FR2673871A1 - Cordon pour revetement par projection au chalumeau et son utilisation pour deposer sur un substrat une phase quasi cristalline. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un cordon pour revêtement par projection au chalumeau et son utilisation pour déposer sur un substrat une phase quasi cristalline. Ce cordon (1) comprend une âme comprenant un liant organique et une poudre ou un mélange de poudres apte à former un alliage quasi cristallin, cette âme étant entourée par une gaine en matériau organique. Il permet ainsi de déposer un alliage quasi cristallin sur un substrat en élaborant cet alliage dans la flamme (3) d'un dispositif de projection, à partir de poudres commerciales des constituants de l'alliage quasi cristallin.

Description

Cordon pour revêtement par projection au chalumeau et son utilisation pour

déposer sur un substrat

une phase quasi cristaltine.

La présente invention a pour objet un

cordon pour revêtement par projection au chalumeau.

De façon plus précise, elle concerne un cordon qui permet de déposer sur un substrat des revêtements superficiels en alliage quasi cristallin, c'est-à-dire en alliage possédant une structure cristallographique spécifique qui se traduit par la présence d'au moins 30 % en masse

d'une phase quasi cristalline.

Des alliages d'aluminium de ce type sont décrits par exemple dans le document EP-A-O 356 287. Dans la présente invention, l'expression "phase quasi cristalline" englobe 1) les phases présentant des symétries

de rotation normalement incompatibles avec la symé-

trie de translation, c'est-à-dire des symétries

d'axe de rotation d'ordre 5, 8, 10 et 12, ces symé-

tries étant révélées par la diffraction du rayon-

nement A titre d'exemple, on peut citer la phase icosaédrique de groupe pontuel m 3 5 (cf D. Shechtman, I Blech, D Gratias, J W Cahn, Metallic Phase with Long-Range Orientational Order and No Translational Symmetry, Physical Review Letters, Vol 53, n 20, 1984, pages 1951-1953) et la phase décagonale de groupe ponctuel 10/mmm (cf L. Bendersky, Quasicrystal with One Dimensional Translational Symmetry and a Tenfold Rotation Axis, Physical Review Letters, Vol 55, n 14, 1985, pages 1461-1463) Le diagramme de diffraction des rayons X d'une phase décagonale vraie a été publié dans "Diffraction approach to the structure of decagonal quasi crystals, J M Dubois, C Janot, J Pannetier, A Pianelli, Physics Letters A 117-8

( 1986) 421-427 ".

2) les phases approximantes ou composés approximants qui sont des cristaux vrais dans la mesure o leur structure cristallographique reste compatible avec la symétrie de translation, mais

qui présentent, dans le cliché de diffraction d'élec-

trons, des figures de diffraction dont la symétrie

est proche des axes de rotation 5, 8, 10 ou 12.

Parmi ces phases, on peut citer à titre d'exemple la phase orthorhombique 01, caractéristique

d'un alliage d'aluminium ayant la composition atomi-

que A 165 Cu 20 Fe 10 Cr 5 appartenant aux compositions d'alliage décrites dans le document EP-A O 356 287, dont les paramètres de maille sont: ao( 1)

= 2,366, bo( 1) = 1,267, co( 1) = 3,252 en nanomètres.

Cette phase orthorhombique 01 est dite approximante de la phase décagonale Elle en est d'ailleurs si proche qu'il n'est pas possible de distinguer son diagramme de diffraction des rayons X de celui

de la phase décagonale.

On peut également citer la phase rhomboédrique de paramètres ar = 3,208 nm, y = 36 , présente dans les alliages de composition voisine de A 164 Cu 24 Fe 12 en nombre d'atomes (M Audier et P Guyot, Microcrystalline AI Fe Cu Phase of Pseudo Icosahedral Symmetry, in Quasicrystals, eds M V. Jaric et S Lundqvist, World Scientific, Singapore,

1989).

Cette phase est une phase approximante

de la phase icosaédrique.

On peut aussi citer des phases 02 et 03 orthorhombiques de paramètres respectifs ao( 2) = 3,83; bo( 2) = 0,41; c O ( 2) = 5,26 et a O ( 3) = 3,25; bo( 3) = 0,41; c O ( 3) = 9,8 en nanomètres, présentes dans un alliage de composition A 163 Cu 17,5 Co 17,5 Si 2 en nombre d'atomes ou encore la phase orthorhombique 04 de paramètres ao( 4) = 1,46; b O ( 4) = 1,23; c O ( 4) = 1,24 en nanomètres, qui se forme dans l'alliage de composition

A 163 Cus Fe 12 Cr 12 en nombre d'atomes.

On peut encore citer une phase C, de

structure cubique, très souvent observée en coexis-

tence avec les phases approximantes ou quasi cristal-

lines vraies Cette phase qui se forme dans certains alliages AL-Cu- Fe et Al-Cu-Fe-Cr, consiste en une surstructure, par effet d'ordre chimique des éléments d'alliage par rapport aux sites d'aluminium, d'une phase de structure type Cs-Cl et de paramètre de

réseau a 1 = 0,297 nm.

Un diagramme de diffraction de cette phase cubique a été publié (C Dong, J M Dubois, M de Boissieu, C Janot; Neutron diffraction study of the peritectic growth of the A 165 Cu 20 Fe 15 icosahedral quasi crystal; J Phys Condensed Matter, 2 ( 1990), 6-339-6360) pour un échantillon de phase cubique pure et de composition A 165 Cu 20 Fe 15

en nombre d'atomes.

On peut aussi citer une phase H de structu-

re hexagonale qui dérive directement de la phase C comme le démontrent les relations d'épitaxie observées par microscopie électronique entre cristaux des phases C et H et les relations simples qui relient les paramètres des réseaux cristallins, à savoir a H = 3 V-2 a l (à 4,5 % près) et c H = 3 P-3 al/2 (à 2,5 % près) Cette phase est isotype d'une phase hexagonale, notée i AL Mn, découverte dans des alliages AL-Mn contenant 40 % en poids de Mn (M A Taylor, Intermeta Llic phases in the Aluminium-Manganese Binary System, Acta Metal Lurgica

8 ( 1960) 256).

