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.Procédé perfeotionné pour la production d'alliages.
Cette invention se rapporte à un procédé de produotion d!alliages de certains métaux aveo des métaux du groupe titanium, de la table périodique d'éléments, et plus spécialement du sous-groupe "A" du quatrième groupe de la table périodi- qu e.
On sait que l'on peut allier le ouivre avec des métaux du groupe titanium, et les procédés ordinaires consistent à
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ajouter l'élément alliant à un bain fondu de l'autre élément.
Ce procédé exige l'emploi de fondants spéciaux pour réduire au minimum 1¯'oxydation de 1.'élément alliant, et il se complique en outre du fait de la grande différence entre les points de fusion et entre les poids spécifiques des métaux à allier. Le cuivre a un poids spécifique de 8,94 et un point de fusion de 1083 C, tandis que le ziroonium par exemple a un poids spécifique de 6,4 et un point de fusion de 1700 C.
Les autres métaux du même groupe ont aussi des points de fusion très élevés et des densités soit beaucoup plus faibles, soit beaucoup plus fortes que celle du cuivre.
Lorsqu'on ajoute un élément tel que le titanium ayant un poids spécifique de 4,5 et un point de fusion d'environ 1800 C au bain fondu de cuivre, il n!entre pas assez rapidement en solution, et par suite de sa faible densité il monte à la surface où il s'oxyde, tout au moins en partie. Dans certains cas, les pertes en titanium peuvent atteindre presque 90% du métal pur ajouté. L'emploi de fondants spéciaux formant une pellicule liquide à la surface du cuivre fondu améliore dans une certaine mesure cette condition, mais ne donne pas encore de résultat intéressant satisfaisant.
Les grandes différences de densités entre le cuivre et les éléments alliants du groupe titanium, ne peuvent pas être modifiées et produisent un alliage dans lequel 1.'élément ajouté se trouve distribué de façon inégale.
La présente invention se rapporte, sous un aspeot plus spécifique, à un procédé de production d'un alliage de cuivre avec des métaux du groupe titanium, qui évite les dif- fioultés des procédés connus et permet de produire des alliages fondus ayant une structure dentr@tique uniforme dans
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toute la masse, ces alliages étant formés de métaux en poudre, et à des températures relativement basses. Sous un aspect plus général, l'invention se rapporte à un procédé de production d'alliages de cuivre, nickel et argent, avec des métaux du groupe titanium, paroe que la demanderesse a trouvé que le nickel et 1!argent possèdent comme le ouivre les caractéristiques nécessaires à la production d'alliages d'après ce procédé.
T'une façon générale, les caractéristiques du ouivre, de 1.'argent et du niokel qui permettent la formation diallia- ges de ces métaux avec des métaux du groupe titanium de la manière ci-après décrite, résident en ce que ces métaux possèdent une affinité chimique définie pour les métaux du groupe titanium et forment aveo eux des alliages eutétiques à point de fusion bas qui, en présence d'hydrogène, forment des couches liquides autour des grains du métal titanium.
On sait que le ouivre, dans une atmosphère d'hydrogène, peut s'écouler par capillarité et recouvrir le fer d!une oouohe mince, ou encore pénétrer dans des oriques à peu près microscopiques, mais pour profiter de davantage de la même propriété du ouivre de reoouvrir des fines parcelles de titanium ou tout autre métal du groupe titanium, 1!hydrogène ordinaire n'est pas assez pur. Le titanium par exemple s'oxyde tellement facilement à de hautes températures, que les moindres traoes d'oxygène ou d'azote suffisent à couvrir la surface des parcelles de titanium aveo une couche dioxyde et de nitrure empêchant la diffusion du cuivre dans le titanium.
Même avec de 1.'hydrogène aussi pur qu'on peut 1!obtenir par les procédés modernes, son emploi dans un procédé analogue au présent procédé ne donnera pas de résultat satisfaisant.
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Il sera impossible d'empêcher la consommation de l'hydrogène pur par l'oxygène et l'azote se dégageant des métaux euxmêmes. Ainsi qu'on le sait, les surfaces des parcelles de cuivre se recouvrent généralement d'une quantité variable d'oxyde de cuivre qui se réduit pendant le prooessus, et l'oxygène dégagé se combine avec l'hydrogène pour former une association qui à son tour sera réduite par le titanium.
Les demandeurs ont trouvé que pour obtenir le résultat désiré, l'atmosphère d'hydrogène doit être dégagée par la substance pulvérisée elle-même, et doit être produite en volume suffisant. Lorsque l'hydrogène se dégage du métal en poudre du groupe titanium, il balaie de la masse toutes les traces d'oxygène et d'azote confinés dans les matières en poudre, et il permet au cuivre, au nickel et à l'argent de mouiller les grains du métal en poudre du groupe titanium, et de former ainsi un alliage à point de fusion bas à la surface du métal du groupe titanium, alliage qui protège ce groupe contre l'oxydation pendant les phases restantes du procédé.
