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Procédé de fabrication de corps dits "compacts" plaqués de poudre métallique.
La présente invention est relative à la production d'articles ou de corps plaqués, ci-après désignés "compacts" de 'poudre métallique et a particulièrement rapport à la production de tels compacts plaqués par électrolyse.
Dans une de ses phases, l'invention a pour but primaire la production de compacts plaqués dans lesquels le placage n'est pas sujet à la détérioration habituelle des compacts plaqués produits jusqu'ici. Dans un autre de ses aspects, l'invention a pour but la production de compacts plaqués dans lesquels une liaison perfectionnée entre le pla- cage et le corps principal est obtenue, et qui permet certaines opérations de parachèvement désirables sans abîmer le plaquage ou sans affecter dangereusement la liaison entre
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le métal de placage et le étal du corps principale Dans un autre encore de ses aspects,
l'invention a pour but la produc- tion de compacts plaqués dont le placage comprend un alliage de différents métaux dont les propriêtés sont telles qu'elles en empêchent le dépôt sous formes alliées par des méthodes
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galvanoplatiç[ues.
D'autres buts plus détaillés de l'invention et la manière d'appliquer celle-ci, avec les avantages dérivant de son emploi, seront mieux compris avec référence à la partie suivante de cette description et aux dessins annexés dans lesquels ils sont examinés dans un but d'illustration mais sans limitation à quelques exemples caractéristiques de la réalisation de l' invention.
Pour produire un compact par les méthodes ordinaires de la métallurgie des poudres,une masse de poudre métallique, qui peut être composée d'un seul métal ou d'un mélange de métaux différents, est d'abord comprimée en un bloc convenable, à température normale ou peu élevée,sous une pression suffisante pour produire une ébauche pouvant être manipulée.
L'ébauche est ensuite frittée dans un four à température ap- propriée ; inférieure à la température de fusion du métal, ou du métal prédominant dans le cas d'un mélange. Usuellement, cette opération est faite en présence, dans le four, d'un gaz réducteur ou protecteur, tel que l'hydrogène. Le compact fritte résultant peut être directement employé ou il peut être subséquemment encore rendu dense ou mis à dimensions par compression à froid additionnelle ou par estmpage, Même quand des opérations finales d'estampage sont effectuées, il est très difficile de produire des pièces très denses, et les pièces usuellescommerciales produites parles méthodes cidessus montrent une porosité qui peut être évaluée à 40%.
Beaucoup d'essais ont été faits pour obtenir une surface plaquée satisfaisante sur de telles pièces frittées plus ou moins poreuses dans le but de réaliser une surface.
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résistante à la corrosion, une surface d'apprence meilleure ou d'autre couleur que celle du corps du compact, ou pour d'autres raisons. De tels essais ont cependant, dans le passé, été infructueux, le corps du compact et le placage étant détériorés par corrosion, écaillage ou autrement, dans un temps relativement court.
La cause de la détérioration rapide de telles pièces obtenues parles méthodes galvanoplastiques ordinaires est due au fait qu'il n'est pas possible de laver complètement l'électrolyte hors des pores du matériau poreux et que les sels résiduels ainsi enfermés dans la matière provoquent en un temps relativement court, une corrosion interne de la plèce avec une détérioration corrélative de la surface.
En conformité avec la présente invention, cette situation hautement indésirable est éliminée et une surface µlaquée stable et durable est obtenue par élimination des sels occlus par l'emploi d'un traitement thermique subséquent à l'opération de placage et opérant l'enlèvement des sels par volatilisation, qui peut être ou ne pas être accompagnée d'une décomposition par la chaleur, suivant la nature des résidus occlus.
Puisque l'opération de frittage nécessaire pour produire un compact fini est elle-même un traitement thermique capable d'extraire les sels occlus, l'invention peut avantageusement être appliquée sans étape additionnelle, donc aussi économiquement que les méthodes inefficaces antérieures, en inversant l'ordre des étapes de traitement de l'ébauche initiale.
Suivant ce procédé, le compact est plaqué dans son état d'ébauche et est ensuite soumis à l'opération usuelle de frittage requise pour produire un compact cohérent fini de résistance mécanique requise.
Comme exemple de ce procédé, mais sans limitation, des articles ont été fabriqués, suivant une phase de l'in- vention, comme suit :
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1) un compact de poudre métallique est formé par compression en un bloc convenable sous une pression de 30 t. par pouce carré, d'un mélange de 99% de poudre de fer et de 1% de graphite, donnant une ébauche- avec une porosité de 23%; 2) l'ébauche est préparée pour le placage suivant les méthodes normales par décapage dans une solution chaude d'acide chlorhydrique à 10% suivi d'un lavage à l'eau chaude; 3) le compact ainsi préparé est ensuite plaqué avec du nickel par les méthodes normales et suivant la pratique standard usuelle utilisant une densité de courant de 18 ampères par pied carré de cathode avec l'électrolyte suivant :
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hFâ. :â0/?ï:ï0 120 grammes par litre J\TH4Cl 15 Il 1\
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<tb> H3BO3 <SEP> 15 <SEP> " <SEP> "
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L'opération de placage estprolongée jusqu' à obtention d'un dépôt d'une épaisseur approximative de 0,001 pouce sur le compact.