La phase cubique, ses surstructures et les phases qui en dérivent, constituent une classe de phases approximantes des phases quasi cristallines

de compositions voisines.

Outre leur structure cristallographique particulière, Les alliages comportant ces phases

quasi cristallines possèdent des propriétés spécifi-

ques qui les rendent particulièrement intéressants sous la forme de revêtements superficiels durcissants

ou protecteurs sur divers substrats.

En effet, des alliages présentent de bonnes propriétés de dureté et de frottement ainsi qu'une bonne stabilité à des températures supérieures

à 300 C.

Aussi, ils peuvent être utilisés dans les domaines o l'on recherche une bonne résistance à l'abrasion, à la rayure, au choc, à l'érosion et à la cavitation, ainsi qu'une protection contre l'oxydation et la corrosion D'autres propriétés comme, par exemple, leur grande résistance électrique

ou bien encore leurs propriétés de conduction thermi-

que peuvent être mises utilement à profit dans des dispositifs de chauffage, y compris par couplage

électromagnétique, ou comme barrière thermique.

Jusqu'à présent, pour utiliser ces alliages quasi cristallins sous la forme de revêtement sur un substrat, on préparait tout d'abord l'alliage quasi cristallin à partir des différents éléments, puis on formait une poudre de cet alliage, soit par broyage, soit par atomisation, et on la projetait ensuite sur le substrat en utilisant par exemole

une torche à plasma.

Bien que cette technique soit satisfaisan-

te, elle présente l'inconvénient d'être onereuse lorsque les quantités d'alliage quasi cristallin à projeter sont faibles, puisqu'il faut disposer d'une poudre de cet alliage fabriqué préalablement, alors que de nombreuses compositions d'alliage

quasi cristallin peuvent être envisagées.

La présente invention a précisément pour objet un cordon utilisable pour former par projection

au chalumeau des revêtements d'alliage quasi cristal-

lin, qui permet d'éviter cette opération préalable de fabrication de l'alliage et convient pour réaliser des revêtements d'alliage quasi cristallin de

n'importe quelle composition fixée à l'avance.

Selon l'invention, le cordon pour revête-

ment par projection au chalumeau comprend une âme comprenant un liant organique et une poudre ou un mélange de poudr es apte à former un alliage quasi cristallin, cette âme étant entourée par

une gaine en matériau organique.

Avantageusement, l'âme du cordon contient

de plus un liant minéral qui permet, lors de l'opéra-

tion de projection de lier les particules de poudre

entre elles jusqu'à leur fusion complète.

A titre d'exemple de liant mineral, on peut citer les fibres d'oxyde réfractaire telles

que les fibres d'alumine.

Cette structure de cordon est très avanta-

geuse car on peut choisir de façon appropriée le liant organique et le matériau de la gaine en vue d'obtenir un cordon souple, ce qui permet de réaliser l'alimentation en continu d'un chalumeau

de projection.

De plus, le fait de pouvoir utiliser dans ce cordon un mélange de poudres apte à former un alliage quasi cristallin permet de réaliser n'importe quelle composition d'alliage en dosant de façon appropriée les quantités de poudres placées

dans l'âme.

Ainsi, avec le cordon de l'invention, la réalisation de revêtements d'alliages quasi cristallins ayant des compositions variées n'est

plus onéreuse et peut être effectuée à la demande.

Dans ce cordon, le liant organique et le matériau organique de la gaine sont choisis de façon à pouvoir être éliminés facilement dans le chalumeau lors de l'opération de projection,

par exemple par combustion.

A titre d'exemple de liant organique et de matériau organique susceptibles d'être utilisés, on peut citer les dérivés cellulosiques comme la méthylcellulose, L'hydroxyméthylcellulose, L'hydroxyéthylméthylcellulose et la carboxyméthylcellulose, et les polymères tels que

l'alcool polyvinylique et l'acide polyméthacrylique.

Dans certains cas, l'âme du cordon comprend de l'eau, et/ou un plastifiant organique, susceptible d'être éliminé facilement lors de l'opération de projection, par exemple par évaporation et/ou calcination. A titre d'exemple de plastifiant, on peut citer la glycérine, l'éthylène glycol et la triéthanolamine La proportion en poids de liant organique dans l'âme ne dépasse généralement pas 4 %. Lorsque l'âme contient un liant minéral, sa teneur est de préférence inférieure à 6 % en poids. Selon un premier mode de réalisation du cordon de l'invention, l'âme comprend une seule poudre apte à former un alliage quasi cristallin, cette poudre peut être une poudre d'alliage de composition: Ala Xb(BC)c Md Ne If dans laquelle X représente au moins un élément choisi parmi Cu et Co, M représente un ou plusieurs éléments du groupe comprenant Fe, Cr, Mn, Ni, Ru, Os, Mo, V, Mg, Zn

Ga et Pd.

N représente un ou plusieurs éléments du groupe comprenant W, Ti, Zr, Hf, Rh, Nb, Ta, Y, Si, Ge et les terres rares, I représente uneou plusieurs impuretés d'alliage, a, b, c, d, e et f représentent des pourcentages

atomiques tels qu'ils satisfont les relations suivan-

tes: 48 <a< 92 O<b< 30 O<c< 5 8 <d< 30 O<e< 4 O<f< 2 a+b+c+d+e+f= 100 O

b+d+e< 45.

Ce mode de réalisation du cordon de l'invention est utilisable notamment lorsque les quantités d'alliage quasi cristallin à projeter sont importantes et justifient la préparation

préalable d'une poudre d'alliage.

