FR2548217A1 - SURFACE COATING FOR PARTS OF LIGHT METAL OR LIGHT METAL ALLOYS - Google Patents
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Abstract
LE REVETEMENT PROTECTEUR CONFORME A L'INVENTION PEUT NOTAMMENT ETRE UTILISE POUR AUGMENTER LA SECURITE ANTI-ETINCELLE D'ETANCONS DE MINE EN ALUMINIUM ET IL EST FORME SUR LA SURFACE DES PIECES PAR PULVERISATION D'UN MELANGE DE POUDRE SE COMPOSANT DE 55 A 75 D'UN METAL DUR ET DE 25 A 45 DE BRONZE, L'EPAISSEUR DU REVETEMENT ETANT DE 0,15 A 0,5 MM; LE METAL DUR SE COMPOSE AVANTAGEUSEMENT DE 81 A 96 DE NICKEL ET DE 4 A 19 DE BSIFE ALORS QUE LE BRONZE SE COMPOSE PAR CONTRE DE 75 A 95 DE CIUVRE ET DE 5 A 25 D'ETAIN.THE PROTECTIVE COATING IN ACCORDANCE WITH THE INVENTION CAN IN PARTICULAR BE USED TO INCREASE THE ANTI-SPARK SAFETY OF ALUMINUM MINE STANDARDS AND IT IS FORMED ON THE SURFACE OF THE PARTS BY SPRAYING A POWDER MIXTURE CONSISTING OF 55 TO 75 D A HARD METAL AND 25 TO 45 BRONZE, THE THICKNESS OF THE COATING BEING 0.15 TO 0.5 MM; HARD METAL IS ADVANTAGEOUSLY COMPOSED OF 81 TO 96 NICKEL AND 4 TO 19 BSIFE WHILE BRONZE CONSISTS OF 75 TO 95 COPPER AND 5 TO 25 TIN.
Description
REVETEMENT DE PROTECTION DE SURFACE DE PIECES EN METAL LEGERLIGHT METAL PARTS SURFACE PROTECTIVE COATING
-' OU EN ALLIAGES DE-METAL LEGER- 'OR OF LIGHT METAL ALLOYS
La présente invention concerne un Fv'ê' ?roceur pour: protection de surface de pièces en métal léger ou en alliages de métal léger, notamment pour augmenter la sécurité anti-étincelles d'étançons de mine en aluminium, qui est réalisé par pulvérisation d'un mélange The present invention relates to an erocator for: surface protection of parts made of light metal or of light metal alloys, in particular to increase the anti-sparking safety of aluminum mine props, which is produced by spraying 'a mix
pulvérulent sur la surface de la pièce. powdery on the workpiece surface.
Il est connu que, par suite du frottement mécanique alterné de 10 différents matériaux, il peut se produire des étincelles qui peuvent provoquer dans un milieu explosif une inflammation, c'est-à-dire une explosion Cela est généralement associé à de forts dégâts matériels et il se produit, également, fréquemment des blessures ou des accidents mortels Pour cette raison, il existe différents règlements concernant 15 les matériaux utilisables dans des lieux de travail risquant des explosions Ces règlements imposent l'utilisation de ce que l'on appelle des It is known that, as a result of the alternating mechanical friction of 10 different materials, sparks can occur which can cause ignition in an explosive medium, i.e. an explosion. This is generally associated with strong material damage. and there are also frequent injuries or fatal accidents. For this reason, there are different regulations regarding materials usable in potentially explosive workplaces. These regulations impose the use of so-called
matériaux anti-étincelles".non-sparking materials ".
Il n'existe cependant pas en réalité des matériaux anti-étincelles. However, there are actually no non-sparking materials.
