the classification table of the elements, as well as iron, zirconium hydride, silicon, nio-bium, molybdenum, chromium, tungsten, vanadium, aluminum oxide and zirconium oxide,

- (b) injecter le mélange obtenu dans un moule pour obtenir un article de forme souhaitée, - (b) injecting the mixture obtained into a mold to obtain an article of desired shape,

- (c) éliminer le liant, - (c) removing the binder,

- (d) chauffer la pièce sous une atmosphère d'hydrogène jusqu'à la température de frittage désirée, - (d) heating the part under a hydrogen atmosphere to the desired sintering temperature,

- (e) remplacer l'atmosphère d'hydrogène par le vide ou une atmosphère non réactive une fois que la température de frittage a été atteinte, et - (e) replace the hydrogen atmosphere with a vacuum or a non-reactive atmosphere once the sintering temperature has been reached, and

- (f) refroidir l'article dans l'atmosphère du gaz non réactif. - (f) cooling the article in the atmosphere of the non-reactive gas.

Grâce à ce procédé, on obtient des articles en titane fritté qui présentent une porosité inférieure à 1 % et qui, après polissage, présentent une brillance comparable à celle d'un métal. Ce procédé est ainsi particulièrement bien adapté à la réalisation d'articles décoratifs tels que des boîtes de montre, maillons de bracelets ou analogues. Thanks to this process, sintered titanium articles are obtained which have a porosity of less than 1% and which, after polishing, have a gloss comparable to that of a metal. This process is thus particularly well suited to the production of decorative articles such as watch cases, bracelet links or the like.

Selon encore un autre aspect, l'invention a également pour objet un procédé de durcissement et de coloration en surface d'un article à base de titane obtenu selon le procédé susdécrit, caractérisé en ce qu'il consiste à: According to yet another aspect, the subject of the invention is also a process for hardening and surface coloring of an article based on titanium obtained according to the above-described process, characterized in that it consists in:

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- (g) placer l'article dans un four, - (g) place the article in an oven,

- (h) chauffer l'article à une température déterminée, maintenir l'article à cette température pendant un temps déterminé, et - (h) heating the article to a determined temperature, maintaining the article at this temperature for a determined time, and

- (i) faire circuler un flux de gaz comprenant du carbone et/ou de l'azote autour de l'article pour former, à la surface de l'article du carbure de titane, du nitrure de titane, du carbonitrure de titane ou un mélange de ces derniers. - (i) circulating a gas flow comprising carbon and / or nitrogen around the article to form, on the surface of the article titanium carbide, titanium nitride, titanium carbonitride or a mixture of these.

Selon ce procédé, et grâce à la formation de ces nouveaux composés en surface, ou confère à l'article une dureté superficielle pouvant atteindre 3000 HV. According to this process, and thanks to the formation of these new compounds on the surface, or gives the article a surface hardness of up to 3000 HV.

L'invention va maintenant être décrite de façon détaillée. The invention will now be described in detail.

De la poudre d'hydrure de titane (TÌH2), présentant, de préférence, un grand degré de pureté (99,5%) et une granulométrie moyenne de l'ordre de quelques microns, typiquement de 10 microns, est mélangée de façon classique avec un ou plusieurs éléments d'addition sous la forme d'une poudre ou d'un mélange de poudres inorganiques ayant, de préférence, une dureté élevée et une granulométrie sensiblement équivalente à celle de la poudre d'hydrure de titane pour obtenir un mélange homogène. Titanium hydride powder (TÌH2), preferably having a high degree of purity (99.5%) and an average particle size of the order of a few microns, typically 10 microns, is mixed in a conventional manner with one or more addition elements in the form of a powder or a mixture of inorganic powders preferably having a high hardness and a particle size substantially equivalent to that of the titanium hydride powder in order to obtain a mixture homogeneous.

Ces poudres inorganiques sont choisies parmi l'ensemble comprenant les nitrures, les carbures, les carbonitrures, les siliciures, les borures des éléments métalliques des groupes, 3a, 4a, 4b, 5b, 6b, 7b, et 8 de la table de classification des éléments, et parmi l'ensemble comprenant le fer, l'hydrure de zirconium, le silicium, le niobium, le molybdène, le chrome, le tungstène, et le vanadium. These inorganic powders are chosen from the group comprising nitrides, carbides, carbonitrides, silicides, borides of the metallic elements of groups, 3a, 4a, 4b, 5b, 6b, 7b, and 8 of the classification table for elements, and among the set comprising iron, zirconium hydride, silicon, niobium, molybdenum, chromium, tungsten, and vanadium.

La poudre d'hydrure de titane représente typiquement 50 à 95% en volume du mélange et de préférence 80 à 90% en volume du mélange. The titanium hydride powder typically represents 50 to 95% by volume of the mixture and preferably 80 to 90% by volume of the mixture.

La proportion de titane dans le mélange permet d'influencer la dureté de l'article. A priori selon l'art antérieur accepté lorsque la proportion de titane dans le mélange augmente, la dureté de l'article obtenu à partir de ce mélange diminue. Toutefois, on s'est aperçu qu'en utilisant 80 à 90% de titane en liaison avec un ou une combinaison des éléments d'addition tels que ceux mentionnés plus haut, on pouvait atteindre, contre toute attente, un compromis intéressant entre la dureté, l'usinabilité, et la porosité des articles réalisés à partir de ce mélange. The proportion of titanium in the mixture makes it possible to influence the hardness of the article. A priori according to the prior art accepted when the proportion of titanium in the mixture increases, the hardness of the article obtained from this mixture decreases. However, it has been found that by using 80 to 90% of titanium in connection with one or a combination of the addition elements such as those mentioned above, it was possible, unexpectedly, to reach an interesting compromise between hardness , the machinability, and the porosity of the articles produced from this mixture.

Le mélange de poudre d'hydrure de titane et de ou des éléments d'addition obtenu est alors brassé, de façon classique, avec un liant temporaire sous forme de granules jusqu'à obtenir un mélange homogène sous forme d'une pâte. The mixture of titanium hydride powder and of the addition element or elements obtained is then stirred, in a conventional manner, with a temporary binder in the form of granules until a homogeneous mixture is obtained in the form of a paste.

De préférence, le liant est formé d'un polymère ou d'un copolymère thermique mais peut être également formé de cire. Ce mélange est réalisé à une température comprise de préférence entre 120° et 180°C selon la nature du liant utilisé. Typiquement, avec un copolymère thermique, la température du mélange est de l'ordre de 170°C. Preferably, the binder is formed from a thermal polymer or copolymer but can also be formed from wax. This mixing is carried out at a temperature preferably between 120 ° and 180 ° C. depending on the nature of the binder used. Typically, with a thermal copolymer, the temperature of the mixture is of the order of 170 ° C.