Dans ce cas, toutefois, l'opération de projection au chalumeau conduit généralement à la réalisation d'un revêtement d'alliage quasi cristallin n'ayant pas exactement la même composition

que l'alliage de la poudre, mais on conserve néan-

moins les propriétés d'un dépôt quasi cristallin.

Selon un second mode de réalisation du cordon de l'invention, l'âme comprend un mélange de poudres apte à former un alliage quasi cristallin, par exemple un mélange de poudres des éléments AL, X, B C-, M, N et I avec X représentant au moins un élément choisi parmi Cu et Co, M représentant un ou plusieurs éléments du groupe comprenant Fe,

Cr, Mn, Ni, Ru, Os, Mo, V Mg, Zn, Ga et Pd, N représen-

tant un ou plusieurs éLéments du groupe comprenant W, Ti, Zr, Hf, Rh, Nb, Ta, Y, Si, Ge et les terres rares, et I représentant une ou plusieurs impuretés d'alliage, dans des proportions telles que le mélange de poudres corresponde à la composition de formule: Ala Xb(B,C)c Md Ne If dans laquelle X, M, N et I ont la signification donnée ci-dessus, et a, b, c, d, e et f représentent des pourcentages atomiques tels qu'ils satisfont les relations suivantes: 48 <a< 92 O<b< 30 O<c< 5 8 <d< 30 O<e< 4 O<f< 2 a+b+c+d+e+f= 100 b+d+ e< 45 Ce second mode de réalisation du cordon de l'invention est beaucoup plus intéressant car il rend aisé la fabrication de cordons pour la

projection d'alliages quasi cristallins de composi-

tions très variées En effet, il suffit d'utiliser dans ce cas des poudres du commerce correspondant aux éléments voulus pour réaliser l'âme du cordon et de doser judicieusement ces poudres pour obtenir La composition d'alliage souhaitée. Dans ce second mode de réalisation du cordon de l'invention, on peut aussi apporter au moins deux éléments de l'atlliage sous la forme d'une combinaison de ces éléments, par exemple

sous la forme de poudre préalliée.

Les cordons de projection décrits ci-dessus peuvent être préparés par des procédés classiques, en particulier par cofilage de deux pâtes dont l'une constitue l'âme et l'autre est destinée à former la gaine externe Un procédé de ce type

est en particulier décrit dans le document FR-A-

1 443 142.

Selon une variante de réalisation de l'invention, le cordon pour revêtement par projection au chalumeau comprend une âme constituée d'un mélange de poudres inorganiques et une gaine en matériau inorganique, les poudres du mélange et la gaine étant constituées d'un ou plusieurs éléments choisis parmi AL, X, B, C, M, N et I avec X représentant au moins un élément choisi parmi Cu et Co, M représentant un ou plusieurs éléments du groupe comprenant Fe, Cr, Mn, Ni, Ru, Os, lo, V, Mg, Zn, Ga et Pd, N représentant un ou plusieurs éléments du groupe comprenant W, Ti, Zr, Hf, Rh, Nb, Ta, Y, Si, Ge et les terres rares, et I représentant une ou plusieurs impuretés d'alliage, en proportions telles que l'ensemble (gaine + mélange de poudres) corresponde à une composition d'alliage quasi cristallin. Dans ce cas, la composition d'alliages quasi cristallin peut également répondre à la formule Ala Xb(B,C)c Md Ne If dans laquelle X, M, N, I, a, b, c, d, e et f ont les significations données ci-dessus. Dans cette variante de réalisation de l'invention, on peut en particulier réaliser la gaine en acier, en AL, en Cu ou en Ni et obtenir ainsi un fil fourré souple convenant également

pour l'alimentation d'un chalumeau.

La présente invention a également pour objet un procédé de dépôt sur un substrat d'un revêtement d'alliage quasi cristallin, qui consiste à utiliser un pistolet de projection à flamme oxy-gaz ou/et arc électrique ou plasma et à alimenter ce pistolet au moyen d'un cordon de projection tel que décrit ci-dessus, de façon à projeter sur le substrat l'alliage quasi cristallin obtenu par

réaction dans la flamme des constituants du cordon.

Les cordons de projection de l'invention sont très avantageux dans ce procédé car ils permettent d'introduire au coeur de la flamme d'un dispositif de projection thermique, l'ensemble des éléments constitutifs d'un alliage quasi cristallin et d'assurer un temps de séjour de ces éléments à l'intérieur de la flamme suffisant pour garantir une réaction complète et la formation

d'un alliage quasi cristallin.

L'alliage quasi cristallin ainsi élaboré est pulvérisé par des gaz d'alimentation du dispositif de projection sous forme de

gouttelettes finement divisées sur le substrat.

Lorsque l'âme du cordon comprend de plus des fibres minérales, par exemple des fibres d'alumine, celles-ci se trouvent également projetées dans 1 1 le revêtement formé sur Le substrat En revanche, le liant organique et la gaine du cordon sont vaporisés pendant la projection et ils n'interviennent ni dans les réactions de formation de l'alliage, ni dans le revêtement. Ce mode de projection d'alliages quasi cristallins présente plusieurs avantages par rapport aux techniques de projection thermique de l'art

antérieur qui utilisaient des chalumeaux à poudre.

Tout d'abord, il permet de s'affranchir de l'opéra-

tion d'atomisation d'une poudre quasi cristalline de composition spécifique pour la remplacer par une opération beaucoup plus simple qui consiste

à mélanger des poudres courantes facilement disponi-

b Les pour former une pâte De plus, il autorise l'emploi de dispositifs de projection plus simples

et de grande diffusion Enfin, il offre la possibili-

té de composer à volonté le mélange de poudres et par conséquent d'obtenir toute composition

d'alliage souhaitée.