Lors d'un choc et d'un frottement alterné intensif correspondant entre 20 deux matériaux quelconques, il se produit des étincelles capables d'inflammation Par l'expression "matériaux anti-étincelles", on peut seulement considérer qu'on s'attende à ce que ces matériaux, lors de leur utilisation, ne provoquent aucune formation d'étincelles dans certaines circonstances Cela dépend cependant dans quel milieu le 25 matériau correspondant est utilisé, avec quel autre matériau il peut entrer en action-alternée, quel est le caractère de cette action alternée et quelle est la grandeur des énergies se produisant au cours de On impact and corresponding intensive alternating friction between any two materials, sparks capable of ignition are produced. By the term "non-sparking materials", it can only be assumed that that these materials, when used, do not cause sparks in certain circumstances. It depends, however, in which medium the corresponding material is used, with which other material it can enter into alternating action, what is the character of this alternate action and what is the magnitude of the energies occurring during
cette action alternée.this alternate action.
Un domaine caractéristique d'utilisation de matériaux anti-étin30 celles correspond aux dispositifs d'exploitation minière Lors de la A characteristic field for the use of anti-sparking materials30 corresponds to mining devices When
fabrication d'étançons de mine et d'autres dispositifs pour l'exploi- manufacture of mine props and other devices for mining
tation minière, il est par conséquent nécessaire de prendre des mesures mining situation, it is therefore necessary to take measures
de protection excluant la génération d'étincelles mécaniques d'inflammation. protection excluding the generation of mechanical ignition sparks.
Les étançons de mine en acier utilisés par le passé ont été considérés comme étant plus sûr contre la formation d'étincelles que les alliages de métaux légers car, lors d'un contact d'outil en acier avec des étançons de mine en acier, le risque de formation d'étincelles est relativement faible Lors d'un contact d'étançons de mine en aluminium avec des outils en acier (en premier lieu des outils en acier rouillé), 10 le risque de formation d'étincelles est cependant bien plus grand d'après l'expérience Cela constitue l'inconvénient fondamental des étançons de mine fabriqués en aluminium et en métal léger En même temps, le poids des étançons de mine fabriqué en métal léger est considérablement plus faible que celui des étançons fabriqués en acier et il 15 en résulte que l'utilisation des étançons cités en premier est à tout Steel mine props used in the past have been considered to be safer against sparking than light metal alloys because, when a steel tool comes into contact with steel mine props risk of sparking is relatively low When contacting aluminum mine props with steel tools (primarily rusty steel tools), the risk of sparking is much greater from experience This is the fundamental disadvantage of mine props made of aluminum and light metal At the same time, the weight of mine props made of light metal is considerably lower than that of props made of steel and 15 it follows that the use of the props mentioned first is at all
point de vue plus simple, plus facile et plus économique. simpler, easier and more economical point of view.
Pour résoudre ce problème, on a effectué de nombreux essais On connaît par exemple un agencement dans lequel les étançons de mine en aluminium ont été revêtus de matière plastique L'inconvénient de cet 20 agencement consiste en ce que la couche de matière plastique est usée To solve this problem, numerous tests have been carried out. An arrangement is known, for example, in which the aluminum props have been coated with plastic. The disadvantage of this arrangement is that the plastic layer is worn.
relativement rapidement, au cours de la sollicitation, en étant enlevée de la surface de l'étançon de mine, notamment de l'étançon intérieur et il en résulte que l'action protectrice ainsi établie est assez limitée. relatively quickly, during the stress, by being removed from the surface of the mine prop, in particular of the interior prop and it follows that the protective action thus established is quite limited.
On connaît également un agencement (cf, par exemple, le brevet 25 DE-808 225), dans lequel l'étançon extérieur est pourvu d'un revêtement en caoutchouc Dans ce mode de réalisation, il se pose cependant également le problème que l'étançon intérieur ne peut pas être pourvu d'une couche de caoutchouc et qu'également, avec ce revêtement, il apparait -des problèmes semblables a ceux rencontrés avec les étançons de mine 30 revêtus d'une couche de matière plastique. An arrangement is also known (see, for example, patent 25 DE-808 225), in which the external prop is provided with a rubber coating. In this embodiment, however, there also arises the problem that the inner prop cannot be provided with a rubber layer and that also with this coating, problems arise similar to those encountered with mine props 30 coated with a layer of plastic.
