FR2594731A1 - Procede d'application d'un revetement sur un substrat avec chauffage par induction de celui-ci - Google Patents
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Abstract
Ce procédé permet l'application d'un matériau de revêtement sur un substrat 12 en permettant de maîtriser de manière précise les propriétés du matériau du substrat. Ce procédé consiste à prévoir un substrat qui doit être revêtu avec un matériau de revêtement, à prévoir un matériau de brasage 16 adapté pour venir en contact avec au moins une partie du substrat et pour revêtir celle-ci, à placer une feuille 14 d'un matériau de revêtement répartie dans un matériau fibreux de polytétrafluoroéthylène au voisinage immédiat dudit substrat, à chauffer à l'aide d'un générateur à induction 18 lesdits matériaux de brasage et de revêtement et ledit substrat, et à refroidir ledit substrat et lesdits matériaux de brasage et de revêtement pour fixer ainsi ledit matériau de revêtement sur ledit substrat. (CF DESSIN DANS BOPI)
Description
La présente invention est relative à un procédé pour fixer un matériau de
revêtement sur un article et plus particulièrement à un procédé pour fixer un matériau de revêtement uniforme sur un article dans lequel les propriétés métallurgiques du matériau du substrat de
l'article sont soigneusement maîtrisées pendant le dérou-
lement du procédé.
On a trouvé qu'il était avantageux de revêtir
un substrat avec un revêtement ayant des propriétés parti-
culières, par exemple, la résistance à l'usure ou la résistance à la corrosion. Un procédé pour disposer ce revêtement sur un substrat, comprend l'utilisation d'ébauches souples comportant du polytétrafluoroéthylène (PTFE) fibrillé comme liant, comme cela est décrit dans le brevet US-A-3 743 556. Le procédé pour établir une liaison métallurigique entre l'ébauche souple contenant le matériau de revêtement et le matériau de substrat consiste en une fusion au four soit dans un four à circulation forcée de l'atmosphère en utilisant une
atmosphère protectrice, ou dans un four sous vide.
Toutefois, une limitation importante de cette approche repose sur la nécessité d'exposer la totalité du substrat à la température élevée de fusion requise. Ceci peut avoir un effet nuisible sur le matériau du substrat en favorisant des modifications d'ordre métallurgique telles que la croissance des grains ou des transitions de phases
qui peuvent influer de manière importante sur les carac-
téristiques de performances du substrat. En outre, l'article a fortement tendance à se déformer. Une autre limitation de l'emploi classique de la fusion au four, repose sur la taille de l'article qui peut être logé
dans le four et sur les aspects financiers de l'utilisa-
tion d'énergie pour le chauffage du four et le contrôle de l'atmosphère, en particulier quand seulement une faible surface doit être revêtue sur un article relativement grand. Certaines des limitations précitées peuvent être partiellement surmontées en utilisant des techniques de fusion par résistance, comme cela est décrit dans le brevet US-A-3.778. 586. Toutefois, cette technique de fusion par résistance est limitée par le fait que
la surface du revêtement doit être relativement petite.
En conséquence, un but de la présente invention est de fournir un procédé pour appliquer un matériau de revêtement uniforme sur un article, dans lequel le chauffage du matériau du substrat de l'article pour réaliser la fixation, doit être commandé de manière
sélective.
Un autre but de cette invention est de fournir un procédé pour appliquer un matériau de revêtement uniforme de manière continue sur un article qui peut
avoir une surface grande ou irrégulière.
Selon un aspect, la présente invention se rapporte à un procédé pour appliquer un matériau de revêtement uniforme sur un article, dans lequel les propriétés du matériau du substrat de l'article doivent être maîtrisées de manière sélective, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on apporte un substrat qui doit être revêtu, en ce qu'on prévoit un matériau de brasage adapté pour venir en contact avec le substrat et revêtir au moins une partie de celui-ci, en ce qu'on place au voisinage immédiat dudit substrat une feuille d'un matériau de revêtement réparti dans du polytétrafluoroéthylène fibreux, en ce qu'on chauffe ledit substrat et les
matériaux de revêtement et de brasage jusqu'à une tempé-
rature qui amorce la fusion dudit matériau de brasage, ledit chauffage étant effectué par un générateur à induction, ce qui permet de commander ainsi précisément le chauffage, et en ce qu'on refroidit ledit substrat et les matériaux de revêtement et de brasage pour fixer
ainsi ledit matériau de revêtement sur ledit article.