Les dépôts d'alliage quasi cristallin obtenus par ce procédé possèdent une dureté accrue et des coefficients de frottement améliorés par rapport à de nombreux dépôts de L'art actuel Aussi, ces dépôts quasi cristallins sont particulièrement

indiqués dans toute application tribologique consis-

tant à renforcer une surface métallique d'alliage à base de fer, à base d'aluminium, à base de cuivre

ou à base de nickel.

On peut aussi utiliser les dépôts quasi cristallins de l'invention pour la réalisation de sous-couches métalliques en vue de liaisons métal- métal, métal-céramique ou métal-oxyde dont la force d'adhérence est remarquable On peut aussi utiliser ces dépôts quasi cristallins comme couches de liaison entre une couche céramique et une couche d'oxyde. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture

de La description qui suit d'exemples de réalisation,

donnés bien entendu à titre illustratif et non limitatif, en référence au dessin annexé sur lequel

-la figure 1 est une représentation schéma-

tique d'un dispositif de projection utilisable dans l'invention, et les figures 2 à 16 sont des diagrammes de diffraction de rayons X caractérisant Les alliages quasi cristallins obtenus par projection de cordons

conformes à l'invention.

Sur la figure 1, on a représenté de façon très schématique, L'extrémité d'un pistolet de projection utilisant le cordon de projection de l'invention. Dans ce pistolet, on introduit le cordon de projection I de L'invention dans une flamme oxy-gaz 3 alimentée en gaz de combustion par les canaux 5 Dans cette flamme 3, l'extrémité la du cordon qui est fondue par la flamme, réagit dans cette flamme pour former l'alliage quasi cristallin et l'alliage liquide obtenu est pulvérisé par un

gaz sous pression, par exemple par de l'air, intro-

duit par les conduites 7, sous La forme de gouttelet-

tes qui sont projetées sur un substrat.

Dans un pistolet de ce type, le gaz de

combustion peut être un mélange d'hydrogène, d'acéty-

lène ou de propane avec de l'oxygène et le gaz circulant dans les conduites 7 peut être un jet

d'air sous pression.

Les exemples qui suivent illustrent la réalisation de cordons de projection conformes à l'invention et leur utilisation pour réaliser des dépôts d'alliages quasi cristallins sur des

substrats en acier doux.

Exempte 1.

Dans cet exemple, on utilise le premier mode de réalisation de l'invention pour préparer un cordon de projection à partir d'une poudre d'alliage quasi cristallin obtenue par broyage, dans un malaxeur à galets concentriques en acier carburé, de petits lingots d'un alliage quasi cristallin ayant la composition atomique: A 162,8 Cu 19,5 Fe 8,5 s Cr 9,1 Mno,1

Pour préparer le cordon, on mélange intime-

ment dans un malaxeur 96 % en poids de la poudre d'alliage obtenue par broyage ayant une granulométrie de 20 pm à 150 pm, 4 % de fibres de boehmite, et 4 % de liant organique constitué par de l'hydroxyéthylméthylcellulose. A partir du mélange obtenu, on prépare une première pâte en ajoutant la quantité suffisante d'eau, puis on malaxe énergiquement pendant une heure. On prépare ensuite une deuxième pâte devant servir à former la gaine en malaxant le même liant organique que celui utilisé pour la préparation de la première pâte avec la quantité

suffisante d'eau.

On réalise ensuite un cofilage de ces deux pâtes dans une presse pour obtenir un cordon souple de 4,75 mm de diamètre externe de m de longueur ayant une épaisseur de gaine de

O,012 mm.

Sur la figure 2, on a représenté le diagramme de diffraction des rayons X à une longueur d'onde de 0,17889 nm de l'alliage quasi cristallin de la poudre de départ Ce diagramme démontre la

présence des phases décagonale C, 01 et 03.

Exemple 2. Dans cet exemple, on suit le même mode opératoire que dans l'exemple 1 pour préparer un cordon de projection à partir d'une poudre d'alliage quasi cristallin de formule: A 165, 2 Cu 18,4 Fe 8,2 Cr 8,2 mais dans ce cas, on part d'une poudre obtenue

par atomisation au jet d'argon, ayant une granulomé-

trie de 20 à 150 nm.

Le diagramme de diffraction des rayons X de l'alliage de départ est donné sur la figure 3 Il démontre de la présence dans la poudre de

départ des phases décagonale C, 01 et 03.

Exempte 3.

Dans cet exemple, on suit le même mode opératoire que dans l'exemple 2, pour préparer un cordon de projection conforme au premier mode de réalisation de l'invention, mais on part d'une poudre d'alliage quasi cristallin de formule:

A 170 Cu 9 Fe 10,5 Cr 10,5-

obtenue également par atomisation, ayant une granulo-

métrie de 20 à 150 um.

La figure 4 représente le diagramme de diffraction des rayons X de l'alliage de départ et démontre la présence des phases décagonale C,

01 et 03.

Exemptes 4 à 9.

Dans ces exemples, on utilise le second

mode de réalisation du cordon de l'invention, c'est-

à-dire que l'on prépare l'âme du cordon, à partir

des poudres des constituants pris séparément présen-

tant les caractéristiques données dans le tableau

I qui suit.

Elément Forme des grains de poudre Al B Co Cr Cu Fe irrégulière sphérique sphérique irrégulière arrondie irrégulière/ rilr Jq i r A Fourchette granulométrique (um-pm)

150

80 90

22 45

150

110

Ni sphérique 45 90 I - i à Pour ces préparations, on suit le même mode opératoire que dans l'exemple 1, sauf que l'on prépare la première pâte à partir d'un mélange de poudres des différents constituants en proportions telles qu'elles correspondent à la composition atomique donnée dans le tableau 2, les pourcentages en poids de poudre, de fibres et de liant étant les mêmes que dans l'exemple 1 La poudre d'aluminium finement divisée a été tout d'abord enrobée par de l'acide stéarique pour éviter son oxydation

à la température ambiante.

