FR2522016A1 - Procede de production d'une matiere metallique a deux ou plusieurs phases, et matiere obtenue - Google Patents

Abstract

PROCEDE DE PRODUCTION D'UNE MATIERE METALLIQUE A DEUX OU PLUSIEURS PHASES, ET MATIERE OBTENUE. LA MATIERE CONSISTE EN DES PARTICULES D'UNE PHASE A POINT ELEVE DE FUSION (FER OU FONTE) DISPERSEES DANS UNE MATRICE (ALUMINIUM) A PLUS BAS POINT DE FUSION. LA MATIERE DES PARTICULES EST SOLUBLE DANS LA MATRICE AU POINT DE FUSION DE CELLE-CI, MAIS LA MATIERE OBTENUE NE MANIFESTE PAS DE DISSOLUTION DES PARTICULES. DANS UN COURANT 6 DE LA MATIERE DE MATRICE FONDUE, PULVERISEE (GAZ 10, 8, 7), ON INTRODUIT LES PARTICULES 11 ET L'ON DIRIGE LA PULVERISATION SUR UNE SURFACE PLUS FROIDE 14 POUR SOLIDIFIER ET FORMER LA MATIERE A PHASES MULTIPLES 13. LA TEMPERATURE DE LA PULVERISATION EST INFERIEURE AU POINT DE FUSION DES PARTICULES. APPLICATION: MATIERES DE FRICTION (GARNITURE DE FREIN).

Description

La présente invention concerne un procédé pour fabri-

briquer une matière métallique à deux phases; d'autres phases peuvent être ajoutées dans le procédé pour réaliser une matière métallique à phases multiples La matière à deux phases comprend une phase à point de fusion élevé en dis- persion dans une phase continue ou matrice à plus bas point de fusion La matière produite par le procédé à décrire est elle- même un produit nouveau puisque, bien que consistant en des particules d'une phase à point élevé de fusion (par exemple du fer) en dispersion dans une matrice à plus bas point de fusion (par exemple de l'aluminium), et bien que les particules soient en une matière soluble dans la matrice

au point de fusion de celle-ci, aucune dissolution percepti-

ble des particules n'est évidente dans la matière Par exemple, des particules de fer refroidies et à bords aigus peuvent être dispersées dans une matrice en aluminium, non seulement en conservant leurs bords aigus, mais aussi de manière que l'analyse de la matrice près des particules ne permette pas de déceler de quantités fortes ou importantes quelconques d'un composé intermétallique Al/Fe De telles matières peuvent trouver une application comme matières de friction, par exemple dans des tampons ou garnitures de freins, des bordures de marches d'escalier, des plates-formes ou tabliers et des planchers industriels D'autres matières possibles, comme l'aluminium, le cuivre, des aciers à faible teneur en carbone ou des aciers inoxydables contenant des particules de plomb ou de graphite qui ne sont pas dissoutes de manière perceptible, peuvent avoir des applications pour la réalisation de paliers et de pièces résistant bien à

l'usure.

Jusqu'à présent, il n'a pas été possible de produire de tels matériaux, sauf par des techniques extrêmes comme une consolidation de poudres à l'aide d'ondes de choc, en utilisant des explosifs ou l'impact d'un projectile à grande vitesse Ces techniques sont onéreuses, et dangereuses, et elles ne conviennent pas pour une production continue ou pour

fabriquer de la feuille ou bande mince, et, comme on l'expli-

quera, elles donnent un produit qui n'est pas le même que

celui du précédent procédé.

Des dispersions de phases A point élevé de fusion, mais solubles, dans des matrices à bas point de fusion ne sont pas nouvelles puisque, par examen metallographique, on a trouvé que certaines météorites contiennent des "structures de Widmanstatten", dans lesquelles une phase de soluté forme un précipité en des orientations préférées dans une phase de solvant (solide), mais, dans ce cas, le solvant est saturé

du soluté, contrairement au produit du présent procédé.

Un procédé de dépôt par projection de pulvérisation

d'une matière composite est connu d'après le brevet britan-

nique n* I 359 486, mais les particules dispersées étaient

alors des particules de plomb dans une matrice d'aluminium.

Puisque, pour réaliser une telle structure, la matière projetée par pulvérisation doit se trouver,initialement à une température supérieure au point de fusion de l'aluminium ( 660 C), elle sera aussi à une température supérieure au

point de fusion du plomb ( 327 C).

