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La présente invention est relative au traitement de métaux par immersion dans des bacs- à fours électriques destinés à recouvrir le métal d'un revêtement en aluminium ou alliage d'aluminium.
Pour obtenir une bonne adhérence au métal de base, ferreux ou autre, du revêtement formé par un métal tel que l'aluminium, il est essentiel que la surface du métal traité soit absolument propre au moment où le revêtement est appliqué. Ceci peut être obtenu en décapant le métal de base dans un bain de sels approprié. Pour empêcher toute oxydation de la surface de ce métal avant application du revêtement il est préférable d'avoir recours à un procédé à immersion, dans lequel le décapage et le revêtement ont lieu dans un même bain, de telle façon que le métal, une fois décapé, ne soit plus exposé à l'air entre la fin du décapage et le début du processus de revêtement.
On peut utiliser, pour la mise en oeuvre d'un tel procédé, un bain comportant une couche inférieure d'aluminium fondu, ou d'alliage d'aluminium fondue en contact avec une couche supérieure d'une composition saline fondue, de telle sorte que l'article métallique destiné à recevoir un revêtement puisse d'abord être amené à traverser la couche de sels pour être décapé et chauffé, puis être plongé dans la couche d'aluminium fondu pour recevoir un revêtement. Il a été constaté qu'un bain contenant un mélange de fluorures de métaux avec d'autres hélogénures, convient pour décaper les métaux ferreux et autres avant l'application du revêtement, ce bain étant maintenu en contact avec de l'aluminium fondu pour rendre le sel actif.
Comme décrit dans le brevet anglais n 667.164 déposé le 11 Mars 1947, la composition suivante est particulièrement avantageuse
EMI1.1
<tb>
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> potassium <SEP> ......... <SEP> 37 <SEP> à <SEP> 57 <SEP> % <SEP>
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> sodium <SEP> ............. <SEP> 25 <SEP> à <SEP> 45 <SEP> % <SEP>
<tb>
EMI1.2
Cryolite ....................... 8 à 20 %
EMI1.3
<tb>
<tb> fluorure <SEP> d'aluminium <SEP> ...........
<SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 12 <SEP> %
<tb>
Alors qu'une composition à base de sels fondus, contenant un fluorure, en contact avec de l'alumiLium fondu, ou avec un alliage d'aluminium fondu, présente de nombreux avantages en tant qu'agent de préchauffàge et de décapage utilisable dans les procédés de revêtement métallique, il est cependant extrêmement réactif et corrode dans des délais::
relativement= rapides les revêtements usuels des fourso D'autre part, le réglage de la tem- pérature des couches d'aluminium et de sels, destiné à la maintenir à un niveau approprié, constitue une autre source de difficultés,
Suivant la présente invention, la composition saline comprenant des fluorures de métaux et d'autres halogénures, est contenue dans un bac faisant partie d'un four,ce bac ayant un revêtement de carbure de silicium aux endroits destinés à venir en contact avec le sel fondu.
L'invention prévoit également l'utilisation de dispositifs de chauffage par l'électricité dans la partie du réservoir occupée par le sel fondu et d'autres dispositifs de chauffage électrique dans la partie du réservoir occupée par l'aluminium, de telle façon que ce dernier puisse être chauffé directement au lieu de recevoir simplement de la chaleur à partir du sel fonduo Ainsi le réglage de la température du bain peut être amélioré. Le terme "aluminium" est utilisé dans la suite pour désigner non seulement l'aluminium pur. mais également les alliages à base d'aluminium.
D'autres caractéristiques de l'invention résulteront de la description qui va suivre d'exemples de mise en oeuvre de l'invention.
Au dessin qui s'y rapporte :
Fig. 1 représente en coupe verticale un bac du four suivant l'invention;
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Fig. 2 représente le four de la Fig. 1, vu dans la direction des flèches 2-2 de cette Figure; Figo 3 représente, à échelle réduite et en coupe verticale une variante du four suivant l'invention;
Fig. 4 représente en coupe verticale une autre variante.
Suivant l'exemple d'exécution représenté aux Figs. 1 et 2, le four selon l'invention consiste en un bac 5, de section rectangulaire et comportant un revêtement interne 6 entouré par une matière athermane 7, telle que de la brique ou quelque autre matière céramique, entourée par de l'amiante compresséeo L'ensemble de la structure repose sur un support, tel qu'un châssis 8 formé de poutrelles métalliques.