Les cordons obtenus ont également un diamètre externe de 4, 75 mm et une épaisseur de

gaine de 0,012 mm.

Exemple 10.

Dans cet exemple, on prépare un cordon

de projection correspondant à la variante de réalisa-

tion de l'invention Dans ce cas, on utilise une gaine en acier à bas carbone de 18 mm de large et 0,3 mm d'épaisseur et on dispose sur cette bande d'acier un mélange de poudres d'aluminium, de cuivre, de fer et de chrome ayant les caractéristiques données dans le tableau 1 pour obtenir un mélange dans lequel l'ensemble poudre + gaine correspond à la composition:

A 165,3 Cu 18,4 Fe 8,2 Cr 8,1.

On roule ensuite la bande par formage mécanique pour obtenir un fil de 4, 8 mm de diamètre externe.

Exemptes 11 à 29.

Dans ces exemples, on utilise les cordons de projection préparés dans les exemples 1 à 10 pour réaliser des revêtements d'alliages quasi cristallins en utilisant un chalumeau à fil tel que celui représenté sur la figure 1, et en opérant dans les conditions suivantes: vitesse d'avancement du cordon de 300 mm/min ou 1600 mm/min, ce qui conduit à des taux d'alimentation massique en poudre du chalumeau proches de 600 g/h et de 3,1 kg/h, respectivement

gaz de combustion: hydrogène, acétylène ou propa-

ne, avec de l'oxygène; et débits gaz de combustion/O 2 qui varient selon les exemples; et distance de l'origine de la buse du pistolet au

substrat: 80 ou 150 mm.

Dans tous les cas, on utilise comme subs-

trat des plaquettes carrées d'acier doux de 50 mm de côté et 2 mm d'épaisseur, qui ont été préalablement

décapées au jet de corindon.

Les conditions de dépôt utilisées pour

chaque exemple sont données dans le tableau 3.

Après ce dépôt, on contrôle les revêtements obtenus par diffraction aux rayons X à la longueur d'onde de 0,17889 nm pour vérifier qu'ils correspondent

bien à des alliages quasi cristallins.

Dans le tableau 3, on a reporté les phases quasi cristallines identifiées dans chaque exemple et leurs fractions en masse dans le revêtement sans tenir compte de t'alumine déposée à partir

du cordon.

Au vu de ce tableau, on constate que les cordons de projection de l'invention permettent d'obtenir facilement le dépôt d'alliages quasi cristallins. Les figures 5 à 12 sont les diagrammes de diffraction des rayons X obtenus avec les dépôts

des exemples 11, 12, 14-18 et 20.

Sur la figure 5 qui se rapporte à l'exemple 11, on voit que Le diagramme est caractéristique de la phase cubique C dont les raies de diffraction sont repérées par C-100, C-110, C-111, C-200, C-210 et C-220, Les chiffres suivant la Lettre C

correspondant aux indices de Miller des raies.

Les autres raies qui sont marquées gamma correspondent à l'oxyde d'aluminium introduit dans Le dépôt à partir des fibres d'alumine présentes

dans L'âme du cordon.

Les figures 6 à 12 dont les échelles ne sont pas identiques à celles de la figure 5 représentent les diagrammes de diffraction des

rayons X des dépôts obtenus dans les exemples sui-

vants: exemp Le 12 (figure 6), exemp Le 14 (figure 7), exemple 15 (figure 8), exemple 16 (figure 9), exemp Le 17 (figure 10), - exemp Le 18 (figure 11), et

exemp Le 20 (figure 12).

Au vu de ces figures, on constate que Les diagrammes des figures 6, 8, 9 et 11 sont également caractéristiques de la phase cristalline C,

La figure 7 est caractéristique des phases cristal-

lines C+H+ 01, et les figures 10 et 12 sont caractéristiques des

phases cristallines C+H.

Si l'on compare Les diagrammes de diffrac-

tion des rayons X des figures 2, 3 et 4 avec ceux des figures 5, 6 et 7, respectivement, on remarque

que ces derniers diagrammes sont Légèrement diffé-

rents mais qu'ils correspondent à un alliage quasi

cristallin peu différent de L'alliage de départ.

Au vu du tableau 3, on remarque également que le taux de phase quasi cristalline produite ainsi que dans une large mesure la nature de ces phases ne dépend pas des paramètres de dépôt, ce qui garantit la facilité de mise en oeuvre du procédé

de la présente invention.

Exempte 30.

Dans cet exemple, on vérifie la stabilité thermique des dépôts obtenus avec tes cordons de l'invention. Dans ce but, on soumet ces dépôts à deux types de traitement thermique qui sont, soit le maintien isotherme sous vide secondaire, en ampoule de quartz scellée, soit le maintien isotherme à l'air Ces traitements sont appliqués sur des échantillons se présentant sous la forme de plaquettes de 1 x 5 cmqui ont été découpées à la scie diamantée à partir des substrats en acier doux revêtus d'alliage quasi cristallin obtenus

dans les exemples 11, 15 et 20.

A la fin de chaque traitement thermique, l'échantillon est refroidi à la température ambiante par convection naturelle dans l'air On l'1 examine ensuite par diffraction des rayons X Etant donné

la longueur d'onde utilisée ( 0,17889 ng> cette techni-

que permet d'étudier les matériaux de revêtement sur une profondeur de quelques micromètres à partir de la surface exposée, ce qui permet de détecter des modifications qui seraient dues à une oxydation superficielle. Les résultats obtenus ont montré que les revêtements quasicrista Llins obtenus à partir des cordons de l'invention étaient particulièrement

stables.

Les conditions de traitement et les échantillons testés sont donnés dans le tableau

4 qui suit.

Les figures 13 à 16 sont des diagrammes

de diffraction des rayons X obtenus sur les échantil-

Lons soumis au traitement thermique.