Un procédé de projection par pulvérisation dans lequel le plomb est en fait remplacé par une matière céramiquecomme

des particules d'alumine, a été proposé dans le brevet bri-

tannique n'1 262 471 mais, puisque ces particules ne sont pas solubles dans de l'aluminium fondu, l'aluminium ne les * 25 mouille pas; donc,dans la structure composite finale, elles ne sont retenues que mécaniquement dans la matrice De plus,

alors que la matrice d'aluminium a un prix de revient relati-

vement faible, des particules d'une matière céramique (qui, pour des raisons d'abrasion/frottement, doit présenter une bonne résistance à la fracture) sont onéreuses La matière céramique abrasive coûtant le moins cher est du quartz ou À du sable anguleux, mais ses modifications allotropiques et

la facilité relative de sa fracture le rendent moins intéres-

sant Le carbure de silicium et l'oxyde d'aluminium sont excellents, mais onéreux lorsqu'on les obtient sous forme de particules anguleuses de dimensions convenables Une

matière moins onéreuse, quoique efficace, est "de la grenail-

le de fonte trempée" ou des particules d'acier allié dur.

On utilise de telles particules en de grandes quantités pour des opérations de grenaillage dans lesquelles leurs qualités

abrasives et leur faible prix de revient sont très importants.

Il a jusqu'à présent été difficile d'incorporer des particules de fonte trempée ou d'alliage d'acier, à bords aigus, de manière satisfaisante ou à un prix raisonnable dans une matrice en aluminium Par exemple, si l'on mélange de la grenaille de fonte trempée avec de l'aluminium fondu et si l'on coule ensuite l'ensemble, le fer, plus dense, tend à se déposer par gravité et va tendre à se dissoudre dans l'aluminium, ce qui provoque un arrondissement des bords

aigus et, finalement, une dissolution complète des particules.

Un frittage, par des méthodes de métallurgie des poudres, d'un mélange de poudre d'aluminium et de grenaille de fonte trempée sera, de même, non satisfaisant en raison de la dissolution du fer dans l'aluminium pendant le frittage à température élevée Une telle dissolution est inacceptable pour des matériaux de friction, dont l'effet dépend dans une

large mesure des bords aigus faisant saillie de leur surface.

Des techniques comme une consolidation par ondes de choc sont excessivement onéreuses et donnent en-outre une structure qui peut ne pas être satisfaisante; les particules de matrice comporteront des centres relativement grands, non fondus, écrouis, présentant une grande densité de défauts, avec des régions de fusion entre particules qui ont une

structure microcristalline caractéristique d'un refroidis-

sement ultra-rapide et comprenant parfois même des régions amorphes.

Dans l'exposé qui suit, l'expression "à phases multi-

ples"comprend le cas o il n'y a que deux phases.

Selon la présente invention, un procédé pour fabriquer une matière métallique à plusieurs phases, comprenant des particules métalliques ou élémentaires d'une phase à point élevé de fusion en dispersion dans une phase de matrice métallique à plus bas point de fusion (les particules étant en une matière qui risque, dans les conditions d'équilibre, d'être solubles dans la matière de matrice au point de fusion de celle-ci) comprend la formation d'une pulvérisation ou atomisation de la matière de matrice fondue, l'introduction des particules dans la pulvérisation, et la direction de la pulvérisation sur une surface plus froide pour solidifier la pulvérisation de matrice et former la matière à plusieurs phases; le procédé se caractérise en particulier en ce que la température de la pulvérisation est inférieure au point de fusion des particules, d'o il résulte que, malgré la solubilité théorique des matières formant les particules,

il ne se produit pas de dissolution perceptible de ces parti-

cules Une solidification rapide est précieuse poour contri-

buer à obtenir ce résultat Ainsi, les particules sont au

contact de la matière fondue pendant un temps qui, de préfé-

rence, n'excède pas 100 ms Pour assurer cela, la vitesse de refroidissement de la matrice dans la région du solidus est de préférence au moins égale à 103 K/s, mieux encore au moins 10 K/s A titre d'exemple comparatif, on peut indiquer que la vitesse de refroidissement pratique la plus rapide

actuellement possible dans ce type de procédé est probable-

ment voisine d'environ 106 K/s.

