FR2589485A1 - Magnesium ou alliage du magnesium traite en surface et procede pour le traitement de surface du magnesium ou d'un alliage de magnesium - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN MAGNESIUM OU ALLIAGE DE MAGNESIUM TRAITE EN SURFACE. SELON L'INVENTION, IL COMPREND UN SUBSTRAT DE MAGNESIUM OU D'ALLIAGE DE MAGNESIUM, UNE COUCHE LIMITE SUR LE SUBSTRAT, ET UNE COUCHE DE METAL SUR LA COUCHE LIMITE, CE METAL ETANT DIFFERENT DU MAGNESIUM OU ALLIAGE DE MAGNESIUM; LA COUCHE LIMITE EST FORMEE PAR DIFFUSION MUTUELLE DE MAGNESIUM ET DU METAL DIFFERENT, ET IL N'Y A PAS DE TROUS D'EPINGLE PASSANT D'UNE INTERFACE DE LA COUCHE LIMITE ET DE LA COUCHE DU METAL DIFFERENT AU SUBSTRAT; LE DESSIN JOINT MONTRE UN DISPOSITIF POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE SELON L'INVENTION, OU 1 EST UN FOUR DE CHAUFFAGE RESISTANT A LA PRESSION, 2 EST UNE ENTREE DE GAZ, 3 EST UN MATERIAU THERMIQUEMENT ISOLANT, 4 EST UN ELEMENT CHAUFFANT, 5 EST UN PIEDESTAL DE SUPPORT DE L'ECHANTILLON, 6 EST UN OUTIL DE SUPPORT DE L'ECHANTILLON ET 7 REPRESENTE L'ECHANTILLON. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT AUX MATERIAUX METALLIQUES POUR LES INSTRUMENTS POUR L'AEROSPATIALE, INSTRUMENTS DE PRECISION ET PIECES POUR L'AUTOMOBILE.
Description
La présente invention se rapporte à un magnésium
ou alliage de magnésium traité en surface ayant non seule-
ment une meilleure résistance à la corrosion et une meilleure conductivité électrique de surface mais également une excellente conductivité thermique et une excellente
résistance au choc thermique, qui est adapté à une utilisa-
tion dans des instruments pour l'aérospatiale, des instru-
ments de précision et pièces pour l'automobile, ainsi qu'à un procédé pour un traitement de surface de magnésium et
d'un alliage de magnésium.
Les alliages légers comprenant des alliages d'aluminium (A1) sont largement utilisés comme matériaux métalliques des instruments pour l'aérospatiale, instruments de précision et pièces pour l'automobile afin de diminuer leur poids, d'économiser l'énergie et d'améliorer leurs performances. Une certaine conductivité électrique de surface est requise d'un boîtier contenant des pièces ou circuits électriques et électroniques comme un boîtier de transpondeur pour un satellite artificiel, afin d'assurer
une mise à la masse stable et une résistance aux interfé-
rences électromagnétiques, ce qui est important pour obtenir de bonnes propriétés électriques. De plus, une certaine conductivité thermique est requise d'un tel boîtier afin de conduire efficacement la chaleur produite dans les pièces qu'il renferme. Dans le cas d'alliages d'aluminium que l'on a jusqu'à maintenant utilisés dans de tels boîtiers, il n'est pas nécessaire de former un film antirouille épais à la surface d'un alliage d'aluminium grâce à l'excellente
résistance à la corrosion de cet alliage.
Il y a eu une tendance récente à utiliser, comme matériaux des instruments ci-dessus mentionnés, des alliages de magnésium (Mg) ayant un poids spécifique plus léger d'au
moins 30% que les alliages de A1, au lieu de ces derniers.
Comme Mg est le métal le plus actif parmi les métaux pra-
tiques,cependant, un traitement de surface anticorrosion des alliages de Mg est indispensable dans leur usage pratique. Le traitement de surface de Mg ou d'un alliage de Mg est décrit dans de nombreux rapports comprenant un rapport de Spencer, L. F., "Chemical Coatings for Magnesium Alloys" (Metal Finishing, Septembre 1970, pages 63-66, et Octobre 1070, pages 52-57). Cependant, la technique pour empêcher Mg ou un alliage de Mg de subir une corrosion n'a pas encore été établie. Même lorsqu'un film antirouil1le est formé sur Mg ou un alliage de Mg par tout traitement ordinaire de conversion chimique, traitement d'anodisation, placage en phase humide, placage à sec ou revêtement, des trous - microscopiques d'épingle sont présents dans le film antirouille qui ne peut, par consequent, empêcher la diffusion de Mg dans le film de surface, Provoquant une détérioration de la résistance à la corrosion. Par ailleurs, lorsqu'un film électriquement conducteur d'or, aluminium ou analogue est prévu sur le film chimiquement traité ou anodisé afin de lui donner une certaine conductivité électrique de surface, il se forme une cellule galvanique entre Mg ou l'alliage de Mg et le film électriquement conducteur à travers les trous d'épingle ci-dessus mentionnés en circonstances
humides, ce qui pose un problème par le fait que la corro-
sion de Mg ou de l'alliage de Mg se passe de manière remarquable. Ainsi, aucune technique efficace de prévention de la corrosion n'a été établie pour Mg ou un alliage de Mg, sans parler du fait que ni Mg ni un alliage de Mg ayant à la
fois la résistance à la corrosion, la conductivité élec-
trique de surface et la conductivité thermique n'a été matérialisé, et aucun procédé de traitement de surface n'a été développé pour la préparation d'un tel Mg ou alliage
de Mg.