Le mélange sous forme de pâte qui est obtenu est ensuite injecté, de façon classique, dans un moule ayant la forme de la pièce que l'on désire obtenir, par exemple une boîte de montre, avec des dimensions qui tiennent compte du rétrécissement de la pièce au cours des étapes ultérieures du procédé, rétrécissement qui est typiquement de l'ordre de 15%. L'injection est réalisée de préférence à une température typiquement d'environ 140°C. The mixture in the form of a paste which is obtained is then injected, in a conventional manner, into a mold having the shape of the part which it is desired to obtain, for example a watch case, with dimensions which take account of the narrowing of the part during the subsequent stages of the process, shrinking which is typically of the order of 15%. The injection is preferably carried out at a temperature typically around 140 ° C.

On procède ensuite à l'élimination du liant contenu dans la pièce conformée. Cette élimination du liant est réalisée thermiquement. Pour ce faire, la pièce conformée est alors introduite dans un four dans lequel elle est amenée progressivement à une température comprise de préférence entre 200° et 300°C. Au cours de ce chauffage, le liant est progressivement éliminé par évaporation et, pour ne pas détériorer la forme de la pièce, ce chauffage s'effectue en un temps compris typiquement entre 2 et 9 heures et, de préférence, en 8 heures. Il est également important que l'élimination du liant soit complète pour éviter toute pollution de la pièce par le carbone et/ou l'oxygène du liant, pouvant conduire à une détérioration des propriétés mécaniques de la pièce à fabriquer. We then proceed to the elimination of the binder contained in the shaped part. This elimination of the binder is carried out thermally. To do this, the shaped part is then introduced into an oven in which it is gradually brought to a temperature preferably between 200 ° and 300 ° C. During this heating, the binder is gradually eliminated by evaporation and, in order not to deteriorate the shape of the part, this heating is carried out in a time typically between 2 and 9 hours and, preferably, in 8 hours. It is also important that the removal of the binder is complete to avoid any pollution of the part by the carbon and / or oxygen of the binder, which can lead to a deterioration of the mechanical properties of the part to be manufactured.

De préférence, l'élimination du liant est réalisée sous vide ou dans une atmosphère d'hydrogène afin, d'une part, d'éviter toute oxydation du liant lors de son élimination, et d'autre part, d'augmenter la vitesse du processus d'élimination du liant de la pièce sans détériorer la forme de la pièce. Preferably, the removal of the binder is carried out under vacuum or in a hydrogen atmosphere in order, on the one hand, to avoid any oxidation of the binder during its removal, and on the other hand, to increase the speed of the process of removing the binder from the part without deteriorating the shape of the part.

Selon une variante du procédé et notamment dans le cas où le liant est un polymère thermique, ce dernier peut être également éliminé de façon chimique, par décomposition à l'aide d'une vapeur d'acide appropriée. According to a variant of the process and in particular in the case where the binder is a thermal polymer, the latter can also be eliminated chemically, by decomposition using an appropriate acid vapor.

Après l'élimination complète du liant de la pièce et, selon un aspect particulièrement important de l'invention, l'atmosphère du four est remplacée par une atmosphère d'hydrogène (si l'élimination du liant n'a pas déjà été réalisée dans une atmosphère d'hydrogène). De préférence, cette atmosphère d'hydrogène est réalisée sous la forme d'un flux circulant de façon continue dans le four. Simultanément, la température de la pièce est progressivement augmentée jusqu'à atteindre la température de frittage désirée. La température de frittage est comprise typiquement entre 1000 et 1400°C et, de préférence, sensiblement égale à 1200°C pour éviter de se rapprocher trop d'une température où la pièce commencerait à se déformer. After the complete removal of the binder from the part and, according to a particularly important aspect of the invention, the atmosphere of the oven is replaced by a hydrogen atmosphere (if the removal of the binder has not already been carried out in a hydrogen atmosphere). Preferably, this hydrogen atmosphere is produced in the form of a flow circulating continuously in the furnace. At the same time, the temperature of the part is gradually increased until the desired sintering temperature is reached. The sintering temperature is typically between 1000 and 1400 ° C and, preferably, substantially equal to 1200 ° C to avoid getting too close to a temperature where the part would begin to deform.

Ce chauffage dure environ 2 à 7 heures. Au cours du chauffage, l'hydrure de titane libère progressivement son hydrogène. A ce propos il est important selon le procédé de l'invention que le chauffage ne soit pas trop rapide afin de ne pas provoquer une libération rapide de l'hydrogène qui pourrait provoquer la formation de pores au sein de la pièce et par là même altérer le brillant de la surface de l'article après le polissage de celui-ci. De préférence, la vitesse de chauffage est comprise entre 150°C et 250°C par heure. This heating lasts approximately 2 to 7 hours. During heating, the titanium hydride gradually releases its hydrogen. In this regard it is important according to the method of the invention that the heating is not too rapid so as not to cause a rapid release of the hydrogen which could cause the formation of pores within the room and thereby alter the gloss of the article's surface after it has been polished. Preferably, the heating rate is between 150 ° C and 250 ° C per hour.

Selon une variante du procédé, on peut aussi réaliser le frittage dans le vide ou dans une atmosphère d'argon. Toutefois, la porosité des articles obtenus est de l'ordre de 3% en raison de la libération violente de l'hydrogène à partir de l'hydrure de titane au moment du chauffage qui crée un nombre According to a variant of the process, sintering can also be carried out in a vacuum or in an argon atmosphere. However, the porosity of the articles obtained is of the order of 3% due to the violent release of hydrogen from titanium hydride at the time of heating which creates a number

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important de pores. Ces pores apparaissent notamment à la surface de l'article après son polissage et diffusent la lumière incidente, ce qui empêche une réflexion spéculaire parfaite de la lumière qui atteint l'article. L'utilisation de ces derniers est donc dans ce cas limitée à des applications où l'aspect esthétique ne joue qu'un faible rôle. large pore size. These pores appear in particular on the surface of the article after polishing and scatter the incident light, which prevents perfect specular reflection of the light reaching the article. The use of the latter is therefore in this case limited to applications where the aesthetic appearance plays only a small role.

Par ailleurs, compte tenu de la grande réactivité du titane à température élevée, le titane réagit, au cours du chauffage jusqu'à la température de frittage et par la suite au cours du frittage, avec le ou les éléments d'additions définis plus haut pour former de nouveaux type de composés de titane. Il se produit différents types de réaction selon la nature du ou des éléments d'addition utilisés. Quatre types de réaction ont été remarquées. Furthermore, taking into account the high reactivity of titanium at high temperature, the titanium reacts, during the heating up to the sintering temperature and subsequently during the sintering, with the addition element or elements defined above. to form new types of titanium compounds. Different types of reaction occur depending on the nature of the addition element (s) used. Four types of reaction have been noted.