Pour remplir la condition que le titanium à l'état de poudre renferme de l'hydrogène qui se dégage pendant le prooessus pour tonner de l'hydrogène naissant, on peut utiliser des hydrures du titanium à l'état métal, préparés, ou bien l'hydrogène peut être contenu dans le métal par absorption.
Les quatre métaux du groupe titanium employés dans ce procédé absorbent facilement et dégagent, à de hautes températures, de grandes quantités d'hydrogène dans oertaines conditions de température et de pression de gaz. Chacun de ces métaux absorbe un tel volume d'hydrogène qu'il forme un véritable hydrure qui peut être représenté par une formule chimique
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telle que TiBH3, TiR2, ZrH2, HfH2 ou ThRa. Pour certains buts, par exemple lorsque le lingot à obtenir doit être exempt de soufflures, il est néoessaire d!employer l'un de ces hydrures à 1.' état parfaitement sec et partiellement dégazéifié.
L'analyse chimique de ces matériaux indique une teneur beauooup plus faible en hydrogène que dans les hydrures véritables correspondant par exemple à la formule ohimique ZrH2.
Il est vraisemblable que chaque particule du matériel en poudre n'est pas dans ce cas un véritable hydrure, mais une solution solide d'un hydrure dans un métal. Dans certains cas, la teneur en hydrogène est encore plus faible et la substance ne peut être qualifiée que comme étant un métal contenant de l'hydrogène.
La demanderesse ne se range pas à cette théorie, quant à la façon dont 1!hydrogène peut être oontenu dans les métaux en poudre du groupe titanium, autant que cette théorie,)peut donner le résultat pratique qui est le même. Que l'on emploie un hydrure véritable, un hydrure partiellement dégazéifié ou un métal renfermant de 1.'hydrogène sous la forme occluse, si le volume de gaz qui s'en gégage est suffisant, il remplira le but désiré de protéger effectivement les substances avant que la réaction se fasse, et de permettre au cuivre, au niokel ou à 1.'argent de s'humecter ou de couler complètement autour des grains du métal groupe titanium, pour le protéger contre 1.'oxydation pendant les phases restantes du procédé.
Pour mieux faire comprendre ce procédé perfectionné, on va déorire ci-après la formation d'un alliage de cuivre avec du titanium. On mélange intimement de 1¯'hydrure de titanium en poudre (oorindon spécialement préparé) dans un
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broyeur à boulets avec la quantité désirée de cuivre en poudre. Le mélange peut être placé dans un creuset en alundon, et ce dernier peut être introduit dans un four à vide dont on fera monter progressivement la température jusqu'à 10000C, c'est-à-dire au-dessous du point de fusion du cuivre, tout en maintenant le vide à l'intérieur du four par une pompe appropriée.
Lorsque la température atteint 350 C, l'hydrure de titanium commence à se dissooier, et de 1!hydrogène naissant balaie de la masse en poudre toutes les traces restantes d!oxygène et d'azote contenus dans la substance en poudre, et la concrétisation graduelle des parcelles de ouivre rassemble toutes ces parcelles en une masse compacte.
L'hydrogène naissant qui se dégage de l'hydrure de titanium constitue une atmosphère protectrice pour toutes les parcelles individuelles de titanium pendant la première phase du procédé, et permet au cuivre de former une couche protectrice d'alliage liquide riche en cuivre autour de chaque parcelle de titanium, la couche protectrice de cet alliage liquide riche en cuivre agissant pendant la deuxième phase du traitement thermique suivant, lorsque l'hydrogène naissant a été complètement éliminé, comme un agent protecteur pour le titanium.
L'avantage de la protection mutuelle de cuivre et d!hydrure de titanium s!observe d'une façon spécialement facile dans la préparation d'alliages de cuivre riches en titanium. Par exemple, un alliage comprenant 70% de titanium et 30% de cuivre peut être obtenu sous forme de poudre, et si même on ne prolonge le traitelent thermique que pendant un temps assez court, chaque grain individuel montre 1¯'effet indiqué ci-dessus. La suite du traitement thermique produit
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cependant la diffusion du cuivre dans le titanium, en donnant lieu à un alliage uniforme de titanium et de cuivre.
Les alliages ouivre-titanium sont produits par le présent procédé à une température considérablement plus basse que le point de fusion de 1!un ou 1.'autre des métaux. Ces alliages ont cependant une composition uniforme. La distribution uniforme de l'élément alliant est avant tout assurée par le mélange des substances en poudre dans le broyeur à boulets. D'autre part, comme les matières se concrétisent à une température inférieure au point de fusion du ouivre, ce traitement thermique n'altère pas la distribution uniforme des parcelles de densité différente dans la masse du matériel traité.
Dans la dernière phase du traitement thermique, pendant laquelle le cuivre se diffuse dans chaque paroelle individuelle de titanium et constitue un alliage à bas point de fusion, le liquide résultant possède la même densité dans toute sa masse, ce qui élimine toute possibilité de ségrégation.
Un alliage ouivre-titanium contenant 15% de titanium avait été concrétisé et liquéfié par le traitement d'un mélange en poudre de cuivre et d'hydrure de titanium à 960 C.
