EP0818274A1 - Traitement de surfaces en alliage d'aluminium par projection d'une poudre abrasive sous pression - Google Patents

Traitement de surfaces en alliage d'aluminium par projection d'une poudre abrasive sous pression Download PDF

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EP0818274A1
EP0818274A1 EP97420112A EP97420112A EP0818274A1 EP 0818274 A1 EP0818274 A1 EP 0818274A1 EP 97420112 A EP97420112 A EP 97420112A EP 97420112 A EP97420112 A EP 97420112A EP 0818274 A1 EP0818274 A1 EP 0818274A1
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Jean-André Alary
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PEM Abrasifs Refractaires SA
Pechiney Electrometallurgie SAS
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C11/00—Selection of abrasive materials or additives for abrasive blasts

Definitions

  • the invention relates to a method for treating aluminum alloy surfaces, such as sheets, bars, tubes, profiles or molded parts or machined, by pressure spraying of an abrasive powder, designated operation usually under the name of sandblasting.
  • the abrasive grains must both be tough enough not to not quickly break into finer particles, and yet exhibit a fragile fracture phenomenon to form new sharp and cutting edges.
  • the material chosen must therefore have mechanical characteristics which are a compromise between hardness and tenacity, which are in general contradictory.
  • the material usually used is ground and sieved electroconducted white corundum. It is this abrasive that is recommended by general treaties on aluminum such as "Aluminum” by the Engineers of the Pechiney Group, Editions Eyrolles, Paris, 1964 (volume 2) or “Aluminum” by Kent Van Horn, American Society of Metals, 1967 (volume 3), or works on surface treatments, such as for example "The surface treatment and finishing of aluminum and its alloys" by S. Wernick and R. Pinner, edited by Robert Draper Ltd, 1964.
  • the subject of the invention is a method for treating aluminum or alloy surfaces aluminum by spraying an abrasive powder under pressure, in which uses an fused corundum-zirconia powder as an abrasive powder containing from 20% to 45% by weight of zirconia.
  • the invention is based on the finding made by the applicant of an improvement spectacular results obtained when sanding aluminum alloy surfaces by replacing the white corundum with corundum-zirconia, in particular as regards the polishing time and the duration of use of the abrasive powder.
  • Corundum-zirconia alloys are obtained by melting a mixture of alumina and zirconia and are known as abrasives, but their use as a material for sandblasting has never been considered.
  • the sandblasting operation is carried out under the same conditions as with the use of a corundum powder, i.e. using compressed air at a pressure between 0.05 and 0.2 MPa for alloys wrought in low or medium thickness and from 0.15 to 0.3 MPa for solid parts, such as foundry parts.
  • the nozzle of projection is located between 10 and 50 cm from the surface to be treated and is directed approximately perpendicular to this surface.
  • the size of the abrasive powder depends on the condition surface area sought. It can range from 20 to 60 (depending on the FEPA designation) for a coarse polishing, from 40 to 80 for a medium grain, from 100 to 200 for a fine grain and beyond 200 for a very fine grain. It is possible, especially for fine grains where the operation gives off a lot of dust, to make a wet sandblasting.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement de surfaces en alliage d'aluminium par projection sous pression d'une poudre abrasive, dans lequel la poudre abrasive est en corindon-zircone électrofondu contenant (en poids) de 20% à 45% de zircone. Le procédé permet de diminuer le temps de polissage et d'augmenter la durée d'utilisation de la poudre abrasive.