Si l'on compare les diagrammes de diffrac-

tion des figures 13, 14, 15 et 16 respectivement avec les diagrammes des figures 5, 8 et 12, on

remarque que ces diagrammes ne sont pas modifiés.

Ainsi, les revêtements quasi cristallins obtenus à partir des cordons de projection de l'invention sont particulièrement stables En effet, aucun changement de structure, qui serait révélé par des changements d'intensité relative des pics de diffraction ou bien par l'apparition de nouvelles raies, n'est décelable après traitement De même, les maintiens en température sous air y compris à 750 C n'entraînent pas d'augmentation d'intensité des raies correspondant à l'alumine, ni ne font apparaitre de raies caractéristiques d'un autre oxyde. Les matériaux de revêtement élaborés à partir des cordons de l'invention résistent donc particulièrement bien à l'oxydation, propriété intéressante qui s'ajoute à leur grande stabilité thermique.

Exempte 36.

Dans cet exemp Le, on détermine la dureté des revêtements d'alliages quasi cristallins obtenus

dans les exemples 12, 14 et 24 à 28.

Dans ce but, on découpe à La scie diamantée une partie des plaquettes substrats revêtues obtenues dans ces exemples pour prélever une éprouvette de 40 x 10 mm 2 On enrobe ensuite cette éprouvette d'une résine pour usage métallographique, puis

on la polit finement pour observation avec un micros-

cope optique, l'éprouvette ayant été placée dans l'enrobage de telle façon que sa section polie

fasse un angle de 40 à 500 par rapport à sa surface.

On mesure ensuite la dureté Vickers sur cette section polie de l'éprouvette à l'aide d'un microduromètre Volpert actionné par une charge de 400 g Les valeurs moyennes obtenues à partir d'une dizaine d'empreintes au moins par dépôt sont

données dans le tableau 5 annexé.

A titre de comparaison, on a donné dans ce tableau les valeurs de dureté Vickers mesurées également sous charge de 400 g pour des alliages quasi cristallins de même composition sous la forme de lingots Cette comparaison confirme que les cordons de projection de l'invention conduisent à des revêtements de dureté élevée, équivalente à celle des alliages élaborés sous forme de lingots,

et ceci quel que soit le cordon de projection utili-

* sé, puisque les duretés sont aussi bonnes lorsqu'on utilise un cordon dont l'âme est constituée d'un mélange de poudres des éléments de l'alliage quasi cristallin.

Exemple 37.

Dans cet exemple, on caractérise les propriétés tribologiques des revêtements obtenus à partir des cordons de l'invention en déterminant leur coefficient de frottement p qui est égal à Ft(N)/Fn(N), c'est-à-dire au rapport entre la force de résistance Ft à l'avance d'un indenteur auquel est appliquée une force normale Fn, toutes deux

étant exprimées en Newton.

Pour mesurer ce coefficient, on utilise un testeur CSEM (du type pion/disque) équipé soit d'un indenteur diamant Vickers, soit d'une bille

Brinel L en acier à outil 100 C 6 de 1,58 mm de diamè-

tre On place horizontalement sur le testeur un échantillon des substrats d'acier revêtus d'alliage quasi cristallin obtenus dans les exemples 12, 14 et 24 à 28, et on les met en rotation à une vitesse uniforme d'un tour par minute On applique l'indenteur avec une force normale constante Fn de 5 Newton et on creuse dans le revêtement une rayure circulaire d'un diamètre de 18 mm (dans le cas de l'indenteur au diamant) ou de 25 mm (dans le cas de la bille Brinell en acier) Dans le cas

du diamant, seule la première rayure a été retenue.

On détermine le coefficient de frottement à partir de la mesure de la force de résistance,

mesurée tangentiellement à la trajectoire de l'inden-

teur, qui comprend donc les effets cumulés du labou-

rage du revêtement et de la force de frottement vraie. Dans le cas de la bille Brinell, on mesure Ft pendant la première rayure, puis on poursuit l'essai pendant 5 tours supplémentaires de telle sorte que l'indenteur en acier achève de creuser son sillon dans le revêtement Le coefficient de frottement est alors mesuré pendant le cinquième

tour, ce qui exclut alors la contribution au frotte-

ment dû au labourage du sillon Le coefficient de frottement intègre aussi l'effet qui résulte éventuellement du transfert de matière du revêtement vers L'indenteur, car on utilise une bille neuve

pour chaque essai.

On a pu noter que cet effet n'est pas observé de façon systématique lors d'un examen de la surface de la bille par microscopie optique

après l'essai.

En revanche, une augmentation importante de la force de frottement est constatée lorsque la porosité du dépôt est importante En effet, dans ce cas, le déplacement de l'indenteur entraîne la compaction du matériau de revêtement sous-jacent

et par conséquent accroît, Lors des premiers passa-

ges, la surface de contact entre l'indenteur et le matériau et de ce fait La force de résistance

au déplacement de l'indenteur.

Les résultats obtenus sont donnés dans

Le tableau 6.

Dans ce tableau, on a donné également les valeurs des coefficients de frottement obtenus dans le cas de deux dépôts de lmm d'épaisseur réalisés sur des substrats en acier doux à l'aide d'une torche à plasma en utilisant les poudres d'alliages quasi cristallins de départ utilisées

dans les exemples 2 et 3.

Au vu de ces résultats, on remarque que les coefficients de frottement obtenus en projetant les revêtements à partir des cordons de l'invention sont équivalents aux coefficients de frottement obtenus lorsqu'on réalise Le revêtement par dépôt

de l'alliage au moyen d'une torche à plasma.

Exemple 38.

Dans cet exempte, on détermine les proprié-

tés thermiques et électriques du revêtement d'alliage quasi cristallin obtenu dans l'exemple 12, qui

présente une épaisseur de 3 mm.