En conséquence, la présente invention a pour objet un Mg ou alliage de Mg traité en surface excellent à la fois par sa résistance à la corrosion, sa conductivité
électrique de surface et sa conductivité thermique.
La présente invention a pour autre objet un procédé pour un traitement de surface de Mg ou d'un alliage de Mg pour produire un Mg ou alliage de Mg traité en surface ayant une excellente résistance à la corrosion, une excellente conductivité électrique de surface et une
excellente conductivité thermique.
Dans le premier aspect de la présente invention, un magnésium ou alliage de magnésium traité en surface comprend: un substrat de magnésium ou d'alliage de magnésium; une couche limite sur le substrat de magnésium ou d'alliage de magnésium; et une couche de métal sur la couche limite, le métal étant différent du magnésium ou alliage de magnésium; la couche limite étant formée par diffusion mutuelle de magnésium et du métal différent et n'ayant pas de trous d'épingle passant de l'interface de la couche
limite et de la couche d'un métal différent au substrat.
Dans ce cas, le métal différent peut être de l'aluminium. Un film d'oxyde mince formé par un traitement
au chromate peut être formé à la surface de l'aluminium.
Dans le second aspect de la présente invention, un procédé pour un traitement de surface de magnésium ou d'un alliage de magnésium comprend:
une étape de formation d'un film d'un métal diffé-
rent du magnésium ou d'un alliage de magnésium à la surface d'un substrat de magnésium ou d'alliage de magnésium; et une étape de chauffage du substrat ayant le film d'un métal différent à une température comprise entre le point eutectique du magnésium ou de l'alliage de magnésium et du métal différent et une température à ou en dessous de laquelle ni le magnésium ou alliage de magnésium ni le
métal différent ne fond.
Dans ce cas, le métal différent peut être de l'aluminium. Dans le troisième aspect de la présente invention, un procédé pour un traitement de surface de magnésium ou d'alliage de magnésium comprend:
une étape de formation d'un film d'un métal diffé-
rent du magnésium ou de l'alliage de magnésium à la surface d'un substrat de magnésium ou d'alliage de magnésium; et une étape de chauffage du substrat ayant le film d'un métal différent dans un milieu de pressurisation sous une pression hydrostatique, le chauffage étant effectué à une température comprise entre le point eutectique du magnésium ou de l'alliage de magnésium et du métal différent et une température à ou en dessous de laquelle ni le magnésium ou alliage de magnésium ni le métal différent
ne fond.
Là, le métal différent peut être de l'aluminium.
L'aluminium peut être formé par placage d'ions.
Un procédé pour un traitement de surface de magnésium ou d'alliage de magnésium peut de plus comprendre une étape de soumettre la surface de l'aluminium à un
traitement au chromate pour y former un film d'oxyde mince.
Le mélieu de mise sous pression peut être un gaz
non oxydant et/ou un gaz réducteur.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparaîtront plus clairement au cours de la description
explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un dispositif pour la mise en pratique du procédé de la présente invention; - la figure 2 est un diagramme des temps montrant un exemple de procédé de pressurisation et de chauffage; - la figure 3 est un schéma montrant une variation du point de fusion à travers la section transversale d'un alliage de Mg traité en surface;
- la figure 4 est un schéma de la section trans-
versale d'un alliage de Mg traité en surface en tant qu'exemple selon la présente invention; - les figures 5 à 7 sont des schémas montrant les relations entre la charge et la dureté Vickers d'un substrat en un alliage de Mg, d'un alliage de Mg o est formé un film de Al et d'un échantillon préparé par traitement thermique d'un alliage de Mg o est formé un film de Al sous une haute pression hydrostatique, respectivement; - la figure 8 est un diagramme montrant une comparaison de la relation entre la résistance de contact et la charge, entre un alliage de Ai et des échantillons préparés par traitement thermique d'un alliage de Mg formé avec un film de A1 sous une haute pression hydrostatique; - les figures 9 et 10 sont des photographies au microscope électronique à balayage montrant la structure cristalline de la section transversale et la surface, respectivement, d'un exemple de comparaison; -- la figure Il est une photographie au microscope électronique à balayage montrant la structure cristalline de la section transversale d'un exemple selon la présente invention; - la figure 12 est une photographie au microscope
électronique à balayage montrant la structure métallogra-
phique de la section transversale d'un exemple de comparaison; - les figures 13A et 13B sont des photographies au micro-analyseur aux rayons X respectivement montrant les structures métallographiques des sections transversales d'exemples de comparaison; - la figure 14 est une photographie au microscope
électronique à balayage montrant la structure métallo-
graphique de la section transversale d'un exemple selon la présente invention; et - les figures 15A et 15B sont des photographies au microanalyseur aux rayons X respectivement montrant les structures métallographiques des sections transversales
des exemples selon la présente invention.