Selon un autre aspect, la présente invention se rapporte à un procédé pour appliquer de manière continue un matériau de revêtement uniforme sur un substrat dans lequel les propriétés du substrat doivent être maîtrisées de manière sélective, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on apporte un substrat qui doit être revêtu, en ce qu'on prévoit un matériau de brasage adapté pour venir en contact du substrat et pour revêtir au moins une partie de celui-ci, en ce qu'on place au voisinage immédiat dudit substrat une feuille d'un matériau de revêtement réparti dans du tétrafluoroéthylène fibreux, en ce qu'on chauffe ledit substrat et ledit matériau de revêtement, ledit chauffage étant suffisant pour amorcer seulement la fusion du matériau de brasage et pour mouiller le
substrat, ce chauffage étant effectué à l'aide d'un généra-
teur à induction procurant ainsi un chauffage commandé de manière précise, en ce qu'on déplace ledit article par rapport au générateur à induction à des vitesses telles que ledit matériau de brasage continue de fondre et en ce qu'on refroidit ledit substrat, les matériaux de revêtement et de brasage en fixant ainsi ledit matériau
de revêtement sur ledit substrat.
Un autre aspect de la présente invention se
rapporte à un procédé pour appliquer un matériau de revête-
ment sur un substrat, dans lequel les propriétés du matériau du substrat doivent être maîtrisées de manière précise, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on prévoit un substrat qui doit être revêtu, en ce qu'on apporte un matériau de brasage adapté pour venir en contact avec
le substrat et pour revêtir au moins une partie de celui-
ci, en ce qu'on place à proximité immédiate dudit substrat une feuille d'un matériau de revêtement répartie dans du polytétrafluoroéthylène fibreux, en ce qu'on chauffe lesdits matériaux de brasage et de revêtement et leditsubstrat, le chauffage étant suffisant pour amorcer la fusion du matériau de brasage et pour mouiller ledit substrat et est réalisé par un générateur à induction de façon à ne chauffer que des parties du substrat, et en ce qu'on refroidit ledit substrat et les matériaux de brasage et de revêtement en fixant ainsi ledit matériau
de revêtement sur ledit substrat.
L'invention va être mieux comprise à la lecture
de la description qui va suivre, donnée uniquement à
titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est une vue en coupe illustrant une partie d'un article au cours de la mise en oeuvre du procédé de la présente invention; La figure 2A est une photomicrographie d'un substrat revêtu par mise en oeuvre du procédé suivant la présente invention; et La figure 2B est une photomicrographie d'un substrat revêtu par mise en oeuvre des techniques de
brasage de l'art antérieur.
Comme cela est illustré de manière générale
sur la figure 1, un article 10 comporte un substrat 12.
Il est habituel que l'article 10 soit réalisé en un matériau métallique tel que de l'acier ou des alliages de celui-ci, quoi qu'ils puissent également être réalisés en un matériau à plusieurs couches. Une couche 14 de matériau de revêtement est de préférence préparée en utilisant du polytétrafluoroéthylène (PTFE) comme liant et en le mélangeant avec le matériau pulvérulent de matrice requis et en le travaillant ensuite pour produire des fibrilles de PTFE qui retiennent le matériau pulvérulent de matrice, comme cela est décrit de manière générale dans les brevets US-A3.864.124 et 4.194.040 qui sont donnés ici à titre de référence. Le PTFE est incorporé de manière générale en une quantité allant de 1 à 25% en volume, le matériau pulvérulent de matrice constituant le reste de la feuille. Les feuilles ont ordinairement une teneur en solides d'environ 50 à 70% en volume. Les matériaux pulvérulents de matrice sont spécifiquement choisis pour leurs propriétés de résistance à l'usure ou de résistance à la corrosion et ce sont des matériaux tels que du carbure de tungstène, des alliages fer/nickel,
etc. La couche 14 ressemble à une pièce de tissu.
On a prévu une couche 16 de matériau de brasage ayant une température de fusion inférieure à celle du substrat de l'article et du matériau de la matrice du revêtement. La couche de matériau de brasage peut être sous la forme d'un matériau massif ou sous la forme de particules d'un matériau dans un liant organique ou sous la forme d'un matériau analogue à du tissu en utilisant les fibrilles de PTFE comme matériau liant comme cela
est décrit ci-dessus pour le matériau de revêtement.
Des exemples spécifiques de matériau de brasage, compren-
nement le Nicrobraz 150 (marque commerciale de Wall Colmonoy Corp.), comportant 15% de Cr, 3,5% de B et le reste en Ni, BNi-2 et BNi-3 (désignations de l'American
Welding Society).
En outre, on comprendra que le matériau de brasage peut être incorporé avec le matériau de revêtement
dans le PTFE liant sous la forme d'une couche unique.