La matière résultante, à plusieurs phases, est éven-

tuellement séparée de la surface sur laquelle elle a été formée Le substrat est alors aussi froid que possible, par

exemple au voisinage de 200 C (un substrat plus froid risque.

de présenter des traces d'humidité adsorbée, et de subir de

la distorsion).

La matière de la matrice peut être de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, comme un alliage aluminium/zinc Le zinc peut alors servir à diminuer la tendance des particules à subir une corrosion En variante, la matière de la matrice peut, par exemple, être du cuivre, ou du zinc ou un de leurs alliages En variante, on peut utiliser de l'acier à faible teneur en carbone ou des aciers inoxydables, éventuellement

de concert avec des particules de graphite.

Les particules peuvent être par exemple du fer ou de l'acier, comme ce que l'on appelle "de la grenaille de fonte trempée" ou de la grenaille d'acier, dont les dimensions se situent de préférence dans la plage de 10 à 1000 sm Si les particules présentent des bords aigus lorsqu'elles sont introduites dans la pulvérisation, comme cela est avantageux pour certaines applications, telles que la production de matières de friction, la matière réalisée à l'aide du procédé indiqué ci-dessus va contenir également des particules à bords aigus en dispersion dans une matrice uniforme Cela

-représente une "signature" supplémentaire du procédé, au-

JO delà du résultat d'essai selon lequel la matière de la matrice ne contient, même au voisinage des particules, aucune proportion importante de la matière des particules et est sensiblement homogène (contrairement à la matrice travaillée de manière inégale, ce qui caractérise une matière compactée

par ondes de choc).

D'autres exemples de particules sont du silicium et du graphite, qui peuvent être incorporées à des aciers à faible teneur en carbone ou à des aciers alliés, comme de l'acier inoxydable, par exemple de l'acier inoxydable à 18 parties de chrome pour 8 parties de nickel Alors que du graphite est soluble dans l'acier aux températures élevées ou forme du carbure de chrome lorsqu'il y a présence de chrome, dans les circonstances spéciales prévalant dans le procédé selon l'invention, ce graphite reste non dissous sous forme de paillettes ou lamelles de graphite De plus, la plupart des paillettes sont alignées parallèlement à la surface lorsqu'une bande est formée par dépôt Plusieurs avantages pratiques découlent de ces nouvelles structures, comme des propriétés d'autolubrification, d'amortissement

des sons et une bonne usinabilité.

On peut utiliser ensemble deux ou plusieurs types de particules, et éventuellement d'autres matières (par exemple insolubles) peuvent être dispersées dans la matrice par mélange desdites matières avec ces particules avant ou ou

moment de l'introduction de ces particules dans la pulvérisa-

tion Des matières convenables peuvent comprendre des parti-

cules abrasives d'une matière céramique pour amplifier les propriétés de friction ou d'abrasion et, en outre ou en variante, un lubrifiant solide, comme de la poudre de plomb ou du graphite en lamelles ou en poudre (lorsque ces

dernières matières ne répondent pas par ailleurs à la défini-

tion des particules pouvant être ajoutées), pour diminuer

la tendance d'une matière de friction à gripper ou coller.

On met de préférence en oeuvre le procédé de fabrica-

tion en introduisant, dans une buse d'atomisation à l'aide d'un gaz, un courant de matière de matrice fondue et en injectant ce courant dans le courant des particules atomisées de la ou des phases à point élevé de fusion (de préférence par entrainement dans un courant de gaz) Les particules de la matière de la matrice fondue enveloppent les particules (solides) de la matière à point élevé de fusion lorsque la

pulvérisation fondue heurte la surface plus froide La congé-

lation de solidification de la matière fondue ayant heurté cette surface plus'froide se produit typiquement en quelques millisecondes, trop rapidement pour qu'une dissolution

perceptible des particules solides puisse avoir lieu Cepen-

dant, ces particules sont rigidement fixées en position par

la matière dela matrice en cours de solidification Un avan-

tage majeur de particules solubles par rapport à des particu-

les de matière céramique est que la matière de la matrice va mouiller la surface des particules solubles, de sorte que

celles-ci seront liées à la matrice plutôt que d'être seule-

ment retenues par des effets mécaniques.

La surface sur laquelle la matière composite est

formée est choisie selon l'utilisation finale Un refroidis-

sement rapide de-la pulvérisation déposée est avantageux.