La figure 1 montre le contour d'un dispositif pour la mise en pratique du procédé selon l'invention. Sur la figure, le dispositif comprend un four de chauffage 1 résistant à la pression, une entrée 2 de gaz, un matériau thermo-isolant 3, un élément chauffant 4, un piédestal 5 de support de l'échantillon, un outil 6 de support de
l'échantillon et un échantillon 7.
Des échantillons en un alliage de Mg o est formé un film de Ai sont placés dans le four de chauffage 1 résistant à la pression. Un gaz inerte ou réducteur est introduit dans le four pour y élever la pression, et il
est chauffé. La figure 2 est un diagramme des temps mon-
trant le moment de pressurisation et de chauffage du four, le temps en heures étant indiqué en abscisses et la pression, en bars ainsi que la température, en C,étant indiquées en ordonnées. Apres avoir élevé la pression dans le four à un niveau donné (360 bars dans le cas montré sur la figure 2), la température à l'intérieur du four est élevée par l'élément chauffant 4. Cela augmente la pression à l'intérieur du four en même temps que l'augmentation de
la température à l'intérieur du four. Lorsque la tempéra-
ture à l'intérieur du four atteint 400 C, la pression y
atteint 680 bars. Dans le cas de la figure 2, la tempéra-
ture et la pression maximales sont maintenues pendant trois heures, avec ensuite diminution de la température et de la pression. La température et la pression à l'intérieur
du four peuvent être contr6ôlées respectivement et indépen-
damment. Trois lignes apparaissant du côté basse tempéra-
ture sur le graphique de la figure 2 montrent la tempéra-
ture respective en trois point de mesure à l'intérieur
du four.
Des films de Al ont été formés sur des plaques en alliage de Mg. Les résultats de chauffage de chaque plaque en alliage de Mg avec un film de A1 dans une atmosphère non oxydante, par exemple, une atmosphère inerte, sous une
haute pression hydrostatique,ont été examinés.
Les alliages de Mg utilisés étaient un alliage ASTM AZ31 (3% en poids AI, 1% en poids Zn, reste Mg) et un alliage ASTM ZK 60 (5,5% en poids Zn, 0, 5% en poids Zr, reste Mg. Des échantillons de 4 cm x 5 cm ont été découpés de plaques de 4 mm d'épaisseur respectivement faites des alliages ci-dessus mentionnés. Un film de Ai d'une épaisseur de 50 p a été formé à la surface de chaque échantillon coupé dans une atmosphère de Ar de 1,33x10-4 mbar par placage d'ions. Chaque échantillon de plaque d'alliage de Mg résultant a été placé dans un dispositif tel que montré sur la figure 1 et chauffé sous une haute pression
hydrostatique d'un gaz argon. La pression était de 700 bars.
Quatre conditions de chauffage, 460 C x 3 heures, 440 C x 3 heures, 410 C x 3 heures et 200 C x 3 heures ont été choisies, 3 heures étant le temps de maintien des températures constantes de 460 C et autres. La force de liaison d'un film de Al dans chaque échantillon a été évaluéeselon l'essai d'écaillement consistant à entailler le film de Al en directions longitudinale et latérale de celui-ci, au moyen d'un coupoir pour former 100 blocs de 1 mm au carré, en pressant un ruban adhésif sensible à la pression sur le film divisé de Al, en écaillant le ruban adhésif sensible à la pression et en comptant le nombre de blocs écaillés du substrat en alliage de Mg tandis qu'ils adhèrent au ruban adhésif sensible à la pression. La résistance à la corrosion a été examinée par un essai de
jet de sel en utilisant une solution à 5% de NaCl à 35 C.
Pour la comparaison, les mêmes essais ont été effectués sur des échantillons obtenus juste après formation d'un film de Al et des échantillons obtenus par chauffage d'un échantillon d'une plaque d'alliage de Mg o était formé un film de Al sous vide à 470 C pendant 3 heures, à 430 C
pendant 3 heures et à 400 C pendant 3 heures, respectivement.
Les résultats sont résumés aux Tableaux 1-1 et 1-2. Les résultats de l'essai d'écaillement et de l'essai de jet de sel de chaque échantillon des Tableaux 1-1 et 1-2 sont les moyenne des valeurs en quatre fois. Dans la colonne de l'essai d'écaillement, le symbole "-" montre que l'essai d'écaillement n'a pu être fait du fait d'un film de Al
partiellement fondu.