Description

Domaine de l'invention
L'invention concerne un procédé de traitement de surfaces en alliage d'aluminium, telles que des tôles, des barres, des tubes, des profilés ou des pièces moulées ou usinées, par projection sous pression d'une poudre abrasive, opération désignée habituellement sous le nom de sablage.
Etat de la technique
Lorqu'on effectue le sablage d'une surface en alliage d'aluminium, il convient, pour obtenir une action rapide, d'utiliser un abrasif dur dont les grains présentent des arêtes vives; ainsi le mordant du produit permet un arrachement rapide du métal. Pour que l'effet soit durable, les grains d'abrasifs doivent à la fois être assez tenaces pour ne pas se briser rapidement en particules plus fines, et présenter cependant un phénomène de rupture fragile pour former de nouvelles arêtes vives et coupantes. Le matériau choisi doit donc présenter des caractéristiques mécaniques qui soient un compromis entre dureté et tenacité, lesquelles sont en général antinomiques.
Le matériau habituellement utilisé est le corindon blanc électrofondu broyé et tamisé. C'est cet abrasif que recommandent les traités généraux sur l'aluminium tels que «L'Aluminium» par les Ingénieurs du Groupe Pechiney, Editions Eyrolles, Paris, 1964 (tome 2) ou «Aluminum» de Kent Van Horn, American Society of Metals, 1967 (tome 3), ou les ouvrages sur les traitements de surface, comme par exemple « The surface treatment and finishing of aluminium and its alloys» de S. Wernick et R. Pinner, édité chez Robert Draper Ltd, 1964.
Objet de l'invention
L'invention a pour objet un procédé de traitement de surfaces en aluminium ou alliage d'aluminium par projection d'une poudre abrasive sous pression, dans lequel on utilise comme poudre abrasive une poudre de corindon-zircone électrofondu contenant de 20% à 45% en poids de zircone.
Description de l'invention
L'invention repose sur le constat fait par la demanderesse d'une amélioration spectaculaire des résultats obtenus lors du sablage de surfaces en alliage d'aluminium en substituant au corindon blanc le corindon-zircone, en particulier en ce qui concerne le temps de polissage et la durée d'utilisation de la poudre abrasive.
Les alliages corindon-zircone sont obtenus par fusion d'un mélange d'alumine et de zircone et sont connus comme abrasifs, mais leur utilisation comme matériau de sablage n'a jamais été envisagée.
L'opération de sablage se fait dans les mêmes conditions qu'avec l'utilisation d'une poudre de corindon, c'est à dire à l'aide d'air comprimé à une pression comprise entre 0,05 et 0,2 MPa pour les alliages corroyés en faible ou moyenne épaisseur et de 0,15 à 0,3 MPa pour les pièces massives, telles que les pièces de fonderie. La buse de projection est située entre 10 et 50 cm de la surface à traiter et est dirigée à peu près perpendiculairement à cette surface. Le calibre de la poudre abrasive dépend de l'état de surface recherché. Il peut aller de 20 à 60 (selon la désignation FEPA) pour un polissage grossier, de 40 à 80 pour un grain moyen, de 100 à 200 pour un grain fin et au delà de 200 pour un grain très fin. Il est possible, en particulier pour les grains fins où l'opération dégage beaucoup de poussières, de faire un sablage humide.
Exemples
A partir d'une tôle en alliage d'aluminium 3003 (selon la norme NF-EN 573) d'épaisseur 4 mm, on a préparé une série de disques de diamétre 300 mm.
  • 1) une première série de disques a été sablée au moyen de corindon blanc neuf en grains de calibre 60 selon la désignation de la FEPA (Fédération Européenne des Producteurs d'Abrasifs), sous une pression d'air comprimé de 2 bars (0,2 MPa) à 20 cm du disque à polir. L'état de surface désiré a été obtenu après un temps moyen de polissage de 2 mn 50 s. Après cette première utilisation, l'abrasif qui, à l'état neuf, contenait environ 2% de grains de calibre 90, en contenait 7%. Pour réutiliser cet abrasif en vue d'obtenir le même état de surface que précédemment sur un autre disque, il faut alors un temps de polissage de 3 mn 5 s. Après cette seconde opération, le taux de grains de calibre 90 dans l'abrasif atteint 15% et, pour continuer le polissage, avec ce même abrasif, à état de surface constant sur un autre disque, il faut alors 3 mn 25 s.
  • 2) La même opération de polissage sur les mêmes disques bruts que dans l'exemple précédent, a été effectuée avec un abrasif de même calibre 60 en corindon-zircone électrofondu à 25% en poids de zircone. Avec le produit neuf, le temps de polissage est de 1 mn 35 s. Après cette première utilisation, l'abrasif qui, à l'état neuf, contenait 2% de grains de calibre 90, en contient 3,5% A la seconde utilisation, le temps de polissage était de 2 mn et le taux de grains de calibre 90 était de 6%. A la troisième utilisation, l'abrasif permet encore d'obtenir le même état de surface après un temps de polissage de 2 mn 15 s.
    • On a mesuré les caractéristiques mécaniques des deux types de grains, à savoir:
    • la dureté, mesurée par indentation d'un petit diamant sous microscope optique, sur des échantillons enrobés et polis. Il existe une mesure Vickers à partir d'une empreinte pyramidale à base carrée, et une mesure KNOOP à partir d'une empreinte pyramidale à base losange, prenant mieux en compte l'anisotropie.
    • la tenacité, c'est à dire la résistance à la fissuration, mesurée par le facteur critique d'intensité de contrainte en déformation plane K1c, exprimé en MPa√m.
    • la solidité, qui mesure la tenue des grains sous l'effet d'une contrainte mécanique. Le test de mesure consiste à effectuer un recalibrage des grains au calibre choisi pour la mesure, puis un broyage pendant un temps équivalent à un broyage de 15 mn d'un grain de calibre 16 de même solidité, puis un tamisage pour mesurer le refus.
    Les résultats de ces 4 mesures sont donnés au tableau suivant:
    corindon corindon-zircone
    dureté KNOOP (kg/mm2) 2050 1610
    dureté VICKERS (kg/mm2) 1940 1870
    tenacité (MPa√m) 1,9 3,7
    solidité (%) 85 93

    Claims (1)

    1. Procédé de traitement de surfaces en alliage d'aluminium par projection sous pression d'une poudre abrasive, caractérisé en ce que la poudre abrasive est en corindon-zircone électrofondu contenant (en poids) de 20 à 45% de zircone.
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