Le premier type de réaction qui a été remarqué est une réaction du type à déplacement chimique telle que: The first type of reaction that has been noticed is a chemical displacement type reaction such as:

Ti + SiC —> TiC + TixSiy (1) Ti + SiC -> TiC + TixSiy (1)

On utilise ainsi avantageusement la réactivité élevée du titane à haute température pour dissocier des matériaux chimiquement très stables et former de nouveaux composés de titane ayant une dureté élevée. Advantageously, the high reactivity of titanium is used at high temperature to dissociate chemically very stable materials and form new titanium compounds having a high hardness.

Le deuxième type de réaction qui a été remarquée est une réaction du type à addition de titane pour former un composé de titane sous-stoechio-métrique telle que: The second type of reaction which has been observed is a reaction of the type with addition of titanium to form a sub-stoichiometric titanium compound such as:

xTi + TiC —» TiC(i-x) (2) xTi + TiC - »TiC (i-x) (2)

Avec ce type de réaction, la stoechiométrie du nouveau composé de titane peut être modifiée dans une grande plage et ainsi la dureté de l'article peut être adaptée. With this type of reaction, the stoichiometry of the new titanium compound can be changed over a wide range and thus the hardness of the article can be adjusted.

Le troisième type de réaction qui a été remarquée est une réaction de formation d'un alliage du type intermétallique telle que. The third type of reaction which has been noticed is a reaction for forming an alloy of the intermetallic type such as.

xTi + yW -> TixWy (3) xTi + yW -> TixWy (3)

Ce type de réaction permet notamment d'obtenir des composés ayant des duretés très élevée. This type of reaction makes it possible in particular to obtain compounds having very high hardnesses.

Enfin, le quatrième type de réaction qui a été remarquée est une réaction formant des particules de matériaux dures tel que des particules de carbures de tungstène noyées dans une matrice de titane. Finally, the fourth type of reaction which has been observed is a reaction forming particles of hard materials such as particles of tungsten carbides embedded in a titanium matrix.

xTi + WC -» WC dans une matrice de titane (4) xTi + WC - »WC in a titanium matrix (4)

Ce dernier type de réaction augmente la dureté de l'article en titane et laisse suffisamment de titane en surface pour une réaction chimique avec d'autres éléments au cours d'un traitement de surface ultérieur tel qu'un traitement de coloration et/ ou de durcissement en surface. This latter type of reaction increases the hardness of the titanium article and leaves sufficient titanium on the surface for a chemical reaction with other elements during a subsequent surface treatment such as a coloring and / or surface hardening.

A ce propos, on rappelera que la dureté de l'article obtenu selon ce procédé dépend notamment de la nature et de la quantité du ou des composés qui résultent des réactions (1) à (4) entre le titane et le ou les éléments d'addition. In this regard, it will be recalled that the hardness of the article obtained according to this process depends in particular on the nature and the quantity of the compound or compounds which result from reactions (1) to (4) between the titanium and the element (s) of 'addition.

La température de frittage atteinte et l'hydrogène de la pièce ayant été en majeure partie libéré, on remplace à nouveau l'atmosphère du four, c'est à dire l'hydrogène, par une atmosphère non réactive telle qu'une atmosphère d'argon, ou d'hélium ou du vide. L'argon sera préféré. Le remplacement de l'hydrogène par l'atmosphère non réactive est fait tout en maintenant l'article à sa température de frittage. La durée de ce palier est comprise typiquement entre 5 et 80 minutes et est de préférence d'environ 20 minutes. Once the sintering temperature has been reached and the hydrogen in the part has been released for the most part, the atmosphere of the furnace, that is to say the hydrogen, is again replaced by a non-reactive atmosphere such as an atmosphere of argon, or helium or vacuum. Argon will be preferred. The replacement of hydrogen by the non-reactive atmosphere is done while maintaining the article at its sintering temperature. The duration of this stage is typically between 5 and 80 minutes and is preferably about 20 minutes.

La pièce est alors refroidie jusqu'à la température ambiante dans ladite atmosphère non réactive à une vitesse de refroidissement de l'ordre de 300°C par heure. Au cours de ce refroidissement, la pièce libère lentement le reste de son hydrogène qui est éliminé au fur et à mesure. The part is then cooled to ambient temperature in said non-reactive atmosphere at a cooling rate of the order of 300 ° C per hour. During this cooling, the part slowly releases the rest of its hydrogen which is eliminated gradually.

L'article fritté obtenu par le procédé qui vient d'être décrit est composé d'un mélange comprenant une matrice de titane dérivé d'hydrure de titane et un ou une combinaison de plusieurs éléments d'addition choisis parmi l'ensemble comprenant les nitrures, les carbures, carbonitrures, les siliciures, les borures des éléments métalliques des groupes, 3a, 4a, 4b, 5b, 6b, 7b, et 8 de la table de classification des éléments, et parmi l'ensemble comprenant le fer, l'hydrure de zirconium, le silicium, le niobium, le molybdène, le chrome, le tungstène, et le vanadium. The sintered article obtained by the process which has just been described is composed of a mixture comprising a titanium matrix derived from titanium hydride and one or a combination of several addition elements chosen from the group comprising nitrides , carbides, carbonitrides, silicides, borides of the metallic elements of groups, 3a, 4a, 4b, 5b, 6b, 7b, and 8 of the classification table of the elements, and among the set including iron, zirconium hydride, silicon, niobium, molybdenum, chromium, tungsten, and vanadium.

Cet article à base de titane présente une porosité remarquablement faible, typiquement de 2% à 0,1%. This titanium-based article has a remarkably low porosity, typically from 2% to 0.1%.

En outre, cet article présente une dureté qui peut varier typiquement de 300 à 1200 HV en fonction de la quantité et du type de ou des éléments d'addition ajoutés. L'article peut être soumis ensuite à un polissage spéculaire de sa surface afin d'obtenir un article décoratif tel qu'une boîte de montre, un maillon de bracelet, un cadran ou analogue, présentant une surface d'un poli et d'un brillant comparable à ceux d'une pièce métallique. In addition, this article has a hardness which can typically vary from 300 to 1200 HV depending on the amount and type of addition element (s) added. The article may then be subjected to a specular polishing of its surface in order to obtain a decorative article such as a watch case, a bracelet link, a dial or the like, having a surface of a polish and a gloss comparable to that of a metallic piece.

Comme cela a été mentionné plus haut, les articles obtenus par le procédé décrit ci-dessus peuvent être, selon un autre aspect de l'invention soumis à un procédé durcissement et de coloration. As mentioned above, according to another aspect of the invention, the articles obtained by the process described above can be subjected to a hardening and coloring process.