C'est-à-dire que les couches 14 et 16 peuvent être cons-
tituées en une seule couche.
Dans la réalisation de cette invention, on emploie un matériau fondant (non illustré). Ce matériau fondant est appliqué sur la feuille de revêtement de matériau de brasage et sur le substrat afin de lutter contre l'oxydation de ces composants pendant l'opération
de chauffage qui va être décrite en détail ci-dessous.
L'utilisation de ce fondant supprime la nécessité de
l'emploi d'enceintes et d'atmosphères protectrices spé-
ciales comme celles qui sont utilisées dans une fusion au four. Bien que ce ne soit pas une nécessité essentielle pour le procédé de la présente invention, il est souvent préférable de mélanger un matériau adhésif au fondant qui est ensuite étalé sur le matériau de brasage, le matériau de revêtement et sur le substrat dans la région au niveau de laquelle la fixation doit avoir lieu. Ce matériau adhésif aide à placer de manière appropriée le revêtement sur le substrat. On peut utiliser divers fondants et matériaux adhésifs. Un fondant spécifique qui est utilisé est un fondant du type fluorure tel que le fondant Nicrobraz (marque commerciale de Wall Colmonoy Corp.) et un matériau adhésif spécifique qui est utilisé, est un matériau adhésif à base de silicate de sodium
avec 1% d'hydroxy éthyl cellulose.
Selon la présente invention, le substrat muni du matériau de revêtement et du matériau de brasage, est chauffé à l'aide d'un générateur à induction. Le
procédé produit par induction électromagnétique, un déga-
gement de chaleur à l'intérieur de l'article, le substrat étant disposé dans une bobine 18. Un courant alternatif issu d'une alimentation (non illustrée) circule à travers la bobine 18 en produisant un champ magnétique alternatif dans la bobine. Ce champ induit à son tour une tension à l'intérieur du substrat qui est disposé dans le champ magnétique variable de la bobine de sorte que la résistance au passage du courant résultant dans le substrat, entraîne un effet de chauffage par induction. On a trouvé qu'avec des générateurs à induction à haute fréquence, l'influence du chauffage est de plus en plus limitée à la surface du substrat. On a trouvé qu'il était particulièrement souhaitable pour les applications visées d'employer des générateurs à induction à des fréquences supérieures
à 10 kHz et de préférence de 25 kHz à 450 kHz.
En fonction de la forme et de la surface du substrat qui doit être revêtu, on peut employer suivant l'invention l'une ou l'autre de deux techniques: (a) le mode statique dans lequel la bobine et l'échantillon sont stationnaires, la bobine entourant la surface qui doit être revêtue et (b) le mode traversant dans lequel l'échantillon et la bobine sont déplacés l'un par rapport à l'autre, la bobine chauffant successivement des segments
d'une surface de revêtement plus grande.
Quand la surface du substrat qui doit être revêtue est continue, il est particulièrement important que le chauffage par induction soit soigneusement commandé afin d'assurer que la fusion du matériau de brasage se produise et qu'elle entraîne l'adhésion du revêtement sur le substrat (c'est-à-dire le mouillage du substrat) tandis que l'on maintient la température en-dessous de celle du point de fusion du matériau du substrat. Si le substrat a une taille ou une forme telle qu'on doit lui faire traverser la bobine du générateur à induction, un mélange 20 initiateur de la fusion du matériau de brasage consistant en un mélange concentré d'une poudre de brasage avec un matériau fondant et adhésif, peut être appliqué sur le bord avant de l'échantillon qui doit être revêtu afin de mieux contrôler la fusion. Un mélange de la poudre de brasage et du matériau fondant adhésif peut également être déposé sur la surface du substrat avant de placer le revêtement afin d'aider à
l'obtention d'une fixation par adhérence.
De manière spécifique, au moment du chauffage par induction, le matériau de brasage s'infiltre dans l'ébauche de revêtement souple et poreuse sousjacente et mouille le substrat, comme cela est plus complètement décrit dans le brevet US-A-3.743.556 donné ici à titre de référence. Pendant le chauffage, le PTFE est volatilisé et au moment du refroidissement, le revêtement adhère fermement grâce au matériau de brasage sur le substrat,
les propriétés du substrat restant relativement inchangées.
Le substrat revêtu est alors prêt pour une transformation ultérieure, si on le souhaite. Le substrat comporte un revêtement d'épaisseur uniforme du matériau requis, les caractéristiques physiques du substrat restant
à peu près les mêmes qu'avant la mise en place du revête-
ment. L'invention va être maintenant décrite de façon détaillée en référence aux exemples suivants, illustrant l'art antérieur et des modes de réalisation préférés
de l'invention. Ces exemples sont donnés à titre illustra-
tif et non pas à titre limitatif.