On évalue tout d'abord la conductivité thermique en utilisant un montage de mesure de

la diffusivité thermique.

Pour cet essai, on sépare tout d'abord le revêtement du substrat par usinage mécanique de ce dernier, puis on irradie un échantillon de forme cylindrique de 3 mm d'épaisseur et de 10 mm de diamètre prélevé dans le revêtement, à l'aide d'un faisceau laser d'énergie égale à 20 J et de 5 10-6 S de durée d'impulsion On détecte l'élévation de température qui s'établit sur la face opposée de l'échantillon en fonction du temps, au moyen d'un capteur infrarouge On déduit ensuite de cette mesure la diffusivité thermique a qui est reliée à la conductivité thermique K par la relation K=a Cpd o Cp est la chaleur spécifique de l'alliage

et d sa masse spécifique.

On a mesuré la chaleur spécifique à la température ambiante à l'aide d'un calorimètre à balayage SETARAM et on a obtenu la masse spécifique

par pesée,rapportée au volume de l'échantillon.

On a obtenu les résultats suivants: a = 1,3 10-6 m 2/s Cp= 600 J/kg K d= 4300 kg/m 3 K= 3,3 W/m K. Pour effectuer les mesures électriques, on a découpé dans l'échantillon de revêtement d'alliage quasi cristallin de l'exemple 12 séparé de son substrat, une éprouvette de dimension x 1 xlx Omm, à l'aide d'une scie électrolytique On a mesuré ensuite la résistivité électrique de cette éprouvette à la température ambiante par la méthode dite à 4 points, en utilisant un courant de mesure constant de 10 m A et en mesurant la tension aux bornes des électrodes intérieures avec un

nanovoltmètre de grande précision.

On a ainsi obtenu une résistivité électri-

que 3 ohms/mètre, soit une conductivité électrique de 0,33 ohm-1 m-1. Les valeurs de conductivité thermique, d'une part, et de conductivité électrique, d'autre part, sont particulièrement faibles pour un matériau qui présente par ailleurs des caractéristiques

essentiellement métalliques.

Aussi, les dépôts d'alliages quasi cristal-

lins de la présente invention sont particulièrement intéressants pour de nombreuses applications, par exemple pour la réalisation de barrières thermiques, d'isolation, de chauffage par effet Joule ou de

chauffage par induction électromagnétique.

TABLEAU 2

Exemple Composition atomique du mélange de poudres 4 AL 65 Cu 20 Fe 15 A 163,5 Cu 24 Fe 12,5 6 A 170,9 Cu 9 Bo,l Fe 10 Cro 10 7 A 170 Co 10 Fe 13 Cr 7 8 AL 66 Co 18 Fe 8 Cr 8 9 AL 70 Co 15 Ni 15

TABLEAU 3

Ex Cordon Composition Vitesse Gaz de Débits Distan Phases % massi Ditfrac-

de atomique de d'avance du combustion az/O? ce buse/ quasicris que de tion X L'ex L'a L Liage cordon Lt/h)/(L/h) substrat ta Llines phases

de départ (mm/min) (mm) identifiées quasicris-

ta Llines AL 62,8 Cu 19,5 Fe 8,5 Cr 9,1 Mno,1 acétylène

1330/3360

C

> 95 %

fig 5 12 2 AL 65,2 Cu 18,4 300 acétylène 1330/3000 100 c > 95 % fig 6 Fe 8,z Cr 8,2 13 3 AL 70 Cu 9 Fe 10, 5300 acétylène 1330/3000 80 C+H+ 01 + 03 > 95 % 14 3 Cr 10,5 600 acétylène 1330/3000 80 C+H+ 01 > 95 % fig 7 4 AL 65 Cu 20 Fe 15 300 acétylène 1330/3000 100 C > 95 % fig 8 A 163,5 Cu 24 Fe 12,5 acétylène propane hydrogène propane acétylène acétylène propane

1330/3000

890/4630

2820/1500

890/4200

1330/3200

1330/3200

890/4400

C C+H C C C+H C+H C+H

> 98 %

> 95 %

> 95 %

> 95 %

> 98 %

> 98 %

> 98 %

fig 9 fig 10 fig 11 fig 12 -' TABLEAU 3 (suite)

Ex Cordon Composition Vitesse Gaz de Débits Distan Phases % massi Dlffrac-

de atomiqu dee d'avance du combustion az O 2 ce buse/ quasicris que de tion X de atomique de d'avance du combustion L'ex l'alliage cordon substrat tallines phases

de départ (mm/min) (mm) identifiées quasicris-

tallines 4 23 5 300 hydrogène 2820/1380 8 C+ll+o 1 > 95 % 24 5 300 acétylene 1330/3360 80 C+H > 95 % 6 AL 70,9 CU 9 300 acétylène 1330/3000 100 C+H+ 01 + 03 > 90 % Bo,1 Felo Cr 10 26 7 A 170 CO 10 300 acétylène 1330/3000 100 C+H+ 01 > 95 % Fe 13 Cr 17 AL 66 Co 18 Fe 8 Cr 8 acétylène

1330/3000

C+H+ 01

> 95 %

28 9 AL 70 Co 15 300 acétylene 1330/3000 100 C+H+décago > 90 % CN+H+dcagoj > 90 % Ni 15 na le A 165,3 Co 18 Fe 8,2 Cr 8,1 acétylène

1330/3000

c

> 95 %

rc J oo "Il o, al

TABLEAU 4

Ex Echantillon Température de Durée du maintien Conditions Diffraction X maintien (heures) (figure)

de l ex 1 550 C 20 vide -

31 750 C 30 1) vide 1) 13 32 de l'ex 15 800 C 30 vide 14 33 de l'ex 20 550 C 24 vide 15

34 de l'ex 20 550 C 0,5 air -

750 C 2) 3 2) air 2) 16 K) M "Il w al "Il k 1) Après le traitement thermique de l'exemple 30

2) " " " " " " 34.