Ce procédé de durcissement et de coloration peut être mis en œuvre avant ou après le polissage de l'article. Aussi, par exemple pour des raisons de commodités, on peut effectuer toute opération de polissage et/ou d'usinage de l'article avant la mise en œuvre de ce procédé de durcissement et coloration si bien que l'article, dans sa forme quasi définitive ou définitive, pourra être durci et coloré tout en conservant la brillance et sa forme. This hardening and coloring process can be carried out before or after polishing the article. Also, for example for reasons of convenience, any polishing and / or machining operation of the article can be carried out before the implementation of this hardening and coloring process, so that the article, in its quasi-form definitive or definitive, can be hardened and colored while retaining the shine and its shape.

Pour procéder au durcissement et à la coloration de l'article, le cas échéant déjà usiné dans sa forme définitive et/ou poli, on place l'article dans un four et on le chauffe jusqu'à atteindre une température comprise typiquement entre 600 et 1000°C et de préférence de l'ordre de 800°C. Une fois cette température atteinte, on fait circuler autour de l'article à traiter un flux de gaz comprenant du carbone et/ou de l'azote pendant une durée de l'ordre de 10 à 30 minutes, l'article étant maintenu à la température à laquelle il a été préalablement chauffé. To harden and color the article, if already already machined in its final and / or polished form, the article is placed in an oven and heated until it reaches a temperature typically between 600 and 1000 ° C and preferably around 800 ° C. Once this temperature has been reached, a flow of gas comprising carbon and / or nitrogen is circulated around the article to be treated for a period of the order of 10 to 30 minutes, the article being kept at temperature to which it was previously heated.

Le flux de gaz qui contient du carbone comprend The carbon-containing gas stream includes

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

4 4

7 7

CH 687 622 A5 CH 687 622 A5

8 8

des gaz hydrocarbures tel que le méthane, le propane, le butane etc. hydrocarbon gases such as methane, propane, butane etc.

En ce qui concerne le flux de gaz contenant de l'azote, on veillera à ce que l'azote soit aussi pur que possible et ne contienne notamment que des quantités d'eau et d'oxygène minimum. With regard to the flow of nitrogen-containing gas, care will be taken to ensure that the nitrogen is as pure as possible and in particular contains only minimum quantities of water and oxygen.

Pour obtenir un résultat satisfaisant, le flux de gaz qui comprend du carbone et/ou de l'azote est de préférence dilué dans un gaz inerte tel que l'argon ou l'hélium. To obtain a satisfactory result, the gas stream which comprises carbon and / or nitrogen is preferably diluted in an inert gas such as argon or helium.

La proportion d'azote dans le flux de gaz est comprise typiquement entre 50 et 100% et de préférence de l'ordre de 95%. The proportion of nitrogen in the gas flow is typically between 50 and 100% and preferably of the order of 95%.

La proportion du gaz contenant du carbone dans le flux de gaz est comprise typiquement entre 2% et 20% et de préférence de l'ordre de 5%. The proportion of the gas containing carbon in the gas flow is typically between 2% and 20% and preferably of the order of 5%.

Dans le cas d'un mélange d'azote et d'un gaz contenant du carbone, les proportions susmentionnées pour chacun des gaz doivent être respectées. In the case of a mixture of nitrogen and a carbon-containing gas, the above-mentioned proportions for each of the gases must be respected.

La profondeur sur laquelle la surface est durcie dépend de la température de l'article et du temps de réaction de l'article avec le carbone et/ou l'azote du flux de gaz circulant autour de ce dernier. The depth to which the surface is cured depends on the temperature of the article and the reaction time of the article with carbon and / or nitrogen from the gas flow circulating around it.

On notera toutefois que dans le cas où l'article a été préalablement poli, on chauffera ce dernier à une température telle que les réactions de formation de carbures, de nitrures et de carbonitrures soient suffisamment lentes pour obtenir une surface dure et qui conserve son aspect poli. It will be noted however that in the case where the article has been previously polished, the latter will be heated to a temperature such that the reactions for the formation of carbides, nitrides and carbonitrides are sufficiently slow to obtain a hard surface which retains its appearance polished.

En utilisant un flux de gaz ne contenant que du carbone on obtient un article ayant un caractère métallique. By using a gas stream containing only carbon, an article having a metallic character is obtained.

En revanche, si on utilise un flux de gaz ne contenant que de l'azote, on obtient un article ayant un aspect coloré. On the other hand, if a gas flow containing only nitrogen is used, an article having a colored appearance is obtained.

En utilisant un mélange de carbone et d'azote dans le flux de gaz, on pourra obtenir en faisant varier leur proportion respective toutes les nuances de couleurs entre le jaune et le brun et notamment la couleur or. By using a mixture of carbon and nitrogen in the gas flow, it is possible to obtain, by varying their respective proportion, all the shades of color between yellow and brown and in particular the color gold.

On notera en outre que ce procédé de durcissement et de coloration renforce en outre les propriétés de résistance à la corrosion de l'article. Ce renforcement résulte des propriétés des éléments formés dans la couche superficielle qui sont analogues à celles des céramiques. It will further be noted that this hardening and coloring process further enhances the corrosion resistance properties of the article. This reinforcement results from the properties of the elements formed in the surface layer which are similar to those of ceramics.

L'augmentation de la dureté de l'article dépend de plusieurs facteurs et notamment de la réaction du ou des composés qui résultent des réactions (1) à (4) avec flux de gaz qui circule dans le four. The increase in the hardness of the article depends on several factors and in particular on the reaction of the compound or compounds which result from reactions (1) to (4) with the gas flow which circulates in the oven.

Les exemples qui suivent sont des exemples préférés de la mise en œuvre du procédé de fabrication par frittage d'un article à base de titane selon l'invention. The examples which follow are preferred examples of the implementation of the method of manufacturing by sintering of a titanium-based article according to the invention.

Exemple 1 Example 1

On verse, dans un mélangeur classique contenant un solvant, par exemple du cyclohexane, 10% en volume de poudre de carbonitrure de titane (TiCN, 51 g) et 90% en volume d'hydrure de titane (TiH2, 333 g). 10% by volume of titanium carbonitride powder (TiCN, 51 g) and 90% by volume of titanium hydride (TiH2, 333 g) are poured into a conventional mixer containing a solvent, for example cyclohexane.