TABLEAU 1-1
Exemple NI
Alliage Pression Température Durée du chauffage Aspect de la surface du film de AI Essai
d' écail-
lement Essai de jet de sel II Rugosité de Corrosion en Exemple i AZ31 700 bars 460 C 3 heures surface 4 heures de jet
(partielle-
ment fondue) __ Pas de corrosion Exemple 2 AZ31 700 bars 4400C 3 heures Normale 0/100 en 48 heures de jet Exlmpleu3 AZ31 Pas de corrosion Exemple 3 AZ31. 700 bars 410 C 3 heures Normale 0/100 en 48 heures de jet Corrosion% en Exemple 4 AZ31 700 bars 2000C 3 heures Normale 14/100 6 heures de jet Rugosité Corrosion en Exemple 5 ZK60 700 bars 4600C 3 heures de surface 4 heures de jet
(partielle-
ment fondue) Rugosité Corrosion en Exemple 6 ZK60 700 bars 4400C 3 heures de surface 4 heures de jet
(partielle-
ment fondue) Pas de corrosion Exemple 7 ZK60 700 bars 4100C 3 heures Normale 0/100 en 48 heures de jet Corrosion en Exemple 8 ZK60 700 bars 2000C 3 heures Normale 8/100 6 heures de jet o0 \0 Co Ln
TABLEAU 1-2
TempératureD'urée du a chauffage Aspect de la surface film de du AI Essai
d é'cail-
le nent Essai de jet de sel 1--- -v Exemple de. Corrosion en Comparaison 9AZ31 - - i Normale 48/100 2 heures _ I_ __. _ de jet Exemple de Corrosionsej Comparaison 10 ZK60 Normale /100 Corrosion en Comparsison 10 ZK60 Normels /iO0 ' 2 heures de jet Exemple de -3 Partielle- Corrosion en Comparaison Il AZ311, 33xlO mba470 C 3 heures fondue 4 heures de jet Exemple de Corrosion en Comparaison 12 AZ3i1,33xlO-3mbai430 C 3 heures Normale 10/100 8 heures de jet Exemple de Corrosion en Comparaison 13 AZ311,33xi0-3mbai400 C 3 heures Normale 18/100 8 heures de jet Exemple de. Partielle- Corrosion en Comparaison 14 ZK601,33xlO-3mba470 C 3 heures ment fondue - 4 heures de jet Exemple de -3 Corrosion en Comparaison 15 ZK601,33xlO mba 430 C 3 heures Normale 10/100 8 heures de jet Exemple de Corrosion en Comparaison 16 ZK601,33xlO-3mba1400 C 3 heures Normale 16/100 8 heures de jet r1o ui Co Co Un
Exemple N
A1 liage Pression On comprendra, par les résultats montrés au Tableaux 11 et i-2, que les échantillons NOs 2 et 3, en tant qu'exemples selon la présente invention, qui ont été préparés à partir de AZ31 aux conditions comprenant une pression hydrostatique de 700 bars et des conditions de
chauffage de 440 C x 3 heures et 410 C x 3 heures, respec-
tivement, ainsi que i''êchantillon N 7 en tant qu'exemple selon la présente invention, qui a été préparé à partir de ZK60 aux conditions comprenant une pression hydrostatique de 700 bars et une condition de chauffage de 410 C x 3 heures, avaient une adhérence largement améliorée d'un film de Al à un substrat en un alliage de Mg ainsi que la résistance à la corrosion en comparaison aux échantillons N s 9 et 10 (Exemples de comparaison) obtenus juste après formation d'un film de Ai. La raison de la manifestation d'un tel effet sera maintenant décrite en se référant aux schémas montrés sur les figures 3 et 4. La figure 3 montre la section transversale d'un alliage de Mg o est formé un film de A1 ainsi que les points de fusion sur la profondeur à partir de la surface. La courbe A montre la variation du
point de fusion o la limite entre Ai et Mg est alliée.
Même si l'alliage de Mg couvert d'un film de Ai est chauffé jusqu'à la température B, il n'apparaît aucune phase liquide dans la limite. Lorsque la température est élevée jusqu'au point C, l'alliage de A1 et Mg se passe du fait de leur diffusion mutuelle pour former une phase liquide dans la limite entre eux. Lorsque la température a été élevée jusqu'au point D, l'ensemble est fondu. Les échantillons N s 2, 3 et 7 correspondent à un chauffage jusqu'au point E de la figure 3. On pense que l'adhérence d'un film de Ai à
un alliage de substrat est accrue du fait de la pressurisa-
tion de l'alliage de Mg o est formé un film de Ai qui est chauffé au delà d'une température de 363 C en tant que point eutectique ternaire des alliages ternaires d'un système Al-Mg-Zn à leur état o une phase liquide est partiellement formée à la limite de l'alliage de Mg et du film de Ai, et que la densité du film de Ai est accrue l1 lorsque l'on supprime les trous d'épingle. Sur cette figure 3, E indique la température, F indique la profondeur
et G indique la couche limite.