Lorsque la matière composite doit être séparée de la surface, avant utilisation, on peut utiliser une surface de fonte ou d'acier, qui peut être façonnée ou profilée et peut prendre la forme d'un cylindre ou d'un disque ou une roue qui tourne La matière composite séparée peut ensuite être laminée à chaud ou à froid, ou subir les deux types de laminage ou de cylindrage, afin de compacter encore davantage le dépôt et d'en améliorer les propriétés mécaniques, pourvu que le cycle

de chauffage choisi ne provoque pas une dissolution des parti-

cules théoriquement solubles.

D'autre part, lorsque la matière doit demeurer sur cette surface (pour former un produit stratifié et lié ou collé), la surface peut être une base en bande d'acier La surface en bande d'acier ne doit pas comporter d'oxyde et autres impuretés et elle est de préférence maintenue entre C et 500 'C au cours de la projection de pulvérisation lorsque la matière de la matrice est de l'aluminium Il se produit du mouillage et de la liaison entre la matrice et la

bande d'acier pour former un stratifié consistant en un compo-

site collé ou fixé sur un substrat en métal Le produit peut servir sous cette forme ou bien il peut être laminé à chaud

ou à froid ou soumis à un traitement thermique afin d'amé-

liorer la densité et les propriétés mécaniques de la couche fixée à la bande d'acier A une température de bande se situant par exemple aux environs de 400 'C, le refroidissement de la matière ayant heurté la surface est encore adéquat et, pourvu que la vites-se de projection par pulvérisation ne soit

pas trop élevée, il ne se produit pas de dissolution percep-

tible des particules Généralement, sur l'échelle des tempéra-

tures absolues, la bande ne doit pas être plus chaude que la moitié du point de fusion (ou température de solidus) des particules de matière heurtant cette bande car, sinon, la

diffusion des atomes des particules peut atteindre une propor-

tion sensible.

La proportion des particules dans la matière composite

peut aller jusqu'à 2/3 en volume et elle se situe de préfé-

rence entre 1 % et 50 % en volume, encore mieux entre 1 % et

35 % (c'est-à-dire 1/40 à 3/4 en poids, dans le cas des parti-

cules de fer dans une matrice en aluminium) Si l'on ajoute d'autres matières aux particules à point élevé de fusion,

le volume des additifs (ce qui comprend ces particules) se-

situe de préférence entre 1 % et 50 % de la matière composite.

Lorsque le volume des additifs excède environ 5 %, leur effet tendant à refroidir la pulvérisation en vol et à la rapprocher de la température du solidus ou d'une température inférieure

peut devenir important.

Dans le procédé, un rideau de gaz à vitesse élevée est formé autour d'un courant de matière de matrice fondue, et dirigé vers ce courant, lequel est atomisé par le gaz pour former une pulvérisation de particules de matrice atomisées et fondues,et un courant de particules à point élevé de

fusion, entraînées dans le gaz, est injecté dans la pulvé-

risation des particules atomisées de manière à provoquer un dépôt simultané (ou co-dépôt) des particules avec la matrice sur une surface placée sur son trajet, laquelle surface peut

être déplacée par rapport à la buse d'atomisation.

Le courant du métal de matrice fondue peut se pré-

senter au gaz d'atomisation sous forme d'une colonne de liquide ayant une section approximativement circulaire ou sous forme d'un courant ayant une section approximativement rectangulaire Les particules entraînées dans le second courant de gaz peuvent être sous forme de fibres découpées,

de petits granules ou de poudre fine.

Il a été trouvé en pratique que les particules peuvent très efficacement être incorporées pour former un co-dépôt ayant une distribution uniforme de particules ou de fibres découpées lorsque celles-ci sont introduites dans le cône d'atomisation des jets principaux d'atomisation Un procédé particulièrement efficace s'est avéré être l'introduction tangentielle de particules entraînées par du gaz dans l'espace situé entre la buse délivrant le courant de métal

et les jets de gaz d'atomisation Le procédé présente l'avan-

tage de garantir le mélange complet des particules avec le métal atomisé en vol et le confinement desdites particules dans ce métal en vol, et de garantir qu'elles ne s'échappent

pas sans venir au contact du métal atomisé.