Exemple 1
On a utilisé un substrat d'acier 1018 pour être revêtu avec un revêtement de surface dur en carbure de tungstène. La surface à revêtir, a été décapée par sablage et nettoyée afin d'enlever toute impureté de la surface. Un matériau de revêtement en carbure de tungstène a été mélangé avec du PTFE dans le rapport de 20:1 en pourcentage en volume et a été travaillé pour fibriller le PTFE et pour piéger les particules de carbure de tungstène en réalisant ainsi une feuille analogue à du tissu comme cela est entièrement décrit dans le brevet US-A-3.743.556. La feuille de revêtement a été préparée pour avoir une teneur en solides d'environ 56%
en volume et une épaisseur de 1,524 mm (0,06 pouce).
Un matériau de brasage constitué de particules de nickel, de chrome et de bore suivant des quantités respectivement de 81,5, 15 et 3,5%, a été mélangé à du PTFE suivant le rapport de 20:1 en pourcentage en volume pour former une feuille analogue à du tissu et à la feuille de revêtement mentionnée ci-dessus. Les feuilles du matériau de revêtement et du matériau de brasage ont été coupées en ébauches d'une taille de 7,62 cm sur ,32.cm (3 pouces sur 8 pouces) destinées à être fixées sur le substrat. Le matériau de revêtement a été ensuite disposé sur la surface supérieure du substrat, le matériau de brasage étant disposé sur la surface supérieure du matériau de revêtement et on a placé l'ensemble dans un four sous vide à une température de 1121,11 C (2050 F) pendant 20 minutes. Le matériau de brasage a fondu et s'est infiltré dans le matériau de revêtement et au moment o l'on a refroidi l'article, on a obtenu un revêtement de carbure de tunsgstène sur le substrat d'acier, comme
cela est décrit de manière générale dans le brevet US-
A-3.743.556. La microstructure du revêtement et du substrat
est illustrée sur la figure 2B.
Exemple II
Un substrat en acier 1018 analogue à celui utilisé dans l'exemple I a été revêtu de manière similaire avec du carbure de tungstène. La feuille de revêtement et la feuille de matériau de brasage ont été préparées comme cela est décrit ci-dessus dans l'exemple I. Les feuilles formant ébauche ont été ensuite immergées dans un mélange 50/50 de fondant Nicrobraz et d'un matériau adhésif à base de silicate de sodium et ont été ensuite placées sur le substrat après que le substrat ait été enduit à la brosse avec un peu du mélange fondant/matériau adhésif. L'ébauche du matériau de revêtement a été appliquée directement sur la surface supérieure du substrat et on a appliqué le matériau de brasage sur la surface supérieure du matériau de revêtement. Un mélange initiateur de la fusion du matériau de brasage consistant en un mélange concentré d'une poudre de brasage dans un véhicule à base de fondant et de matériau adhésif, a été appliqué en une couche mince sur le bord avant de la couche de revêtement et du matériau de brasage. Après séchage, on a ensuite fait passer le substrat formant échantillon dans la bobine d'induction à une vitesse d'environ 7,62 cm par minute (3 pouces par minute) et avec une puisance réglée à 65 kW. Le choix de la vitesse et de la puissance varie en fonction des différents matériaux de brasage et des différents types de bobine, mais doit être tel que le début de la fusion du matériau de brasage ait lieu avant que l'échantillon
ne sorte de la zone de chauffage de la bobine.
Le dispositif utilisé est un générateur à induc-
tion de 100 kW qui fonctionne à une fréquence de 450.kHz.
Au moment du passage progressif de l'échantillon dans
la bobine, l'ébauche de matériau de brasage fondu s'in-
filtre dans l'ébauche de revêtement poreux sousjacent contenant le carbure de tungstène, et elle se solidifie ensuite en procurant une couche uniforme de carbure de tungstène fixée par brasage au substrat. Le revêtement final a une épaisseur d'environ 1,524 mm (0,06 pouce)
comme cela est illustré sur la figure 2A.
Comme on peut le voir en comparant les figures 2A et 2B, les microstructures des substrats des deux échantillons sont tout à faite différentes. L'échantillon préparé dans un four selon la technique antérieure a une plus grande taille de grains et présente une diffusion importante d'éléments entre le revêtement et le substrat d'acier. D'un autre côté, l'échantillon 2A préparé suivant la présente invention, a une zone affectée par la chaleur très limitée et a donc les mêmes propriétés générales
que l'échantillon avant le traitement de revêtement.