Le brevet HU-176 097 décrit une réalisation o au moins une partie de l'étançon de mine est pourvue d'une gaine anti-étincelles et résistante aux chocs La gaine est avantageusement formée d'acier et son Patent HU-176,097 describes an embodiment where at least part of the mine prop is provided with a non-sparking and impact-resistant sheath. The sheath is advantageously made of steel and its
épaisseur est comprise entre 0,2 et 0,6 mm. thickness is between 0.2 and 0.6 mm.
Un inconvénient de cette conception est due au fait que la mise en place de la gaine nécessite une technologie relativement compliquée, cette complication étant encore augmentée par le fait qu'il est prévu entre la gaine et l'étancon, avantageusement une isolation pour empêcher A drawback of this design is due to the fact that the installation of the sheath requires a relatively complicated technology, this complication being further increased by the fact that it is provided between the sheath and the stanchion, advantageously an insulation to prevent
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ainsi la formation de ponts électriques qui conduisent à une corrosion. thus the formation of electrical bridges which lead to corrosion.
Pour cette raison, on n'a pas pu mettre en pratique cette conception. For this reason, it has not been possible to put this concept into practice.
Des essais ont par contre également été effectués pour pourvoir des étançons en métal léger de revêtements galvaniques, chimiques ou anodiques mais cependant ceux-ci sont trop mous et ne conviennent pas pour empêcher la formation d'étincelles sous l'action des énergies de On the other hand, tests have also been carried out to provide light metal props with galvanic, chemical or anodic coatings, but however these are too soft and are not suitable for preventing the formation of sparks under the action of the energies of
percussion appliquées aux étançons. percussion applied to props.
La présente invention a en conséquence pour but de créer une solution qui offre la possibilité de pourvoir des étançons de mine fabriqués en aluminium ou en métal léger d'un revêtement protecteur plus sr et de pouvoir utiliser ces étançons dans leur condition d'applica The present invention therefore aims to create a solution which offers the possibility of providing mine props made of aluminum or light metal with a safer protective coating and of being able to use these props in their application condition.
tion comme des structures établissant une sécurité anti-étincelle. tion as structures establishing a non-sparking safety.
Le problème posé est résolu selon l'invention au moyen d'un revêtement protecteur qui peut être déposé par pulvérisation d'un métal 15 sur la surface d'un matériau et se composant de 55 à 75 % d'un métal dur et de 25 à 35 % de bronze, son épaisseur étant comprise entre 0,15 et The problem posed is solved according to the invention by means of a protective coating which can be deposited by spraying a metal 15 on the surface of a material and consisting of 55 to 75% of a hard metal and 25 35% bronze, its thickness being between 0.15 and
0,5 nm.0.5 nm.
La poudre de métal dur contient avantageusement de 81 à 96 % de nickel et de 4 à 19 % de B Si Fe La poudre de bronze se compose avantageu20 sement de 75 à 95 % de cuivre et de 5 à 25 % d'étain La couche protectrice ainsi formée présente une adhérence extraordinairement bonne sur le matériau de base, elle ne nécessite pratiquement aucun usinage The hard metal powder advantageously contains from 81 to 96% of nickel and from 4 to 19% of B Si Fe The bronze powder advantageously consists of 75 to 95% of copper and from 5 to 25% of tin The layer protective thus formed has an extraordinarily good adhesion to the base material, it requires practically no machining
additionnel et elle résiste bien à des actions mécaniques. additional and it resists mechanical actions well.