La figure 4 montre schématiquement cet état comprenant une couche 13 exempte de trous d'épingle o il n'y a pas de trous d'épingle formés entre le substrat 11 en alliage de Mg et le film 12 de A1. Les trous d'épingle 14 dans la partie de surface du film de Al sont fortement
diminués même s'ils ne peuvent être totalement supprimés.
L'effet du chauffage à 200 C pendant 3 heures
(échantillons N s 4 et 8) était faible parce que la tempé-
rature était trop basse. Lorsque le chauffage a atteint 460 C pendant 3 heures, une fusion partielle du film de A1
s'est produite sur les surfaces de l'alliage AZ31 (échantil-
a5 ion N 1) et de l'alliage ZK60 (échantillon N 5). Bien que le point de fusion de Al soit d'environ 660 C, le film de Al formé peut s'être allié à l'alliage de Mg et avoir fondu par chauffage à 460 C car le film de Al formé n'atteignait que 50 p. On pense que la différence du résultat du chauffage à 440 C entre les alliages AZ31 et ZK60 provient du fait que la teneur en Zn de ce dernier, plus élevée de 5,5% que celle du premier, a diminué la température du liquidus des alliages de Al-Mg-Zn. Par conséquent, la
plage efficace de température de chauffage sous pressuri-
sation à une pression hydrostatique donnée peut être comprise entre le point eutectique d'un alliage du substrat
(ou métal) et d'un métal constituant un film et une tempéra-
ture à ou en dessous de laquelle aucun d'entre eux ne fond.
Parmi les échantillons N s 11 à 16 que l'on a chauffés sous vide sans être mis sous pression à une pression hydrostatique, les échantillons N s 11 et 14 ont subi une fusion du film de Al parce que la température était trop élevée. Les échantillons N s 12, 13, 15 et 16 qui ont été chauffés à 430 C ou 400 C ont atteint certaines améliorations mais à un faible point en comparaison avec les échantillons N s 9 et 10. Les échantillons N s 2, 3 et 7 en tant qu'exemples selon la présente invention ont présenté d'excellents résultats aussi bien dans l'essai d'écaillement que dans l'essai de jet de sel en comparaison aux exemples
comparatifs o le chauffage a été fait sous vide.
Les conductivités thermiques des Exemples N s 3 et 7 sont mesurées. Des échantillons en forme de disque d'un diamètre de 10 mm sont découpés d'une plaque après traitement thermique à une haute pression hydrostatique, et les conductivités thermiques sont mesurées le long de la direction de l'épaisseur. Les valeurs résultantes ainsi que les conductivités thermiques de comparaison d'un alliage AZ31 et d'un alliage ZK60 non traités sont montrées au Tableau 2, les densités des échantillons étant également montrées sur le même tableau. Les conductivités thermiques des Exemples NOs 3 et 7 sont supérieures à celles des
alliages de Mg non traités.
On a examiné la résistance au choc thermique de l'Exemple N 7. Cet échantillon a été soumis à un cycle thermique d'une répétition alternée le maintenant à -55 C pendant 30 minutes et le maintenant à +85 C pendant 30 minutes. Même après 1.000 cycles répétés, il ne s'est
produit ni microfissure ni écaillement du film de Al.
TABLEAU 2
Conductivité thermique Densité (W/mK) (g/cm3) Exemple NI 3 106 1,78 Exemple N 7 137 1,84 Alliage AZ31 96 1,77 Alliage ZK60 121 1,83 Les figures 5 à 7 montrent les duretés Vickers des surfaces respectives d'un substrat en un alliage de Mg ZK60, d'un alliage de Mg o est simplement formé un film de Al et d'un alliage de Mg ayant un film de Al qui y est formé et qui est soumis à une haute pression hydrostatique et chauffage à 410 C sous 700 bars. Chaque figure mentionne une valeur moyenne de dureté, en ordonnées, et la dispersion des valeurs. Comme on le sait bien, la dureté Vickers d'un métal mou varie selon la charge et diminue généralement avec l'augmentation de la charge. La dureté Vickers du substrat en alliage de Mg montrée sur la figure 5 est en
accord avec la tendance générale ci-dessus mentionnée.
La dureté Vickers du film de AI montrée sur la figure 6 qui n'a pas donné de valeurs correctes,en particulier du côte charges légères, a montré une tendance à la diminution avec l'augmentation de la charge. Au contraire, la dureté Vickers de l'alliage de Mg o était formé un film de Ai et qui a été soumis à un traitement thermique sous une haute pression hydrostatique a augmenté avec l'augmentation de la charge. Cela est ainsi parce que le cône d'un appareil d'essai de dureté Vickers peut avoir atteint une couche limite dure formée entre le substrat en alliage de Mg et le film de Al par chauffage comme cela est schématiquement montré sur la figure 3 lorsque la charge est devenue importante. Cette couche limite est une couche o Al et Mg se sont diffusés l'un dans l'autre comme on le décrira en détail ci-dessous. De plus, un polissage de surface à la meule a été effectué avant la mesure de dureté Vickers de l'échantillon soumis au traitement thermique haute pression afin d'obtenir des valeurs correctes. Chacun des échantillons N s 1 à 16 traités aux conditions indiquées aux Tableaux 1-1 et 1-2 a été soumis à un traitement au chromate sur la surface du film de A1
puis à l'essai d'écaillement et à l'essai de jet de sel.