On mélange ces éléments pendant environ 30 minutes à température ambiante. Le mélange homogène obtenu est alors séché puis versé dans un récipient contenant un liant formé d'un copolymère comprenant 32% en volume d'oxyde de polyéthylè-ne (246 g) et 4% en volume de polypropylène (26 g). On chauffe ce liant à une température d'environ 170°C jusqu'à obtenir une pâte homogène. These elements are mixed for about 30 minutes at room temperature. The homogeneous mixture obtained is then dried and then poured into a container containing a binder formed of a copolymer comprising 32% by volume of polyethylene oxide (246 g) and 4% by volume of polypropylene (26 g). This binder is heated to a temperature of about 170 ° C until a homogeneous paste is obtained.

On procède ensuite à une granulation du mélange refroidi. Les granules obtenus sont alors introduits dans une presse à injecter et injectés dans un moule, ayant par exemple la forme d'une boîte de montre, à une température d'environ 140°C. The cooled mixture is then granulated. The granules obtained are then introduced into an injection press and injected into a mold, for example having the shape of a watch case, at a temperature of approximately 140 ° C.

L'article conformé est alors introduit dans un four dans lequel on fait ensuite un vide d'environ 10~2 millibar. L'article est ensuite amené à une température d'environ 200°C par un chauffage linéaire en 8 heures. The shaped article is then introduced into an oven in which a vacuum of approximately 10 ~ 2 millibar is then made. The article is then brought to a temperature of about 200 ° C by linear heating in 8 hours.

On opère ensuite le frittage de l'article. Pour ce faire, le vide du four est remplacé par une atmosphère d'hydrogène sous forme d'un flux d'hydrogène ayant un débit de 150 ml/min et la pièce est amenée de 200°C à 1200°C linéairement en 4 heures. Une fois la température de 1200°C atteinte, on remplace l'atmosphère d'hydrogène par une atmosphère d'argon sous forme d'un flux d'argon ayant un débit de 150 ml/min, et on maintient la température de 1200°C pendant environ 20 minutes. The article is then sintered. To do this, the vacuum of the oven is replaced by a hydrogen atmosphere in the form of a hydrogen flow having a flow rate of 150 ml / min and the part is brought from 200 ° C to 1200 ° C linearly in 4 hours. . Once the temperature of 1200 ° C is reached, the hydrogen atmosphere is replaced by an argon atmosphere in the form of an argon flow having a flow rate of 150 ml / min, and the temperature is maintained at 1200 ° C for about 20 minutes.

On refroidit ensuite linéairement l'article sous la même atmosphère d'argon jusqu'à la température ambiante. La vitesse de refroidissement est de 300°C par heure et on obtient ainsi un article à base de titane frittée dans lequel le carbonitrure de titane a été combiné au titane selon la réaction (2) et dont la porosité est inférieure à 1%. La dureté mesurée sur l'article est de l'ordre de 780 HV. The article is then cooled linearly under the same argon atmosphere to room temperature. The cooling rate is 300 ° C. per hour and an article based on sintered titanium is thus obtained in which the titanium carbonitride has been combined with the titanium according to reaction (2) and the porosity of which is less than 1%. The hardness measured on the article is of the order of 780 HV.

L'article fritté est finalement soumis à un électropolissage pour obtenir une boîte de montre ayant un aspect brillant intense comparable à celui d'une pièce en métal poli. The sintered article is finally subjected to electropolishing to obtain a watch case having an intense shiny appearance comparable to that of a piece of polished metal.

Dans une variante de l'exemple ci-dessus, on utilise du polyacétal comme liant et ce dernier est éliminé par décomposition dans une vapeur d'acide nitrique à 120°C. Le résultat obtenu avec cette variante est identique à celui obtenu avec l'exemple précédent. In a variant of the above example, polyacetal is used as binder and the latter is removed by decomposition in a vapor of nitric acid at 120 ° C. The result obtained with this variant is identical to that obtained with the previous example.

Exemple 1a Example 1a

Dans cet exemple, on a mis en œuvre les mêmes étapes que celles décrites dans l'exemple 1 avec comme produit de départ 20% en volume de poudre de carbonitrure de titane (TiCN, 102 g) et 80% en volume d'hydrure de titane (TÌH2, 296 g). On a obtenu ainsi un article à base de titane fritté dont la porosité est inférieure à 1%. La dureté mesurée sur cet article est de l'ordre de 930 HV. L'aspect de l'article obtenu est comparable à celui d'une pièce en métal polie. In this example, the same steps were used as those described in Example 1 with 20% by volume of titanium carbonitride powder (TiCN, 102 g) and 80% by volume of hydride as starting material. titanium (TÌH2, 296 g). There was thus obtained an article based on sintered titanium whose porosity is less than 1%. The hardness measured on this article is around 930 HV. The appearance of the article obtained is comparable to that of a polished metal part.

Exemple 2 Example 2

Dans cet exemple, on a mis en œuvre les mêmes étapes que celles décrites dans l'exemple 1 avec comme produits de départ 10% en volume de poudre de carbure de silicium (SiC, 32 g) et 90% en volume d'hydrure de titane (TÌH2, 333 g). On a obtenu ainsi un article à base de titane fritté dans In this example, the same steps were used as those described in Example 1 with 10% by volume of silicon carbide powder (SiC, 32 g) and 90% by volume of hydride as starting materials. titanium (TÌH2, 333 g). There was thus obtained an article based on sintered titanium in

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10 10

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25 25

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35 35

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45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

9 9

CH 687 622 A5 CH 687 622 A5

10 10

lequel le carbure de silicium a été dissocié selon la réaction (1) pour former du siliciure de titane. La porosité de cet article est inférieure à 1%. La dureté mesurée sur cet article est de l'ordre de 900 HV. L'aspect de l'article obtenu est comparable à celui d'une pièce en métal polie. which silicon carbide was dissociated according to reaction (1) to form titanium silicide. The porosity of this article is less than 1%. The hardness measured on this article is of the order of 900 HV. The appearance of the article obtained is comparable to that of a polished metal part.

Exemple 2a Example 2a

Dans cet exemple, on a mis en œuvre les mêmes étapes que celles décrites dans l'exemple 1 avec comme produits de départ 20% en volume de poudre de carbure de silicium (SiC, 64 g) et 80% en volume d'hydrure de titane (TÌH2, 296 g). On a obtenu ainsi un article à base de titane fritté dont la porosité est inférieure à 1%. La dureté mesurée sur cet article est de l'ordre de 1300 HV. L'aspect de l'article obtenu est comparable à celui d'une pièce en métal polie. In this example, the same steps were used as those described in Example 1 with 20% by volume of silicon carbide powder (SiC, 64 g) and 80% by volume of hydride as starting materials. titanium (TÌH2, 296 g). There was thus obtained an article based on sintered titanium whose porosity is less than 1%. The hardness measured on this article is around 1300 HV. The appearance of the article obtained is comparable to that of a polished metal part.