L'entraînement de particules dans un courant gazeux est connu et un exemple en est l'incorporation de poudres de métaux à point élevé de fusion dans un courant gazeux introduit dans un chalumeau oxyacétylénique servant au dépôt d'une couche dure d'apport sur des pièces mécaniques Le courant des particules entraînées peut présenter une faible densité, c'est-à-dire comporter un rapport élevé du gaz aux

particules, lorsqu'il faut de faibles pourcentages de parti-

cules dans le produit final, ou bien ce courant peut présenter une densité élevée, c'est-à-dire présenter un faible rapport du gaz aux particules lorsqu'il faut des pourcentages élevés de ces particules Dans ce dernier cas, l'effet du gaz est de fluidiser les particules et de leur permettre de parvenir et de s'écouler librement dans la buse d'atomisation. Le gaz servant dans la présente invention à atomiser le métal des particules entraînées est généralement de nature neutre ou réductrice L'utilisation de l'azote avec l'aluminium ou ses alliages en constitue un exemple On

peut utiliser de l'air dans certains cas, lorsque l'oxyda-

tion du métal ou des additifs est faible ou bien lorsque les produits d'oxydation peuvent être tolérés dans la poudre terminée. La porosité des dépôts dépend des conditions de ce dépôt Une faible densité de pulvérisation peut donner une porosité aussi élevée que 15 %, mais l'utilisation de plus

grandes densités de pulvérisation va conduire à des porosi-

tés aussi faibles que 1 Z ou moins encore A de très basses densités de pulvérisation, une partie de la porosité est interconnectée, de sorte qu'une diffusion de l'oxygène ou

d'autre S gaz vers l'intérieur peut se produire par exposi-

tion à l'air, ce qui conduit dans certains cas à une oxyda-

tion interne, sauf si le dépôt est consolidé par un travail.

Dans de tels cas, un travail soigneux à chaud, pour éviter une dissolution des particules dispersées, va conduire à une porosité résiduelle bien inférieure à 5 %, et qui ne présente pas de caractéristiques d'interconnexion Aucun danger d'oxydation interne ne se présente alors en cas

d'exposition à l'air.

La densité de pulvérisation constitue également un facteur influant sur les vitesses de refroidissement, dont l'importance a été notée La combinaison de la densité de pulvérisation et de la vitesse du substrat doit être telle que la vitesse de dépôt n'excède pas 1 mm/s pour le premier millimètre (cette vitesse devrait être encore plus faible à de plus grandes épaisseurs) On peut artificiellement augmenter la vitesse du substrat, dans ce but, en soumettant ce substrat et/ou la pulvérisation à un mouvement de bala- yage ou alternatif Dans la pulvérisation, le rapport gaz:métal se situe de préférence entre 200 et 1000 litres/kg, et dans ce cas la plupart de la chaleur est enlevée par le

gaz Pour un rapport supérieur à 1000 litres/kg, la pulvéri-

sation risque de se solidififer avant m 6 me d'avoir atteint

le substrat.

Bien qu'un compactage à froid puisse donner un produit satisfaisant, un travail à chaud, avec la précaution décrite ci-dessus, s'est avéré particulièrement efficace pour améliorer la cohésion entre les particules individuelles de la matrice pulvérisée dans le dépôt Un travail à chaud se définit ici comme étant une déformation plastique réalisée

à une température supérieure à la température de recristalli-

sation du constituant à plus bas point de fusion, qui se situe habituellement entre 0,4 et 0,5 fois son point de

fusion sur l'échelle des températures absolues (degrés Kelvin).

L'invention sera maintenant décrite, à titre d'exem-

ples illustratifs et nullement limitatifs, en référence aux illustrations d'accompagnement sur lesquelles:

' la figure 1 est un dessin montrant une coupe longitu-

dinale d'un appareil destiné à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, et la figure 2 est une micrographie d'une matière obtenue

selon le procédé de l'invention.

L'exemple choisi est la production d'un composite fonte refroidie ou trempée/aluminium lié à une bande d'acier

de support.

De l:aluminium fondu 1 est introduit, en provenance

d'un creuset 2 de maintien ou de mi Jotagepar un tube réfrac-

taire 3 dans une chambre 4 d'atomisation Le débit de l'alu-

minium est commandé par une tige 5 d'obturation, dont la

position peut être ajustée dans le sens vertical, et un sup-

plément d'aluminium fondu est ajouté au creuset 2 de temps à autre afin de maintenir un niveau convenable de métal Le courant d'aluminium fondu 6 provenant du tube réfractaire 3 tombe verticalement jusqu'à un point o des jets d'azote 7 heurtent le courant et l'atomisent Les jets d'azote 7

proviennentde huit buses 8, dont deux seulement sont repré-

sentées sur la figure 1, disposées dans le bloc 9 du mécanisme d'atomisation en formation annulaire autour du tube réfractaire 3 L'azote est fourni à une pression de 1,05 M Pa par un tube 10 d'introduction d'azote Le rapport gaz: métal est de 1000 l/kg, et la vitesse de dépôt de métal est de 5 kg/mn De la poudre de fonte trempée, en particules de 50 à 150 um entraînées dans l'azote, est introduite à une pression de 140 k Pa par un tube 11 d'introduction de fer ou de fonte dans l'espace annulaire 12 entre le tube réfractaire