Les essais métallographiques sur L'alliage obtenu ont montré que 1.'alliage avait une structure dentritique uniforme dans toute la masse du lingot.
Les alliages cuivre-ziroonium et cuivre-thorium ont été obtenus par le même procédé. Cependant la température du traitement monte légèrement avec 1.'élévation du point de fusion de 1!élément alliant. Les alliages ouivre-ziroonium par exemple peuvent être obtenus à .L'état fondu par un traitement conduit . 1000 C, et les alliages cuivre-thorium à 1075 C.
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L'addition d'un fort pourcentage de 1!élément alliant, par exemple 60 à 80% de titanium, produit des alliages ayant un point de fusion plus élevé et qui, lorsqu'ils sont traités à 100000, sont obtenus non sous la forme d¯'un lingot fondu, mais sous une forme spongieuse qui se laisse facilement réduire en poudre.
L'addition d¯'un métal du groupe titanium à du cuivre lui donne une dureté considérable et augmente sa résistance à l'action des agents corrosifs et abrasifs. L'alliage de cuivre renfermant 25% de ziroonium ne peut pas être taillé avec une scie à métaux. Par conséquent, ces alliages seront employés d'une façon très utile lorsqu'on a besoin d'une très grande dureté du cuivre.
Le cuivre forme des alliages de la manière décrite avec les meilleurs résultats, et il n'est pas nécessaire que le cuivre soit chimiquement pur. Il peut renfermer d'autres éléments sous la forme d'une solution solide, tout en donnant encore des résultats semblables. Mais si un élément tel que du nickel est contenu dans le ou ivre aveo un pourcentage élevé, la température de formation des alliages est plus élevée.
On peut varier le pourcentage du niokel dans le cuivre entre de larges limites, parce que le nickel forme avec le cuivre une série continue de solutions solides, et bien qu'en fait il soit généralement olassé dans un groupe différent drôle- ments, il se comporte dans ce cas particulier d¯'une façon semblable par rapport au cuivre. Par exemple, on a formé des alliages fondus de nickel et de ziroonium en chauffant le mélange en poudre de niokel et d'hydrure de zirconium à 1200 C, température beaucoup plus basse que le point de fu- sion du nickel. Ces résultats ont été obtenus grâoe à la
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formation $.!un alliage eutétique à bas point de fusion qui, comme dans le cas du cuivre, forme une oouohe liquide autour des grains de ziroonium.
La formation ce',alliages de nickel et d'argent avec des métaux du groupe titanium est effectuée d¯'une façon semblable à oelle décrite pour les alliages de ouivre, et n'a pas besoin d'être décrite en détail ici, paroe que les variations de température seront facilement comprises par les hommes du métier. On doit comprendre évidemment que la température atteihte pendant la formation d'un alliage diaprés la présente invention variera avec le pourcentage des métaux constituant l'alliage. Dans le cas d'alliages eutétiques, les températures seront plus basses que dans le cas ou les pourcentages varient par rapport à l'alliage eutétique.
Autant qu'on le sache, le nickel et l'argent sont les seuls métaux que 1! on puisse allier aveo des métaux du groupe titanium de la manière spécifiée. Ils possèdent chacun une affinité pour les métaux du groupe titanium, et en présence de l'hydrogène dégagé par les métaux titanium, forment des alliages eutétiques qui coulent sur les surfaces des paroelles du titanium et les protègent contre la contamination, de sorte que lorsque la température s!élève, ils peuvent se diffuser à travers les partioules du titanium pour former l'alliage f inal.
Qu'il suffise de dire ici que dans une atmosphère d'hydrogène naissant se dégageant du titanium métal, le cuivre, le nickel et 1.'argent s'allient facilement avec des métaux du groupe titanium au-dessous de leurs points de fusion, de la manière spécifiée. Tous les hommes du métier oomprendront facilement que le procédé aura passé son point critique
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dès que les surfaces des parcelles du métal auront été complètement mouillées par le cuivre, le nickel ou l'argent, suivant le cas, et que la fusion de ces derniers métaux à l'intérieur du titanium aura commencé.
Pour certaines applications, le procédé peut être considéré comme complet à ce point, et effectivement: on peut l'arrêter si on le désire, paroe que la fusion complète du cuivre, du nickel ou de l'argent dans les parcelles du métal titanium n'est qu'une question de continuation du traitement thermique.
REVENDICATIONS.
1 Procédé pour la formation d'alliages d'un métal choisi parmi un premier groupe consistant en cuivre, nickel et argent, avec un métal choisi parmi un deuxième groupe comprenant des métaux du groupe titanium ou de la table périodique d'éléments, caractérisé en ce qu'un métal en poudre du premier groupe est mélangé à un hydrure en poudre d'un métal du deuxième groupe, après quoi la température du mélange est élevée jusqu'à ce que l'hydrure se dissocie en un métal et hydrogène, le métal du premier groupe mouillant la surface des grains du métal du groupe titanium, et la température étant ensuite augmentée jusqu'à ce que le métal du premier groupe se diffuse à travers les grains du métal libéré par l'hydrure.