Exemple .3 Example .3

Dans cet exemple, on a mis en œuvre les mêmes étapes que celles décrites dans l'exemple 1 avec comme produits de départ 10% en volume de poudre de carbure de tungstène (WC, 156 g) et 90% en volume d'hydrure de titane (TÌH2, 333 g). On a obtenu ainsi un article à base de titane fritté dans lequel le carbure de tungstène est noyé dans une matrice de titane et dont la porosité est inférieure à 1%. La dureté mesurée sur cet article est de l'ordre de 630 HV. L'aspect de l'article obtenu est comparable à celui d'une pièce en métal polie. In this example, the same steps were used as those described in Example 1 with 10% by volume of tungsten carbide powder (WC, 156 g) and 90% by volume of hydride as starting materials. titanium (TÌH2, 333 g). There was thus obtained an article based on sintered titanium in which the tungsten carbide is embedded in a titanium matrix and whose porosity is less than 1%. The hardness measured on this article is around 630 HV. The appearance of the article obtained is comparable to that of a polished metal part.

Exemple 4 Example 4

Dans cet exemple, on a mis en œuvre les mêmes étapes que celles décrites dans l'exemple 1 avec comme produits de départ 10% en volume de poudre de carbure de chrome (CrsC2, 67 g), 10% en volume de poudre de carbure de tungstène (WC, 156 g) et 80% en volume d'hydrure de titane (TÌH2, 296 g). On a obtenu ainsi un article à base de titane fritté dont la porosité est inférieure à 1%. La dureté mesurée sur cet article est de l'ordre de 720 HV. In this example, the same steps were used as those described in Example 1, starting with 10% by volume of chromium carbide powder (CrsC2, 67 g), 10% by volume of carbide powder tungsten (WC, 156 g) and 80% by volume of titanium hydride (TÌH2, 296 g). There was thus obtained an article based on sintered titanium whose porosity is less than 1%. The hardness measured on this article is of the order of 720 HV.

L'aspect de l'article obtenu est comparable à celui d'une pièce en métal polie. The appearance of the article obtained is comparable to that of a polished metal part.

Exemple 5 Example 5

Dans cet exemple, on a mis en œuvre les mêmes étapes que celles décrites dans l'exemple 1 avec comme produits de départ 10% en volume de poudre de carbure de chrome (Cr3C2, 67 g), 10% en volume de poudre de carbure de titane (TiC, 49 g) et 80% en volume d'hydrure de titane (TÌH2, 296 g). On a obtenu ainsi un article à base de titane fritté dont la porosité est inférieure à 1%. La dureté mesurée sur cet article est de l'ordre de 920 HV. L'aspect de l'article obtenu est comparable à celui d'une pièce en métal polie. In this example, the same steps were carried out as those described in example 1, with 10% by volume of chromium carbide powder (Cr3C2, 67 g), 10% by volume of carbide powder as starting materials. of titanium (TiC, 49 g) and 80% by volume of titanium hydride (TÌH2, 296 g). There was thus obtained an article based on sintered titanium whose porosity is less than 1%. The hardness measured on this article is of the order of 920 HV. The appearance of the article obtained is comparable to that of a polished metal part.

Exemple 6 Example 6

Dans cet exemple, on a mis en œuvre les mêmes étapes que celles décrites dans l'exemple 1 avec comme produits de départ 10% en volume de poudre de carbure de chrome (Cr3C2, 156 g), 10% en volume de poudre de carbure de titane (TiC, 49 g) 50% en volume d'hydrure de titane (TiH2, 185 g) et 30% en volume d'hydrure de zirconium (ZrH2, 168). On a obtenu ainsi un article à base de titane fritté dont la porosité est inférieure à 1%. La dureté mesurée sur cet article est de l'ordre de 770 HV. L'aspect de l'article obtenu est comparable à celui d'une pièce en métal polie. In this example, the same steps were carried out as those described in Example 1 with 10% by volume of chromium carbide powder (Cr3C2, 156 g), 10% by volume of carbide powder as starting materials. of titanium (TiC, 49 g) 50% by volume of titanium hydride (TiH2, 185 g) and 30% by volume of zirconium hydride (ZrH2, 168). There was thus obtained an article based on sintered titanium whose porosity is less than 1%. The hardness measured on this article is of the order of 770 HV. The appearance of the article obtained is comparable to that of a polished metal part.

Exemple 7 Example 7

Dans cet exemple, on a mis en œuvre les mêmes étapes que celles décrites dans l'exemple 1 avec comme produits de départ 20% en volume de poudre de carbure de titane (TiC, 98 g), 50% en volume d'hydrure de titane (TÌH2, 185 g) et 30% en volume d'hydrure de zirconium (ZrH2, 168). On a obtenu ainsi un article à base de titane fritté dont la porosité est inférieure à 1%. La dureté mesurée sur cet article est de l'ordre de 850 HV. L'aspect de l'article obtenu est comparable à celui d'une pièce en métal polie. In this example, the same steps were used as those described in Example 1 with 20% by volume of titanium carbide powder (TiC, 98 g), 50% by volume of hydride as starting materials. titanium (TÌH2, 185 g) and 30% by volume of zirconium hydride (ZrH2, 168). There was thus obtained an article based on sintered titanium whose porosity is less than 1%. The hardness measured on this article is around 850 HV. The appearance of the article obtained is comparable to that of a polished metal part.

Les exemples qui suivent maintenant sont des exemples préférés de la mise en œuvre du procédé de durcissement et de coloration d'un article à base de titane selon l'invention. The examples which follow now are preferred examples of the implementation of the method of hardening and coloring of a titanium-based article according to the invention.

Exemple 1b Example 1b

Dans cet exemple on est parti de l'article à base de titane fritté et poli décrit dans l'exemple 1. L'article est placé dans un four dans lequel on fait un vide d'environ 10-2 millibar ou contenant un flux d'argon ayant de 150 ml/min. L'article est alors chauffé à une température de 1000°C par un chauffage linéaire 3 heures. Une fois cette température atteinte, on fait circuler dans l'enceinte du four un flux de gaz comprenant 50% d'azote et 50% d'argon à un débit de 150 ml/min. On maintient cette température et cette circulation de gaz pendant environ 20 minutes. In this example, we started with the article based on sintered and polished titanium described in example 1. The article is placed in an oven in which a vacuum is made of approximately 10-2 millibar or containing a flow of with 150 ml / min. The article is then heated to a temperature of 1000 ° C. by linear heating for 3 hours. Once this temperature has been reached, a gas flow comprising 50% nitrogen and 50% argon is circulated in the oven enclosure at a flow rate of 150 ml / min. This temperature and this gas circulation are maintained for approximately 20 minutes.

L'article est ensuite refroidi linéairement jusqu'à la température ambiante. The article is then cooled linearly to room temperature.