3 et le bloc 9 du mécanisme d'atomisation.

Il faut prendre soin de s'assurer que les surfaces

internes des tubes d'introduction et des parties de l'appa-

reil par lesquelles des particules entraînées dans le gaz passent ne comportent pas de saillies ou de crevasses dans lesquelles les particules risqueraient de se loger et d'obstruer l'écoulement De même, les tubes d'introduction doivent présenter un diamètre suffisant pour éviter de telles obstructions. Le tube 11 d'introduction rejoint tangentiellement l'espace annulaire 12,de sorte que les particules de fonte trempée, entraînées dans l'azote, se déplacent en un trajet en spirale vers le bas et autour du tube réfractaire 3 jusqu'à ce qu'elles atteignent le courant 6 de métal Ainsi, le courant d'aluminium fondu comme celui des particules de fonte trempée sont entourés d'un rideau circulaire de gaz d'atomisation formé par les huit jets d'azote provenant des buses 8 fixées sur le bloc 9 d'atomisation Les particules de fonte trempée se mélangent de façon poussée à l'aluminium fondu pendant l'atomisation et se déposent ensemble sur le sitbstrat d'acier 14, sous forme d'une couche 13, en traversant la partie inférieure de la chambre 4 d'atomisation De même, un peu de graphite en paillettes est inclus En proportions pondérales par rapport à l'aluminium, les particules sont entraînées avec l'aluminium fondu à raison de 15 X (fer ou fonte) et l % (graphite) La température de l'aluminium à atomiser est de * 5 700 'C, le point de fusion de l'aluminium est de 660 'C et celui de la fonte trempée est voisin de 1300 'C Avant de recevoir le dépôt, le substrat en acier, sous forme d'une longue bande de 300 mm de large, est préparé par grenaillage de la surface

supérieure puis passage par un four électrique 15 de préchauf-

fage dans lequel une atmosphère réductrice est maintenue afin de réduire tout l'oxyde de fer superficiel éventuellement

présent avant l'entrée de la bande dans la chambre d'atomisa-

tion. Un substrat froid convient bien lorsque le dépôt doit être séparé de ce substrat La forme du substrat va déterminer celle du dépôt Ainsi, un substrat en forme de bande va produire une bande déposée de forme semblable, alors qu'un substrat de forme complexe va jouer le rôle de modèle pour le dépôt qui, s'il est enlevé, constituera alors un négatif de cette forme Si le dépôt doit être fixé ou lié de façon permanente au substrat, il est habituellement préférable de

préchauffer le substrat (qui, dans le cas d'une bande, forme-

ra ensuite la bande de support) pour augmenter la solidité de la liaison Une préparation de la surface du substrat par

nettoyage, léger grenaillage ou traitement à la brosse métal-

lique, avant introduction de ce substrat dans l'atmosphère

réductrice du four de préchauffageest avantageuse.

On a trouvé que lorsque le dépôt aluminium/fonte trempée doit rester lié au substrat en acier, des températures de préchauffage convenables se situent entre 300 îC et 4500 C. Dans ce cas, on a maintenu une température de 400 'C Après projection de pulvérisation du dépôt sur le substrat, la pulvérisation étant soumise à un déplacement de balayage transversal par rapport à la bande à raison de 10 cyles/s et la bande se déplaçant à une vitesse permettant d'obtenir une épaisseur de revêtement de 2 mm, on fait passer la bande,

revêtue du dépôt adhérent,par une chambre 16 conduisant direc-

tement dans la zone de pincement des cylindres 17 d'un lami-

noir La chambre 16 est alimentée en de l'azote provenant de la chambre 4 d'atomisation pour garantir qu'il ne se produit pas d'oxydation du dépôt avant son compactage par cylindrage La porosité du dépôt est ainsi réduite d'une valeur d'environ 5 %, directement après pulvérisation, à une valeur inférieure à 1 Z après laminage à chaud entre les cylindres 17 du laminoir La bande 18, comportant un dépôt adhérent et compacté, et qui émerge du laminoir dans lequel