Le traitement au chromate a été effectué en immergeant l'échantillon dans Alodine 1200 fabriqué par Nippon Paint Co., Ltd. pendant 10 secondes. Les résultats de l'essai d'écaillement et de l'essai de jet de sel après traitement au chromate étaient sensiblement les mêmes que ceux des échantillons non soumis au traitement au chromate à l'exception que les échantillons soumis au traitement
au chromate ont présenté un brillant supérieur de surface.
Une sonde faite de Au a été pressée contre chacun des échantillons de Mg ou d'alliage de Mg traitésen surface pour mesurer 3la résistance électrique entra la sonde et l'échantillon de Mg ou alliage de Mg traités en surface au moyen d'un milliohmmètre. De cette manière, on a évalué la performance de conductivité électrique de surface de l'échantillon. La figure 8 montre les variations de la résistance de contact avec la charge de contact en ce qui concerne l'échantillon NI 7 chauffé à une haute pression hydrostatique tel qu'il était et après l'avoir soumis au traitement au chromate. Sur la figure, la courbe A concerne l'échantillon chauffé sous une haute pression hydrostatique tel qu'il était, tandis que les courbes B et C concernent l'échantillon après l'avoir immergé dans Alodine 1200 pendant 3 secondes et 10 secondes,
respectivement, pour effectuer le traitement au chromate.
La courbe O qui concerne l'alliage ZK60 et la courbe E,qui
concerne un alliage à 5,2% Mg, 0,1% Mn, 0,1% Cr, Al,usuelle-
ment utilisé dans un boîtier d'instrument monté sur un
satellite artificiel, sont montrées à titre de comparaison.
Comme le montre la figure, l'alliage de Mg traité en surface selon la présente invention a montré une excellente conductivité électrique de surface du fait du recouvrement de sa surface par le film de Al. On a trouvé que, lorsque l'alliage de Mg o est formé le film de Al et qui a été soumis au traitement thermique sous une haute pression hydrostatique était soumis au traitement au chromate de sa
surface, sa résistance de contact a accru avec l'augmenta-
tion du temps d'immersion, c'est-à-dire l'augmentation de l'épaisseur du film d'oxyde résultant mais était encore inférieure à celle d'un alliage conventionnel en Al, même
après immersion pendant 10 secondes.
L'effet du chauffage dans une atmosphère contenant un gaz réducteur en utilisant une haute pression hydrostatique
a été examiné.
Les alliages de Mg utilisés étaient un alliage ASTM AZ31 et un alliage ASTM ZK60. Des échantillons de 4 cm x 5 cm ont été découpés de plaques de 4 mm d'épaisseur respectivement faites des alliages ci-dessus mentionnés de la même manière qu'on l'a décrit précédemment. Un film de Al d'une épaisseur de 50 a été formé à la surface de chaque échantillon coupé dans une atmosphère de Ar de 1,33 x 104 mbar par placage d'ions. Chaque échantillon de plaque d'alliage de Mg résultant a été placé dans un four de chauffage 1 résistant à la pression, et on l'a chauffé après avoir augmenté la pression d'un gaz argon contenant 3% de CO. La pression était de 700 bars. On a choisi, comme conditions de chauffage pour l'alliage AZ31, 430 C x 3 heures, 400 C x 3 heures et 200 C x 3 heures tandis que pour l'alliage ZK60, on a choisi 400 C x 3 heures et 200 C x 3 heures. On a choisi, pour chaque échantillon, une température au delà d'une température de 363 C comme
point eutectique d'un système ternaire Al-Mg-Zn.
Le même essai de résistance à la corrosion (essai de jet de sel) et essai d'adhérence (essai d'écaillement) que ceux ci-dessus décrits ont été effectués pour chaque échantillon traité thermiquement sous une pression
hydrostatique. Les résultats sont montrés au Tableau 3.