Le traitement de la surface de pièces par pulvérisation d'un métal 25 est naturellement connu depuis longtemps et, au cours de son application, on a déjà utilisé les mélanges les plus différents D'après le The treatment of the surface of parts by spraying a metal 25 has naturally been known for a long time and, during its application, the most different mixtures have already been used.
brevet DE-24 25 358, on dépose par exemple une couche de bronze-aluminium, de bronze phosphoreux, d'acier inoxydable ou d'un alliage nickel-cuivre sur la surface de pistons pour augmenter leur résistance à l'usure 30 et pour garantir une tenue correspondante des segments du piston. Patent DE-24 25 358, for example a layer of bronze-aluminum, phosphorous bronze, stainless steel or a nickel-copper alloy is deposited on the surface of pistons to increase their wear resistance 30 and for ensure a corresponding hold of the piston rings.
D'après le brevet GB-i 403 639, la surface des pièces est protégée According to GB-i 403 639, the surface of the parts is protected
au moyen d'un alliage contenant du zinc La couche-protectrice superficielle est déposée par pulvérisation d'un métal. using a zinc-containing alloy The surface protective layer is deposited by spraying a metal.
D'après le brevet GB-1 460 285, on connait un procédé suivant From GB-1,460,285, there is a known process
lequel du nickel ou des alliages de cobalt sont déposés sous forme d'un revêtement protecteur sur la surface de pièces en aluminium. which nickel or cobalt alloys are deposited as a protective coating on the surface of aluminum parts.
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Toutes ces solutions ne conviennent cependant pas pour la réalisation de surfaces à sécurité anti-étincelles (les procédés décrits ne conviennent également pas pour ce domaine d'utilisation), car la poudre de métal dur créée intrinsèquement une surface assez grossière qui peut seulement être utilisée après un usinage ultérieur Au cours de l'usinage, des inclusions sont cependant libérées et perturbent assez fortement 1 'homogénéite de la 'surface. De la poudre de cuivre ou de bronze produit évidemment une couche superficielle cohérente de haute qualité'et également un usinage ulté 10 rieur n'est pas nécessaire mais les caractéristiques de résistance de However, all of these solutions are not suitable for producing non-sparking safety surfaces (the methods described are also not suitable for this field of use), since the hard metal powder intrinsically creates a fairly coarse surface which can only be used after a subsequent machining During the machining, inclusions are however released and quite disturb the homogeneity of the surface. Copper or bronze powder obviously produces a high quality coherent surface layer and also subsequent machining is not necessary but the strength characteristics of
cette couche sont cependant analogues a celles des revêtements galvaniques, c'est-a-dire non satisfaisantes. this layer are however similar to those of galvanic coatings, that is to say unsatisfactory.
Le principe de la présente invention est basé sur la connaissance que, lors d'une utilisation commune d'une poudre de métal dur et d'une 15 poudre de bronze de composition correspondante comme revêtement protecteur, on peut obtenir une couche qui possède une bonne adhérence, une résistance mécanique appropriée et dont la qualité de surface est correcte sans usinage ultérieur Ces propriétés sont obtenues par le fait que le composant-bronze forme une couche de base bien adhérente et 20 relativement blanche et que les composants en métal dur possédant une grande dureté se répartissent dans cette couche de base De cette manière, on peut réunir simultanément et en toute sécurité toutes les propriétés nécessaires pour former une couche de revêtement possédant The principle of the present invention is based on the knowledge that, when a hard metal powder and a bronze powder of corresponding composition are used as protective coating, a layer can be obtained which has good adhesion, appropriate mechanical strength and the surface quality of which is correct without subsequent machining. These properties are obtained by the fact that the bronze component forms a very adherent and relatively white base layer and that the hard metal components having a large hardness are distributed in this base layer In this way, it is possible to combine simultaneously and in complete safety all the properties necessary to form a coating layer having
une qualité correspondante.a corresponding quality.
Les autres particularités de l'invention vont être décrites à The other features of the invention will be described in
l'aide d'exemples de réalisation.using examples of implementation.