Les articles préparés selon la présente invention ont ainsi un revêtement uniforme dont les dimensions sont maîtrisées et avec les propriétés spécifiques requises. Le procédé de préparation permet une mise en oeuvre soit dans un mode statique soit dans un mode
dynamique, l'opération étant réalisée dans l'air ambiant.
Le procédé permet en outre de limiter la zone affectée il par la chaleur à la ou les surface(s) extérieure(s) à
revêtir du substrat.
De nombreuses variantes de ce qui vient d'être décrit sont bien entendu envisageables sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (11)
1. Procédé d'application d'un matériau de revête-
ment sur un substrat (12) dans lequel les propriétés du matériau de substrat doivent être maîtrisées de façon précise, caractérisé en ce qu'on prévoit un substrat qui doit être revêtu avec un matériau de revêtement; en ce qu'on apporte un matériau de brasage (16) adapté pour venir en contact avec au moins une partie du substrat et pour revêtir celle-ci; en ce qu'on place une feuille (14) d'un matériau de revêtement réparti dans un matériau fibreux de polytétrafluoroéthylène au voisinage immédiat dudit substrat; en ce qu'on chauffe lesdits matériaux de revêtement et de brasage et ledit substrat, ledit chauffage étant suffisant pour amorcer la fusion du matériau de brasage et pour mouiller ledit substrat et est réalisé à l'aide d'un générateur à induction (18) de façon à ne chauffer que des parties de la surface du substrat; et en ce qu'on refroidit ledit substrat et les matériaux de revêtement et de brasage en fixant
ainsi ledit matériau de revêtement sur ledit substrat.
2. Procédé suivant la revendication 1, caracté-
risé en ce qu'en outre on incorpore un fondant auxdits matériaux de brasage et de revêtement et audit substrat
avant le chauffage.
3. Procédé suivant la revendication 2, caracté-
risé en ce qu'on ajoute un matériau adhésif audit fondant.
4. Procédé suivant la revendication 1, caracté-
risé en ce que ledit générateur à induction a une fréquence
supérieure à 10 kHz.
5. Procédé suivant la revendication 1, caracté-
risé en ce que le matériau de brasage est contenu dans
la feuille de matériau de revêtement.
6. Procédé pour appliquer de manière continue un matériau de revêtement sur un substrat (12) dans lequel les propriétés du substrat doivent être maîtrisées de manière sélective, caractérisé en ce qu'on prévoit un
substrat qui doit être revêtu d'un matériau de revête-
ment; en ce qu'on applique un matériau de brasage (16) adapté pour venir en contact avec au moins une partie du substrat et pour revêtir celle-ci; en ce qu'on place une feuille (12) d'un matériau de revêtement réparti dans un matériau fibreux de polytétrafluoroéthylène au voisinage immédiat dudit substrat; en ce qu'on chauffe ledit substrat et lesdits matériaux de revêtement et de brasage, ledit chauffage étant suffisant pour amorcer seulement la fusion du matériau de brasage et pour mouiller le substrat, et étant effectué à l'aide d'un générateur à induction (18) de manière à obtenir ainsi un effet de chauffage commandé de manière précise; en ce qu'on déplace ledit article par rapport au générateur à induction à une vitesse telle que le matériau de brasage continue de fondre; et en ce qu'on refroidit ledit substrat et les matériaux de revêtement et de brasage en fixant ainsi
ledit matériau de revêtement sur ledit substrat.
7. Procédé suivant la revendication 6, caracté-
risé en ce qu'en outre on incorpore un fondant audit matériau de brasage et de revêtement et audit substrat
avant le chauffage.
8. Procédé suivant la revendication 7, caract-
érisé en ce qu'on ajoute un matériau adhésif audit fondant.
9. Procédé suivant la revendication 6, caracté-
risé en ce que ledit générateur à induction a une fréquence
supérieure à 10 kHz.
10. Procédé suivant la revendication 8, caracté-
risé en outre en ce qu'on prévoit un mélange initiateur de la fusion du matériau de brasage, consistant en un mélange concentré d'une poudre de brasage avec un fondant, appliqué sur le bord avant dudit substrat qui doit être
revêtu.
11. Procédé suivant la revendication 10, caracté-
risé. en outre en ce qu'on prévoit une couche d'un mélange concentré d'une poudre de brasage avec un fondant pour être placé sur la surface du substrat qui doit être revêtue. -
Applications Claiming Priority (1)
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| FR8613025A Withdrawn FR2594731A1 (fr) | 1985-10-15 | 1986-09-17 | Procede d'application d'un revetement sur un substrat avec chauffage par induction de celui-ci |
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