TABLEAU 3
Exemple N
Alliage Pression Température Durée du chauffage Aspect de la surface film de du Al Essai
d' écail-
lement Essai de jet de sel
Pas de corro-
Exemple 17 AZ31 700 bars 430 C 3 heures Normale 0/100 sion en 48 heures de jet
Pas de corro-
Exemple 18 AZ31 700 bars 400 C 3 heures Normale 0/100 sion en 48 heures dejet _; _eSe_ Corrosion en Exemple 19 AZ31 700 bars 200 C 3 heures Normale 8/100 6 heures de jet
Pas de corro-
Exemple 20 ZK60 700 bars 400 C 3 heures Normale 0/100 sion en 48 heures de jet Corrosion en Exemple 21 ZK60 700 bars 200 C 3 heures Normale 8/100 6 heures de jet ro Ln cx" Co %0 Ln Les échantillons de l'alliage AZ31 (échantillons NOs 17 et 18) o était formé un film de Al et qui ont été chauffés sous une haute pression hydrostatique de 700 bars et en conditions de chauffage de 430 C x 3 heures et 400 CX x 3 heures respectivement, ont montré de bons résultats comme les échantillons N s 2 et 3 en tant qu'exemples selon la présente invention comme le montre le Tableau 1-1, c'est-à-dire les alliages AZ31 o était
formé un film de Al chauffés à la même pression hydrosta-
tique et en conditions de chauffage de 440 C x 3 heures
et 410 C x 3 heures, respectivement. Un échantillon d'allia-
ge ZK60 (échantillon N 20) o était formé un film de A1 et qui avait été chauffé en conditions de chauffage à
400 C x 3 heures a montré de bons résultats comme l'échan-
tillon N 7 préparé à partir de l'alliage ZK60 tel que montré au Tableau 1-1. Selon ce mode de réalisation, le traitement dans l'atmosphère réductrice a amélioré le
brillant métallique dessurfaces des échantillons en comparai-
son à l'atmosphère inerte. L'effet de chauffage à 200 C pendant 3 heures (Echantillons Nos 19 et 21) était faible parce que la température était trop basse. Un traitement au chromate, effectué après le traitement de chauffage sous la haute pression hydrostatique, a amélioré le brillant de surface comme le traitement de chauffage dans l'atmosphère
de gaz inerte.
La raison des grandes améliorations ci-dessus mentionnées de la résistance à la corrosion et de l'adhérence par le traitement de surface selon la présente invention a jusqu'à maintenant été décrite sur la base de l'idée que l'adhérence d'un film de Al à un substrat en alliage de Mg est accrue par suite de la pressurisation de l'alliage de Mg sur lequel le film de Al est formé à un état o une phase liquide est partiellement formée à la limite entre le film de Al et l'alliage de Mg par suite d'une chauffage à 400 C ou 440 C, ce qui est au delà du point eutectique (363 C) d'un système ternaire Al-Mg-Zn, pour permettre l'alliage du film de A1 et de l'alliage de Mg dans la limite entre le film de Al et l'alliage de Mg du fait de leur diffusion mutuelle, tandis que la densité
du film de Al augmente par suppression des trous d'épingle.
Pour matérialiser cela, une observation de structure a été faite avecun microscope électronique à
balayage (SEM) et un micro-analyseur aux rayons X (XMA).
Les figures 9 et 10 sont des photographies au SEM de la section transversale et de la surface, respectivement, d'un échantillon o était formé un film de Al, mais qui n'avait pas été soumis à un plus ample traitement (exemple de comparaison, échantillon NI 10). Sur la figure 1, a indique un substrat en alliage de Mg et b indique un film de placage de Al. On a pu confirmer par les photographies au SEM que des trous d'épingle étaient présents dans le film de Al. Par ailleurs, la figure 11 est une photographie au SEM de la section transversale d'un échantillon soumis à un traitement de surface selon la présente invention (échantillon N 20), photographie sur laquelle l'on n'a pas observé de trous d'épingle allant de la couche du
film de Al au substrat en alliage de Mg.
Une photographie au SEM de la section transversale d'un exemple de comparaison (échantillon NI 10) est montrée à la figure 12, tandis que des photographies par XMA des sections transversales du film de Al et de l'alliage de Mg du même échantillon que celui qui vient d'être mentionné ci-dessus sont montrées sur les figures 13A et 13B, respectivement. La figure 14 est une photographie au SEM de la section transversale de l'échantillon traité selon la présente invention (échantillon NI 20) tandis que les figures 15A et 15B sont des photographies par XMA des sections transversales du film de Al et de l'alliage de Mg, respectivement,du même échantillon que celui qui vient d'être mentionné. Sur les figures 13A et 15A, les parties blanches étaient-les parties de Al détectées tandis que sur les figures 13B et 15B, les parties blanches étaient la partie de Mg détectée. La présence d'une diffusion du film de Al et de l'alliage de Mg l'un dans l'autre peut être observée dans la photographie par SEM de la figure 14. Lorsque l'on compare les figures 13A et 15A aux figures 13B et 15B respectivement, une différence de diffusion peut être très nettement reconnue. Plus particulièrement, dans l'exemple de comparaison, Al n'a été détecté que dans le film de placage sans trace de la diffusion de Al dans le substrat tandis que Mg a été détecté uniquement dans le substrat sans trace de diffusion de Mg dans le film de placage. Au contraire, dans l'exemple, on a reconnu que la diffusion de Al dans le substrat et la diffusion de Mg dans le film de placage s'étaient produites. On peut confirmer par ces photographies qu'une diffusion mutuelle (diffusion de Mg dans le film de Ai et diffusion de A1 dans l'alliage de Mg)s'est produite activement par le
traitement de surface selon l'invention.