le compactage a été ajusté de manière à conférer un allonge-

ment d'environ 1 X, peut ensuite être traité par des moyens normaux à l'air sans danger d'oxydation interne Après leur

utilisation, l'azote et la poudre de fonte trempée ou d'alu-

minium non déposés éventuellement sortent par la sortie 19

située tout à fait en bas de la chambre d'atomisation.

On comprendra que le procédé peut fonctionner en continu lorsqu'on introduit de l'aluminium dans le creuset 2 afin de maintenir des niveaux sensiblement constants On comprendra également que le procédé peut être mis en oeuvre de façon continue pour produire des longueurs continues d'une matière à plusieurs phases, ou de façon intermittente par interruption momentanée de l'écoulement de l'aluminium et

des particules de fer ou fonte pour produire des objets iso-

lés en une matière à phases multiples qui peuvent, par exemple, présenter une forme complexe et une section non uniforme. L'exemple décrit donne une-distribution de la pulvéri-

sation et des particules symétrique par rapport à un axe.

Il est possible cependant de modifier la forme de la pulvéri-

sation pour la faire passer d'une forme conique à une forme aplatie ayant une section allongée On y parvient le mieux en positionnant les trous ou fentes permettant l'introduction du gaz d'atçmisation de façon à réaliser un aplatissement du jet de la pulvérisation (et des particules) De même, il est possible d'utiliser plusieurs pulvérisations de ce genre

afin de couvrir un large substrat ou de les utiliser succes-

sivement afin de former par accumulation une épaisseur conve-

nable. Il est parfois souhaitable d'appliquer un revêtement préliminaire sur la bande d'acier de base pour augmenter l'adhérence à cette bande avant de provoquer le dép 8 t d'une couche obtenue par projection de pulvérisation Il convient de choisir un revêtement compatible avec le dépôt et qui, de préférence, ne forme pas avec l'acier une interface épaisse et fragile Dans l'exemple donné ci-dessus, on pourrait préparer une bande d'acier de base, munie d'un revêtement préliminaire, par placage de nickel, revêtement au trempé ou projection de pulvérisation d'une mince couche d'aluminium ou de zinc fondus, ou revêtement à l'aide d'une

poudre d'aluminium d'alliage d'aluminium.

Comme la matière des particules est soluble dans la matrice, les éclats de matrice fondue vont habituellement

mouiller la surface des particules pendant le-co-dép 8 t simul-

tané La particule restera ainsi habituellement liée à la matrice pendant son refroidissement jusqu' à la température ambiante Cela représente un net avantage en comparaison de la plupart des particules de matières céramiques (par exemple

des oxydes métalliques et autres oxydes) qui, étant insolu-

bles et non mouillés par le métal de la matrice, manifestent une liaison plus médiocre à cette matrice et s'en détachent

plus facilement lorsqu'elles se trouvent à une surface libre.

La liaison des particules à la matrice exerce un effet béné fique sur les propriétés mécaniques et permet de réaliser, sans fracture, une déformation plastique par laminage ou cylindrage, compression ou emboutissage Dans le cas de paillettes de graphite alignées dans de l'acier, la matière à plusieurs phases qui en résulte garde des propriétés d'affaiblissement du son dans le cas d'éléments comme des

revêtements de poussoirs ou soupapes.

Voici un exemple de fabrication d'une matière à phases

multiples qui est séparée du substrat On maintient à 700-

7100 (température de solidus: 660 GC), et l'on atomise par du gaz, comme décrit, un alliage fondu d'aluminium contenant 4 X en poids de silicium 20 X en poids de fonte trempée sont entraînés dans la pulvérisation ( 1000 1 de gaz pour 1 kg d'aluminium) La pulvérisation, qui est déplacée à environ 13 m/s, est dirigée vers un substrat de fonte de 500 ml de largeur et 25 mm d'épaisseur, maintenu à 200 C, et elle est soumise à un mouvement oscillatoire afin de balayer le subs-

trat à 10 Hz A l'instant de heurter le substrat, la pulvéri-

sation s'est refroidie au point d'être solide pour un quart environ Les trois-quarts restants conviennent assez bien-pour

donner un dépôt raisonnablement consolidé (Une caractéristi-

que de la pulvérisation des alliages consiste en ce qu'ils doivent être, à l'instant o ils atteignent le substrat visé, bien au-dessus de la température du solidus et de préférence

aux trois-quarts environ vers le liquidus).