4) La pièce plaquée estensuite frittée dans un four normal de frittage sous atmosphèred'hydrogène.Le cycle de frittage estle suivant :30 minutes de chauffagejusque 2000 F; 1 heure à 2000 F; 30 minutes de refroidissement jusqu'à la température ambiante.
5) Le compact fritte a. une surface très lisse et brillante et aucun écaillage ou separation de placage ne se produit.
De plus, une section transversale du compact examinée au microscope avec un grossissement de 400 diamètres montrait
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la structure représentée à la mieropiiotcgraphie de la fig.l.
La température et la durée du cycle de frittage agissent pour volatiliser et extraire les sels résiduaires de l'opé- ration de placage et, ainsi qu'on peut le remarquer à la, fig. 1, 1'opération de frittage oblige le métal de placage à pénétrer et à diffuser dans le corps poreux du compact à une distance plus grande que celle que l'on peut obtenir
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par le dép8t galvanoplastique. Ceci devient évident de l'examen de la fig.2 quimontre avec le même grossissement la section transversale'd'un compact préparé de la même façon que décrit ci-dessus, excepté que l'opération de frittage a été limitée à une période de 10 minutes à la température de frittage.
La comparaison entre les deux échantillons montre clairement la diffusion additionnelle résultant d'une opération de frittage complète.
Un compact complètement fritté conformément à la méthode ci-dessus décrite fut soumis à une opération d'es- tampage sous une pression de 50 t..par pouce carré. L'opé- ration d'estampage n'affecte pas la liaison entre le métal plaqué et le corps de fer, quoique, comme résultat de cette opération,le compact soit comprimé à des dimensions plus faibles et que sa densité soit augmentée. La raison appa- rente de ce fait est que le placage de nickel ayant été entièrement recuit par l'opération de frittage, et entiè- rement relié par la diffusion qui en résulte, est capable de subir xxx la déformation provoquée par l'opération d'estampage sans crevassement ou écaillage du corps de base du compac t.
Dans le but d'éprouver l'efficacité du placage vis à vis de la corrosion, trois échantillons furent préparés, dont l'un fut élaboré conformément à la méthode précédemment décrite, le second, ayant un corps de base de même matière ferreuse, fut plaqué avec du nickel suivant la méthode normale après frittage, et le troisième,ayant un corps de base de la même matière ferreuse que les deux autres, fut laissé non plaqué. Ces trois échantillons furent plac.és dans un ré- servoir scellé au-dessus d'une solution saline saturée. Le spécimen non plaqué commença à montrer une couche uniforme de rouille dans les 48 heures et fut fortement et entièrement corrodé en une semaine.
L'échantillon plaqué de la ma-
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nière courante commehca à montrer des poches de corrosion 24 heures après le commencement de l'essai. L'échantillon plaqué conformément à la présente invention ne montrait aucun signe de corrosion après un mois d'exposition à l'atmosphère saline.
Comme mentionné précédemment., la manière spécifique suivant laquelle la présente invention peut être le plus éco- nomiquement mise en pratique est le placage de l'ébauche sans opération intermédiaire, suivi de l'exécution de l'opération totale de frittage requise. Dans certains cas, cependant, il peut être désirable de modifier ce procédé. Pour certaines pièces faites par les procédés de la métallurgie des poudres, les ébauches peuvent être trop fragiles pour la manutention pendant l'opération de placage, du fait de sections minces,de la haute porosité désirée pour le produit final, de la nature du métal formant le corps du compact ou d'autres raisons.
Dans ces cas, il peut être désirable, principalement pour des raisons mécaniques, de soumettre l'ébauche à un:- opération préliminaire de frittage pour augmenter la résistance mécanique jusqu'à une valeur permettant la manipulation de la pièce dans les opérations ultérieures de placage et de frittage final, sans danger de rupture.
Puisque, en tout état de cause, la pièce doit, dans le but de terminer les opérations de l'invention, être soumise au traitement thermique après l'opération de placage, il estordinairement désirable,pour l'économie, si un frittage est requis antérieurement au placage, de limiter ce dernier frittage à une courte opération préliminaire. Cependant, il y a lieu de noter que, en ce qui concerne les ré- sultats que l'on cher che à atteindre par l'invention, il n'y arien qui exclut une operation de frittage complète avant le placage suivi d'un traitement thermique après ce placage, à une température et d'une durée suffisantes pour extraire les sels résiduaires occlus.
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Dans un autre de ses aspects, l'invention permet la production d'un placage de métal allié uniformément diffusé sur un compact de poutre métallique. Comme cela est bien connu, certains métaux qui sont capables de former des alliages intéressants, ont des propriétés électro-chimiques entièrement différentes qui rendent impossible leur dépôt simultané sous forme d'un revêtement d'alliage par des méthodes galvanoplastiques. Il a été trouvé cependant que le résultat désirable. de production d'un revêtement d'alliage uniforme peut être obtenu par la présente invention par placage du compact au moyen d'une série d'opérations de placage séparées, avec les différents métaux avec lesquels on désire former l'alliage, suivies,ultérieurement, du frittage de la pièce.