Bien que la description ait été faite de cas o
un gaz a été utilisé comme fluide de mise sous pression,
un liquide -peut être utilisé comme fluide de-
mise sous pression, tant- qu'un état liquide stable peut être assuré dans la plage effective ci-dessus mentionnée de températures. Dans ce dernier cas, il peut être souhaitable que Mg ou un alliage de Mg avec un film formé à sa surface soit scellé, par exemple, d'une feuille de résine polyimide à l'étape-de chauffage sous une pression
hydrostatique comme le procédé à la presse à caoutchouc.
Bien que la description ait été faite de cas o
l'on a utilisé un alliage AZ31 ou AZK60 en tant que matériau du substrat, il est inutile de dire que le procédé de la présente invention peut s'appliquer à d'autres alliages de Mg et à Mg pur. Le film de Al peut être formé par évaporation thermique, pulvérisation,
revêtement au jet ou placage autre que placage d'ions.
Comme on l'a décrit ci-dessus, comme Mg ou l'alliage de Mg avec un film qui y est formé est chauffé dans un milieu de mise sous pression sous une pression hydrostatique, l'adhérence entre Mg ou l'alliage de Mg et
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le film à sa surface peut être accrue tandis qu'en même temps la densité du film peut être accrue. Cela peut conduire à des améliorations marquées de résistance à la rouille, résistance a l'abrasion et résistance au choc
thermique. Lorsque l'on utilise un fluide ou milieu réduc-
teur comme fluide de mise sous pression, le brillant métallique d'un film de surface peut être accru, conduisant à des améliorations de décoration et de conductivité électrique de surface. Par ailleurs, comme le procédé pour un traitement de surface selon la présente invention ne concerne que des matériaux métalliques,contrairement à un procédé conventionnel de traitement de surface comprenant un traitement d'anodisation ou un traitement de revêtement de plastique pour améliorer la résistance à la corrosion d'un objet à traiter, la conductivité thermique d'un objet traité est remarquablement améliorée. Cela permet d'utiliser Mg ou un alliage de Mg dans des environnements thermiquement
sévères o l'on ne pouvait l'utiliser.
258-9485
Claims (9)
1.- Magnésium ou alliage de magnésium traité en surface, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat de magnésium ou d'alliage de magnésium; une couche limite sur ledit substrat de magnésium ou d'alliage de magnésium; et une couche de métal sur ladite couche limite, ledit métal étant différent dudit magnésium ou dudit alliage de magnésium; ladite couche limite étant formée par diffusion mutuelle de magnésium et dudit métal différent et n'ayant pas de trous d'épingle passant d'une interface de ladite couche limite et de ladite couche en métal différent audit substrat. 2.- Magnésium ou alliage de magnésium selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal différent
précité est l'aluminium.
3.- Magnésium ou alliage de magnésium selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un film d'oxyde mince formé par un traitement au chromate est formé à la surface
dudit aluminium.
4.- Procédé de traitement de surface de magnésium ou d'alliage de magnésium, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: former un film d'un métal différent du magnésium ou d'un alliage de magnésium à la surface d'un substrat de magnésium ou d'alliage de magnésium; et chauffer ledit substrat ayant ledit film en métal
différent à une température comprise entre le point eutec-
tique dudit magnésium ou alliage de magnésium et dudit métal différent et une température à ou au-dessous de laquelle ni le magnésium ou l'alliage de magnésium ni le métal différent ne fondé 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé
en ce que le métal différent précité est de l'aluminium.
6.- Procédé pour un traitement de surface de magnésium ou d'alliage de magnésium, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: former un film d'un métal différent du magnésium ou de l'alliage de magnésium à la surface d'un substrat de magnésium ou d'alliage de magnésium; et chauffer ledit substratayant ledit film de métal différent dans un fluide de pressurisation sous une pression
hydrostatique, ledit chauffage étant effectué à une tempéra-
ture comprise entre le point eutectique dudit magnésium ou alliage de magnésium et dudit métal différent et une température a ou en dessous de celle à laquelle ni le magnésium ou l'alliage de magnésium ni le métal différent
ne fond.
7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé
en ce que le métal différent précité est de l'aluminium.
8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé
en ce que l'aluminium précité est formé par placage d'ions..
9.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend de plus l'étape de soumettre la surface de l'aluminium précité à un traitement au chromate pour y
former un film d'oxyde mince.
10.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le fluide sous pression précité est -un gaz non
oxydant.
11.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le fluide sous pression précité est un gaz réducteur.
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4973393A (en) | 1990-11-27 |
| DE3637447C2 (fr) | 1988-07-28 |
| DE3637447A1 (de) | 1987-05-07 |
| FR2589485B1 (fr) | 1991-12-13 |
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