On a pourvu d'un revêtement protecteur conforme a l'invention des supports intérieurs, pouvant coulisser extérieurement, d'étançons hydrauliques de mine en aluminium Au cours des essais, on a utilisé quatre compositions différentes indiquées dans la suite: A protective coating in accordance with the invention was provided with internal supports, capable of sliding externally, of hydraulic props of aluminum mine. During the tests, four different compositions were used indicated below:
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TABLEAU 1TABLE 1
Désignation Composition des Total de Total de échantillons Ni B Si Fe poudre de Cu Sn poudre de métal dur bronze Designation Composition of Total of Total of samples Ni B Si Fe Cu powder Sn hard bronze metal powder
I 85 15 50 80 20 50I 85 15 50 80 20 50
II X 90 10 60 90 10 40II X 90 10 60 90 10 40
III x 95 5 70 95 5 30III x 95 5 70 95 5 30
IV 85 15 80 90 10 20IV 85 15 80 90 10 20
x composition conforme à l'invention. x composition according to the invention.
Les poudres ayant les compositions indiquées dans le tableau 1 ont été déposées sur les surfaces, nettoyées par sablage, des différentes pièces en opérant d'une manière connue au moyen d'une installation à jet de plasma Les épaisseurs des couches déposées ont été les suivantes: TABLEAU 2 Désignation d'échantillon Epaisseur de la couche de revêtement (mm) The powders having the compositions indicated in table 1 were deposited on the surfaces, cleaned by sanding, of the various parts by operating in a known manner by means of a plasma jet installation. The thicknesses of the layers deposited were as follows : TABLE 2 Sample designation Thickness of the coating layer (mm)
I 0,3I 0.3
II 0,2II 0.2
III 0,3III 0.3
IV 0,4IV 0.4
Les pièces obtenues ou bien les échantillons fabriqués à partir de 25 celles-ci ont été soumis à des essais de production d'étincelles et à des contrôles mécaniques Les essais de production d'étincelles ont The parts obtained or the samples produced from them were subjected to spark production tests and to mechanical controls. The spark production tests were carried out.
donné les résultats suivants.gave the following results.
A partir des échantillons, on a réalisé des anneaux présentant un diamètre intérieur de 112 mm, un diamètre extérieur de 138 mm, et une 30 hauteur de 15 mm et on les a fixé sur des poids de 20 kg Les essais de chute ont été effectués dans une chambre fabriquée en tôle d'acier de 5 mm d'épaisseur, renforcée par des cornières et pouvant être remplie From the samples, rings were made having an internal diameter of 112 mm, an external diameter of 138 mm, and a height of 15 mm and were fixed on weights of 20 kg. Drop tests were carried out. in a chamber made of 5 mm thick sheet steel, reinforced with angles and able to be filled
d'un gaz.of a gas.
Le poids à laisser tomber a été amené au-dessus du corps formant cible par l'intermédiaire d'un tuyau de descente La hauteur du tuyau de descente s'est élevé à 3 m, le corps formant cible étant constitué par une tôle d'acier corrodée de 40 mm d'épaisseur Cette tôle d'acier a éré fixée sur un bloc de béton armé de manière à faire avec l'horizontale un The weight to be dropped was brought above the target body by means of a downpipe The height of the downpipe was 3 m, the target body being made of a sheet of metal. corroded steel 40 mm thick This sheet of steel has been fixed on a block of reinforced concrete so as to make with the horizontal a
angle de 60 .angle of 60.
La chambre a été remplie, avant l'essai, d'un mélange explosif de CH 4air Ensuite on a laissé tomber l'échantillon associé au poids sur le corps formant cible L'énergie de chute s'est élevée à 60 kgm Les The chamber was filled, before the test, with an explosive mixture of CH 4air Then the sample associated with the weight was dropped on the target body. The fall energy amounted to 60 kgm.
résultats des essais sont donnés dans le tableau 3. test results are given in table 3.