Au cours de ce procédé de durcissement et de coloration, l'azote du flux de gaz réagit avec le carbonitrure de titane sous-stoechiométrique issu de la réaction (2 ) pour donner en surface un composé comprenant du carbonitrure de titane avec une nouvelle sous-stoechiométrie du carbone et de l'azote. During this hardening and coloring process, the nitrogen in the gas flow reacts with the sub-stoichiometric titanium carbonitride resulting from reaction (2) to give on the surface a compound comprising titanium carbonitride with a new sub- carbon and nitrogen stoichiometry.

On obtient alors un article à base de titane ayant une dureté sur une épaisseur d'environ 10 microns de l'ordre de 2800 HV et un aspect métallique jaune doré proche de celui de l'or. One then obtains an article based on titanium having a hardness over a thickness of approximately 10 microns of the order of 2800 HV and a golden yellow metallic appearance close to that of gold.

Exemple 7b Example 7b

Dans cet exemple, on a mis en œuvre les mêmes étapes que celles décrites dans l'exemple 1b In this example, the same steps were used as those described in Example 1b

5 5

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40 40

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50 50

55 55

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6 6

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CH 687 622 A5 CH 687 622 A5

12 12

en partant d'un article à base de titane fritté et poli selon le procédé décrit plus haut et comprend comme produits de départ 20% en volume de poudre de carbure de titane (TiC, 98 g), 50% en volume d'hydrure de titane (TÌH2, 185 g) et 30% en volume d'hydrure de zirconium (ZrH2, 168). L'article obtenu après durcissement et coloration présente un aspect métallique jaune doré proche de celui de l'or, et a une porosité inférieure à 1%. La dureté mesurée sur cet article est de l'ordre de 1800 HV. starting from an article based on sintered and polished titanium according to the process described above and comprising as starting materials 20% by volume of titanium carbide powder (TiC, 98 g), 50% by volume of hydride of titanium (TÌH2, 185 g) and 30% by volume of zirconium hydride (ZrH2, 168). The article obtained after hardening and coloring has a golden yellow metallic appearance close to that of gold, and has a porosity of less than 1%. The hardness measured on this article is of the order of 1800 HV.

Dans ce cas, l'azote a réagi avec le carbure de zirconium sous-stoechiométrique et avec le carbure de titane sous-stoechiométrique qui résultent de la réaction (2) pour former en surface (sur une épaisseur d'environ 10 microns) un mélange de carbonitrure de titane et de produits résultant de la réaction du carbure de zirconium avec l'azote. In this case, the nitrogen reacted with the sub-stoichiometric zirconium carbide and with the sub-stoichiometric titanium carbide which result from reaction (2) to form on the surface (over a thickness of approximately 10 microns) a mixture of titanium carbonitride and of products resulting from the reaction of zirconium carbide with nitrogen.

Exemple 8 Example 8

Dans cet exemple, on a mis en œuvre les mêmes étapes que celles décrites dans l'exemple 1b avec un article à base de titane poli fabriqué selon le procédé de l'invention en utilisant comme produit de départ 5% de carbure de titane (TiC, 25 g) et 95% d'hydrure de titane (TÌH2, 352 g). Toutefois, on a utilisé dans cet exemple un flux de gaz comprenant 2% de méthane dilué dans de l'argon, l'article étant préalablement chauffé à 800°C. Dans ce cas, le carbure de titane sous-stoechiométrique qui résulte de la réaction (2) a réagi avec le carbone du flux de gaz pour former du carbure de titane stoechiométrique. La dureté mesurée sur cet article est de l'ordre de 800 HV et son aspect est comparable à celui d'une pièce en métal polie. In this example, the same steps were carried out as those described in Example 1b with an article based on polished titanium manufactured according to the method of the invention using as starting material 5% of titanium carbide (TiC , 25 g) and 95% titanium hydride (TÌH2, 352 g). However, in this example, a gas flow comprising 2% of methane diluted in argon was used, the article being previously heated to 800 ° C. In this case, the sub-stoichiometric titanium carbide which results from reaction (2) reacted with the carbon of the gas flow to form stoichiometric titanium carbide. The hardness measured on this article is of the order of 800 HV and its appearance is comparable to that of a polished metal part.

Claims (19)