On retire ensuite du substrat le produit solidifié, on le rechauffe rapidement jusqu' à 380 'C et on le lamine à chaud pour former une bande à partir de laquelle on forme

un tronçon de bordure de marche d'escalier.

Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé de production d'une matière métallique à deux ou plusieurs phases et à la matière ainsi obtenue, décrits et représentés

Claims (17)

REVENDICATIONS

1 Procédé de production d'une matière métallique à plusieurs, phases, comprenant des particules élémentaires ou

métalliques d'une phase à point élevé de fusion en disper-

sion dans une phase de matrice métallique à plus bas point de fusion (les particules étant en une matière qui serait soluble, dans les conditions d'équilibre, dans la matière de la matrice au point de fusion de celle-ci) , le procédé comprenant la formation d'une projection de pulvérisation de la matière de matrice fondue, l'introduction dans cette

pulvérisation des particules et la direction de la pulvéri-

sation sur une surface plus froide pour solidifier la pulvé-

risation de la matrice et former la matière à plusieurs phases, procédé caractérisé en ce que la température de la

pulvérisation est inférieure au point de fusion des particu-

les de sorte que, malgré la solubilité théorique de la matière des particules, il ne se produit pas de dissolution

perceptible de ces particules.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de refroidissement de la phase de la matrice suffit à provoquer une solidification assez rapide pour que les particules ne soient en contact avec la matière de la matrice fondue que pendant une durée d'au maximum ms. -3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en

ce que la vitesse de refroidissement dans la région du soli-

3 o

dus est d'au moins 10 K/s.

4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en

ce que la vitesse de refroidissement dans la région du soli-

dus est d'au moins 10 K/s.

Procédé selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte la séparation de la matière à phases multiples ainsi obtenue d'avec la

surface sur laquelle elle a été formée.

6 Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 4, caractérisé en ce que la température de la surface

sur laquelle la pulvérisation est dirigée n'est pas supé-

rieure, sur l'échelle des températures absolues, à la moitié du point de fusion ou de la température de solidus de la

matière de la matrice.

7 Procédé selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que la matière de la matrice

est de l'aluminium ou un alliage d'aluminium.

8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en

ce que la matière de la matrice est un alliage aluminium/zinc.

9 Procédé selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que les particules sont en

fer, fonte ou acier.

Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les dimensions des particules se situent entre 10 et

1000)1 X.

11 Procédé selon l'une quelconque des revendications

précédentes, selon lequel la matière de la matrice est envoyée, sous forme d'un courant fondu, vers une buse d'atomisation sous l'effet d'un gaz, ce procédé étant caractérisé en ce

qu'on injecte lesdites particules dans le courant atomisé.

12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les particules sont injectées, par entratnement

dans un courant de gaz, dans le courant atomisé.

13 Procédé selon la revendication 11 ou 12, caracté-

risé en ce que le rapport gaz:métal se situe entre 200 l/kg

et 1000 l/kg.

14 Procédé selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que la proportion des parti-

cules par rapport à la totalité de la matière à plusieurs

phases se situe entre 1 X et 50 X en volume.

15 Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que ladite proportion se situe entre 1 X et 35 X en volume.

16 Procédé selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que la densité de la pulvéri-

sation et la vitesse de la surface sur laquelle la pulvérisa-

tion'est dirigée sont combinées de manière que la vitesse

de dépôt n'excède pas 1 mm/s.

17 Procédé selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce qu'on soumet la matière à

phases multiples, solidifiée, à un travail à chaud.

18 Matière métallique à phases multiples, caractéri-

sée en ce qu'elle comprend des particules d'une phase à point élevé de fusion en dispersion dans une matrice à plus bas point de fusion, sans dissolution perceptible des particules dans la matrice alors que les particules sont en une matière

soluble dans la matrice au point de fusion de cette matrice.

19 Matière de friction, comme garniture de frein, bord de marche d'escalier, tablier ou plancher, caractérisée en ce qu'elle est ou comprend une matière métallique à phases

multiples selon la revendication 18.