TABLEAU 3TABLE 3
Désignation Teneur en Nombre des Nombre des des CH échantillons explosions échantillons % Designation Number Content of Number of CH samples samples explosions%
I 6,4 10 2I 6.4 10 2
II 6,6 10II 6.6 10
III 6,4 10III 6.4 10
IV 6,5 10 3IV 6.5 10 3
A partir de ces expériences, on peut voir que le revêtement protecteur conforme à l'invention peut être considéré, dans les circonstances indiquées, comme établissant une sécurité anti-étincelles complète Les expériences montrent également que, lors de l'utilisation d'un 20 revêtement présentant une composition s'écartant de celle indiquée, la sécurité anti-étincelles est perdue Cela s'explique par le fait que, dans le cas d'un revêtement contenant une trop grande quantité de poudre de métal dur, la couche de revêtement devient cassante alors que, dans From these experiments, it can be seen that the protective coating according to the invention can be considered, in the circumstances indicated, to establish complete sparking safety. The experiments also show that, when using a 20 coating having a composition deviating from that indicated, the non-sparking safety is lost This is explained by the fact that, in the case of a coating containing too large a quantity of hard metal powder, the coating layer becomes brittle while in
le cas d'un revêtement contenant trop de poudre de bronze, la couche de 25 revêtement à une résistance tombant en-dessous de la valeur imposée. in the case of a coating containing too much bronze powder, the coating layer has a resistance falling below the set value.
On a également effectué des essais de sollicitation des échantillons proposés Au cours des essais, on a sollicité des tronçons de tubes présentant un diamètre de 90 mm dans une direction axiale par une force de 60 tonnes Sous l'effet de la charge, il s'est produit un 30 "bombement" des tronçons de tubes, leur diamètre maximal augmentant jusqu'à 101 mm Le revêtement protecteur possédant la composition conforme à l'invention a résisté de façon satisfaisante et intégralement aux sollicitations produites au cours des essais et également le revêtement possédant la teneur en bronze relativement grande a présenté une adhérence satisfaisante Dans le cas du revêtement possédant une trop forte teneur en métal dur, il s'est produit au cours de l'essai des apparitions de fissures Les exemples décrits ci-dessus montrent clairemernt que le revêtement protecteur conforme à l'invention satisfait, à la We also carried out stress tests on the samples offered. During the tests, sections of tubes with a diameter of 90 mm in an axial direction were stressed by a force of 60 tonnes. Under the effect of the load, it a "bulge" of the tube sections is produced, their maximum diameter increasing up to 101 mm. The protective coating having the composition in accordance with the invention withstood the stresses produced during the tests satisfactorily and completely. having the relatively large bronze content exhibited a satisfactory adhesion In the case of the coating having too high a hard metal content, during the test crack appearances occurred The examples described above clearly show that the protective coating according to the invention satisfies the
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différence des revêtements analogues essayés par le passé, aux conditions imnposées aussi bien en ce qui concerne la sécurité anti-étincelles difference from similar coatings tested in the past, under the same conditions as regards non-sparking safety
que la capacité de supporter des charges mécaniques. than the ability to withstand mechanical loads.
Naturellement, cette couche de revêtement n'est pas seulement utilisable comme revêtement protecteur pour des étançons de mine, bien que dans les exemples précités, on ait essentiellement décrit les essais d'étançons de mine Evidemment, plusieurs revêtements semblables peuvent Naturally, this coating layer is not only usable as a protective coating for mine props, although in the above examples, we have essentially described the testing of mine props Obviously, several similar coatings can
également être appliqués de façon aussi satisfaisante à d'autres domaines. also be applied so satisfactorily to other areas.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de Of course, the invention is not limited to the embodiments described and shown and it is capable of numerous variants accessible to those skilled in the art, without departing from
l'esprit de l'invention.the spirit of the invention.
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Claims (3)
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