RevendicationsClaims 1. Article à base de titane, caractérisé en ce qu'il est composé essentiellement d'un mélange comprenant une matrice de titane dérivée d'hydrure de titane et un ou une combinaison de plusieurs éléments d'addition choisis parmi l'ensemble comprenant les nitrures, les carbures, les carbonitrures, les siliciures, les borures des éléments métalliques des groupes, 3a, 4a, 4b, 5b, 6b, 7b, et 8 de la table de classification des éléments, et parmi l'ensemble comprenant le fer, l'hydrure de zirconium, le silicium, le niobium, le molybdène, le chrome, le tungstène, le vanadium, l'oxyde d'aluminium et l'oxyde de zirconium.1. Titanium-based article, characterized in that it is essentially composed of a mixture comprising a titanium matrix derived from titanium hydride and one or a combination of several addition elements chosen from the group comprising: nitrides, carbides, carbonitrides, silicides, borides of the metallic elements of groups, 3a, 4a, 4b, 5b, 6b, 7b, and 8 of the classification table of the elements, and among the set including iron, zirconium hydride, silicon, niobium, molybdenum, chromium, tungsten, vanadium, aluminum oxide and zirconium oxide. 2. Article à base de titane selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice de titane représente 50 à 95% et de préférence 80 à 90% en volume dudit mélange.2. Titanium-based article according to claim 1, characterized in that the titanium matrix represents 50 to 95% and preferably 80 to 90% by volume of said mixture. 3. Article à base de titane selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments d'addition sont choisis parmi l'ensemble comprenant le TiN, TiC, TiCN, WC, SiC, Cr3C2, Ti Al, CeBe, TiB2, TiSi2, C0SÌ2, AIN, NbC, MoC, TaC, zrC et le ZrH2.3. Titanium-based article according to claim 1 or 2, characterized in that the addition elements are chosen from the group comprising TiN, TiC, TiCN, WC, SiC, Cr3C2, Ti Al, CeBe, TiB2, TiSi2, C0SÌ2, AIN, NbC, MoC, TaC, zrC and ZrH2. 4. Article à base de titane selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend 5 à 10% en volume d'un ou plusieurs des éléments d'addition choisis parmi le TiCN, le SiC et le WC.4. Titanium-based article according to claim 3, characterized in that it comprises 5 to 10% by volume of one or more of the addition elements chosen from TiCN, SiC and WC. 5. Procédé de fabrication par frittage d'un article à base de titane, caractérisé en ce qu'il consiste à:5. Method of manufacturing by sintering an article based on titanium, characterized in that it consists in: - (a) se munir d'un mélange d'une poudre d'hydrure de titane, d'une poudre d'un ou d'une combinaison de plusieurs éléments d'addition choisis parmi l'ensemble comprenant les nitrures, les carbures, les carbonitrures, les siliciures, les borures des éléments métalliques des groupes, 3a, 4a, 4b, 5b, 6b, 7b, et 8 de la table de classification des éléments, et parmi l'ensemble comprenant le fer, l'hydrure de zirconium, le silicium, le niobium, le molybdène, le chrome, le tungstène, le vanadium l'oxyde d'aluminium et l'oxyde de zirconium et d'un liant temporaire,(a) be provided with a mixture of a titanium hydride powder, a powder of one or a combination of several addition elements chosen from the group comprising nitrides, carbides, the carbonitrides, the silicides, the borides of the metallic elements of groups, 3a, 4a, 4b, 5b, 6b, 7b, and 8 of the table of classification of the elements, and among the group comprising iron, zirconium hydride , silicon, niobium, molybdenum, chromium, tungsten, vanadium aluminum oxide and zirconium oxide and a temporary binder, - (b) injecter le mélange obtenu dans un moule pour obtenir un article de forme souhaitée,- (b) injecting the mixture obtained into a mold to obtain an article of desired shape, - (c) éliminer le liant,- (c) removing the binder, - (d) chauffer la pièce sous une atmosphère d'hydrogène jusqu'à la température de frittage désirée,- (d) heating the part under a hydrogen atmosphere to the desired sintering temperature, - (e) remplacer l'atmosphère d'hydrogène par le vide ou une atmosphère non réactive une fois que la température de frittage a été atteinte, et- (e) replace the hydrogen atmosphere with a vacuum or a non-reactive atmosphere once the sintering temperature has been reached, and - (f) refroidir la pièce dans l'atmosphère du gaz non réactif.- (f) cooling the part in the atmosphere of the non-reactive gas. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape (d) consiste à chauffer l'article à une température comprise entre 1000 et 1400°C.6. Method according to claim 5, characterized in that step (d) consists in heating the article to a temperature between 1000 and 1400 ° C. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape (d) est réalisée pendant un temps compris entre 4 et 8 heures.7. Method according to claim 6, characterized in that step (d) is carried out for a time between 4 and 8 hours. 8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'au cours de l'étape (d), l'hydrogène est fourni sous la forme d'un flux continu.8. Method according to one of claims 5 to 7, characterized in that during step (d), the hydrogen is supplied in the form of a continuous flow. 9. Procédé selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'au cours de l'étape (e), l'article est maintenu à ladite température de frittage pendant un temps compris entre 5 et 80 minutes.9. Method according to one of claims 5 to 8, characterized in that during step (e), the article is maintained at said sintering temperature for a time between 5 and 80 minutes. 10. Procédé selon l'une des revendication 5 à 9, caractérisé en ce qu'aux étapes (e) et (f) l'atmosphère non réactive comprend, l'argon, ou l'hélium.10. Method according to one of claims 5 to 9, characterized in that in steps (e) and (f) the non-reactive atmosphere comprises, argon, or helium. 11. Procédé selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que l'étape (c) est réalisée chimiquement et/ou thermiquement.11. Method according to one of claims 5 to 10, characterized in that step (c) is carried out chemically and / or thermally. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape (c) est réalisée sous une atmosphère non réactive ou sous vide à une température inférieure à 300°C.12. Method according to claim 11, characterized in that step (c) is carried out under a non-reactive atmosphere or under vacuum at a temperature below 300 ° C. 13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape (c) est réalisée pendant un temps compris entre 2 et 9 heures.13. Method according to claim 11, characterized in that step (c) is carried out for a time between 2 and 9 hours. 14. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le liant est un polymère thermique et en ce que l'étape (c) comprend la décomposition chimique du polymère par une vapeur d'acide.14. Method according to claim 11, characterized in that the binder is a thermal polymer and in that step (c) comprises the chemical decomposition of the polymer by an acid vapor. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire au cours de laquelle l'article est soumis à un polissage spéculaire.15. Method according to any one of claims 5 to 14, characterized in that it comprises an additional step during which the article is subjected to specular polishing. 16. Procédé de durcissement et de coloration en surface d'un article à base de titane obtenu selon le procédé défini par l'une des revendications 5 à 14, caractérisé en ce qu'il consiste à:16. A method of hardening and coloring on the surface of a titanium-based article obtained according to the method defined by one of claims 5 to 14, characterized in that it consists of: - (g) placer l'article dans un four,- (g) place the article in an oven, - (h) chauffer l'article à une température détermi-- (h) heating the article to a determined temperature 55 1010 1515 2020 2525 3030 3535 4040 4545 5050 5555 6060 6565 77 1313 CH 687 622 A5CH 687 622 A5 - (h) chauffer l'article à une température déterminée, maintenir l'article à cette température pendant un temps déterminé, et- (h) heating the article to a determined temperature, maintaining the article at this temperature for a determined time, and - (i) faire circuler un flux de gaz comprenant du carbone et/ou de l'azote autour de l'article pour former, à la surface de l'article du carbure de titane, du nitrure de titane, du carbonitrure de titane ou un mélange de ces derniers.- (i) circulating a gas flow comprising carbon and / or nitrogen around the article to form, on the surface of the article titanium carbide, titanium nitride, titanium carbonitride or a mixture of these. 17. Procédé de durcissement et de coloration en surface selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'au cours de l'étape (h), l'article est amené à une température comprise entre 600 et 1000°C et de préférence à une température de 800° et en ce que cette température est maintenue pendant 10 à 30 minutes.17. A method of hardening and surface coloring according to claim 16, characterized in that during step (h), the article is brought to a temperature between 600 and 1000 ° C and preferably to a temperature of 800 ° and in that this temperature is maintained for 10 to 30 minutes. 18. Procédé de durcissement et de coloration en surface selon la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce que le flux de gaz comprenant du carbone comprend le méthane, et le propane.18. A method of hardening and surface coloring according to claim 16 or 17, characterized in that the gas stream comprising carbon comprises methane, and propane. 19. Procédé de durcissement et de coloration en surface selon l'une des revendications 16 à 18, caractérisé en ce qu'il est appliqué à un article à base de titane poli obtenu selon le procédé défini à la revendication 15.19. A method of hardening and coloring on the surface according to one of claims 16 to 18, characterized in that it is applied to an article based on polished titanium obtained according to the method defined in claim 15. 55 1010 1515 2020 2525 3030 3535 4040 4545 5050 5555 6060 6565 88
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