TABLEAU 5

Revêtement de Invention Alliage de L'art l'ex Hv 400 antérieur

HV 400

12 550 540

14 520 650

24 580 550

540 690

26 725 840

27 770 845

28 635

TABLEAU 6

Revêtement Indenteur diamant Indenteur acier de l'ex =Ft (N) / 5 N = Ft (N)/5 N ler tour ler tour 5 ème tour

1 2 0,20 0,23 0,30

14 0,18 0,13 0,15

24 0,12 0,15 0,17 0,15

0,18 0,17 0,19

26 0,15 0,16

27 0,15 0,19

28 0,25 0,20 0,29

Dépôt plas-

ma de com-

position de départ de L'ex 12 0,27 0,50 de l'ex 13 0,16 0,12-0,15 0,15-0,18 "Il o, s'

Claims (6)

REVENDICATIONS

1 Cordon pour revêtement par projection au chalumeau, caractérisé en ce qu'il comprend une âme comprenant un Liant organique et une poudre ou un mélange de poudres apte à former un alliage quasi cristallin, cette âme étant entourée par

une gaine en matériau organique.

2 Cordon selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme contient de plus un

liant minéral.

3 Cordon selon la revendication 2, caractérisé en ce que le liant minéral est constitué

par des fibres d'alumine.

4 Cordon selon l'une quelconque des

revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la

poudre apte à former un alliage quasi cristallin est une poudre d'alliage de composition: Ala Xb(B,C)c Md Ne If dans laquelle X représente au moins un élément choisi parmi Cu et Co, M représente un ou plusieurs éléments du groupe comprenant Fe, Cr, Mn, Ni, Ru, Os, Mo, V, Mg, Zn, Ga et Pd, N représente un ou plusieurs éléments du groupe comprenant W, Ti, Zr, Hf, Rh, Nb, Ta, Y, Si, Ge et les terres rares, I représente une ou plusieurs impuretés d'alliage, et a, b, c, d, e et f représentent des pourcentages atomiques tels qu'ils satisfont les relations suivantes: 48 <a< 92 O<b< 30 O O c< 5 8,< d,< 3 O O < e, 4 8 d 30 a+b+c+d+e+f= 100 b+d+e,45. Cordon selon l'une quelconque des

revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le

mélange de poudres apte à former un alliage quasi cristallin est un mélange de poudres des éléments AL, X, B, C, M, N, et I avec X représentant au moins un élément choisi parmi Cu et Co, M représentant un ou plusieurs éléments du groupe comprenant Fe, Cr, Mn, Ni, Ru, Os, Mo, V, Mg, Zn, Ga et Pd, N représentant un ou plusieurs éléments du groupe comprenant W, Ti, Zr, Hf, Rh, Nb, Ta, Y, Si, Ge et les terres rares, et I représentant une ou plusieurs impuretés d'alliage, dans des proportions telles que le mélange de poudres corresponde à la composition de formule: Ala Xb(B,C)c Md Ne If dans laquelle X, M, N et I ont la signification donnée ci-dessus, et a, b, c, d, e et f représentent des pourcentages atomiques tels qu'ils satisfont les relations suivantes: 48 a< 92 0 <b< 30 0 <c 5 8 <d< 30 O O e 4 Of< 2 a+b+c+d+e+ f= 100 b+d+e< 45 6 Cordon selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'au moins deux éléments de la composition sont présents dans le mélange de poudres sous la forme d'une combinaison de ces éléments. 7 Cordon selon l'une quelconque des

revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la

gaine et le liant organique sont constitués d'un dérivé de cellulose choisi parmi la méthylcellulose, l'hydroxyméthylcellulose, l'hydroxyéthylméthylcellulose et la carboxyméthylcellutose. 8 Cordon selon l'une quelconque des

revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'âme

comprend en outre de l'eau et/ou un plastifiant organique. 9 Cordon pour revêtement par projection au chalumeau, caractérisé en ce qu'il comprend une âme constituée d'un mélange de poudres inorganiques et une gaine en matériau inorganique, les poudres du mélange et la gaine étant constituées d'un ou plusieurs éléments choisis parmi Al, X, B, C, M, N et I avec X représentant au moins un élément choisi parmi Cu et Co, M représentant un ou plusieurs éléments du groupe comprenant Fe, Cr, Mn, Ni, Ru, Os, Mo, V, Mg, Zn, Ga et Pd, N représentant un ou plusieurs éléments du groupe comprenant W, Ti, Zr, Hf, Rh, Nb, Ta, Y, Si, Ge et les terres rares, et I représentant une ou plusieurs impuretés d'alliage, en proportions telles que l'ensemble (gaine + mélange de poudres) corresponde à une composition d'alliage quasi

cristallin.

Cordon selon la revendication 9, caractérisé en ce que la composition d'alliage quasi cristallin répond à la formule: Ala Xb(B, C)c Md Ne If dans laquelle X, M, N et I ont la signification donnée ci-dessus et a, b, c, d, e et f représentent des pourcentages atomiques tels qu'ils satisfont les relations suivantes: 48.<a< 92 O<b,30 0 c 5 8 d< 30 Oie 4 O O f C 2 a+b+c+d+e+f= 100

b+d+e< 45.

11 Cordon selon la revendication 10, caractérisé en ce que la gaine est en acier, en

aluminium, en cuivre ou en nickel.

12 Procédé de dépôt sur un substrat d'un revêtement d'alliage quasi cristallin, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un pistolet de projection à flamme oxy-gaz et/ou arc électrique ou plasma et à alimenter ce pistolet au moyen d'un cordon selon l'une quelconque des

revendications 1 à 12, de façon à projeter sur

le substrat l'alliage quasi cristallin obtenu par

réaction dans la flamme des constituants du cordon.