L'opération de frittage n'élimine pas seulement les sels résiduels, mais, à cause de la température et de la durée de l'opération, elle provoque l'alliage des métaux déposés séparément de façon à former une liaison solide etpermanente avec lecorps principal de la pièce.
Comme exemple de cela, une ébauche en compact ferreux formé comme décrit précédemment fut plaquée galvanoplastiquement avec du nickel, de façon à former un revêtement de 0,001 pouce d'épaisseur. Cela fut suivi d'une se- conde opération de placage au cours de laquelle la pièce plaquée de nickel fut recouverte d'une couche de cuivre de 0,0005 pouce d'épaisseur. -Après cette opération, la pièce avait naturellement la couleur du cuivre. L'échantillon fut ensuite fritté en atmosphère d'hydrogène, le même cycle que décrit précédemment étant employé. La couleur superficielle de la pièce frittée résultante n'était plus cuivrée, maiq était devenue d'aspect argenté.
Une étude microscopique de la section transversale de la pièce et des analyses chi- miques de son revêtement révélèrent que la cuivre et le ni- ckel avaient diffusé pour former un cupro-nickel ayant la composition approximative du métal Monel bien connu. Il est
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bien évident que lemêmeprocédé peut être employé pour produire d'autres revêtements alliés, tels que par exemple nlickel- chrome, cuivre-étain, etc.., par revêtement sépare d'une pièce avec les différents métaux constituant l'alliage, et ensuite par liaison et alliage ultérieur de ceux-ci par traitement thermique .Il est encore évident que, en ce qui concerne la nature du revêtement final, c'est à dire qu'il Suit un métal pur ou un alliage,
il est indifférent que l'opération ou les opérations de placage soient effectuées sur une ébauche brute ou sur une ébauche qui a déjà été soumise à un traitement de frittage. Le critérium, dans tous les cas, est celui d'un tfaitement thermique après le placage.
Quoiqu'il ait été trouvé, substantiellement dans tous les cas, que le procédé décrit donne entièrement satisfaction du point de vue commercial, il a été trouvé Que,lors du pla,cage direct au moyen de solutions exigeant des cyanures, tels que le cyanure de sodium ou de potassium, le sel résiduel est relativement difficile à extraire à une vitesse commercialement satisfaisante, par le chauffage seul.
Dans le but d'obvier à l'inconvénient d'un chauffage prolongé plus longtemps que le temps requis pour l'opération de frittage, on peut éviter cette difficulté par l'emploi de sels appropries pour le bain électro-, lytique, mais si cette substitution n'est pas désirable pour des raisons économiques ou autres, la difficulté est aisément évitée en soumettant l'article plaqué à l'action d'une solution acide neutralisante transformant le cyanure en un autre sel plus rapidement volatilisé par la. chaleur seule. Par exemple, un article plaqué contenant du cya.nure de sodium résiduel comme résultat de l'opération de placage peut avantageusement être traité par une solution d'acide oxalique ou une solution diluée d'acide sulfurique pour transformer le sel de sodium en oxalate ou en sulfate de sodium plus rapidement volatilisé.
D'autres
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acides neutral3s antsapproprïés peuvent gtre employés pour
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traiter et transformer les sels résiduels qui ne sont pas rapidement éliminables en autres sels plus rapidement élimi- nables.
Dans l'exemple donné précédemment, dans lequel un com- pact est d'abord plaqué de nickel, puis ensuite plaqué de cuivre enemployant un, bain cyanuré, aucune difficulté ap- préciable n'est rencontrée du fait de l'emploi de cyanure de sodium. Dans cet exemple, le placage de nickel déposé inti- tialement empêche la pénétration du cyanure de sodium dans le corps poreux, en amenant des difficultés pour son élimina- tion par la chaleur en un temps acceptable.
Quoique pour l'explaication de la nature de l'inven- tion, des exemples de compacts de nature ferreuse ont seuls été donnés, ces exemples ne doivent pas être considérés comme limitant l'invention en ce qui concerne la composition du corps à plaquer, car l'invention est applicable aux corps de tout métal ou alliage capable d'être traité par les pro- cédés de la métallurgie des poudres et qui peuvent être pla- rués. Il est de plus entendu que le terme "poudre" employé ici est censé couvrir toutes les dimensions de particules dans la série capable d'être transformée en compacts métal- liques par des opérations de compression e de frittage ca- racteristiques de la métallurgie des poudres.
De ce qui' précède, il apparait que 1' invention peut être mise en application de nombreuses manières spécifiques appliquées à une large variété de matériaux combinés de nombreuses fagons et que, par application de l'invention, de nouvelles formes perfectionnées de compacts non obtena- bles jusqu'ici peuvent être produites. L'invention doit, en conséquence, être comprise comme embrassant toutes les mé- thodes et tous les produits tombant dans le domaine des re- vendications annexées.