Lorsque le four est en action le bac 5 contient une couche supérieure de sel fondu 9, consistant en un mélange de fluorures de métaux et d'autres halogénures, et une couche inférieure d'aluminium fondu 10.
Les dimensions du bac dépendent naturellement de la profondeur des couches de sel et de métal à utiliser et des dimensions des articles à recouvrir d'aluminium. La portion supérieure 11 du revêtement 6 est recouverte d'un deuxième revêtement en carbure de silicium qui présente une résistance élevée contre l'action corrosive des fluorures métalliques et autres halogénures. La portion inférieure du revêtement, celle qui est en contact avec l'aluminium fondu, est en toute: matière réfractaire appropriée, telle que l'alumine ou le graphite. Des revêtements monolithes en silicate d'aluminium, aggloméré à l'aide de silicate de sodium, ou de silice agglomérée à l'aide de silicates, on par exemple donné satisfaction.
On notera que la portion supérieure 11 du revêtement, faite en carbure de ssilicium consiste en une couche superficielle encastrée dans le revêtement 6 qui est fait dans la même matière que la portion inférieure 12 du revêtement. Bien entendu, tout le revêtement pourrait être en carbure de silicium. Cependant, de préférence, un revêtement en carbure de silicium n'est utilisé que pour les portions du bac en contact avec le sel fondu, principalement pour des raisons d'économie. D'autre part, il a étéconstaté qu'un revêtement monolithe à base d'alumine ou de silice dure plus longtemps qu'un revêtement de carbure de silicium dans les portions du bac en contact avec l'aluminium fondu.
On notera que le revêtement 11 en carbure de silicium s'étend légèrement au-delà de la couche de sel, en profondeur, Ceci est désirable en raison de légères variations de la profondeur de la couche d'aluminium qu'on rencontre dans l'utilisation du four. La longueur 13 sur laquelle le revêtement en carbure de silicium s'étend au-dessous de la surface de contact des deux couches doit être telle que toutes possibilité de contact entre le sel fondu et le revêtement 12, avec le risque de corrosion qu'un tel contact comporte, soit exclueo
Une série d'électrodes 14 plongent dans la couche de sel à la partie supérieure du bac 5, ces électrodes étant disposées dans le voisinage d'une paroi latérale et étant connectées par des barres omnibus 15 à une source d'électricité 16.
Les électrodes: et les conducteurs de connexion sont supportés par des isolateurs 17, à l'aide desquels les barres omnibus 15, auxquelles sont fixées les électrodes 14, sont montées sur la paroi du four. Une barre d'espacement 18, faite en quelque matière résistant à la chaleur et isolante de l'électricité contribue également à maintenir les électrodes en place. Comme on peut le voir à la Fig. 2, les électrodes 14 sont disposées dans le voisinage d'un côté du bac 5 afin de laisser un plus grand espace pour le travail. Grâce à cette disposition, on peut immerger les articles métalliques sansque les électrodes constituent une cause de gêne.
Bien entendu les électrodes pourraient être disposées suivant plusieurs côté du bac, on vers le centre de ce dernier, si c'était nécessaire
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pour fournir une chaleur suffisante à un four de grandes dimensions. Les électrodes 14 sont suffisamment longues pour pénétrer jusqu'à une profon- deur telle que leurs extrémités soient à une certaine distance au-dessus de la face inférieure de la couche de sel. Comme toit contact des électro- des avec la couche de métal se traduit par un court-circuit, il est bien entendu nécessaire de disposer les électrodes de telle manière qu'il n'y ait pas de contact avec la couche de métal qui se trouve au fond du bac, même après que 'l'immersion des pièces métalliques aura provoqué un relève- ment du niveau de cette couche.
La longueur optimum des électrodes est fonction de l'épaisseur de la couche de sel et du volume des pièces immer- gées à un moment quelconque dans la couche de métal
La couche de sel 9 est maintenue à l'état fondu par la chaleur produite par le passage du courant par le sel à partir des électrodes 14,
La couche d'aluminium 10 est maintenue à l'état fondu du fait qu'elle est en contact avec la co#he de sel.
Il a été trouvé que des couches d'alumi- nium dont l'épaisseur va jusqu'à 30 cm peuvent être fondues., et maintenues à l'état fondu;,sous une couche d'halogénures métalliques fonduso
Pour obtenir un meilleur transfert de la chaleur de la couche de sel à la couche de métal, il est désirable d'utiliser un mécanisme agitateur pour remuer et amener en contact avec la face supérieure de l'aluminium le sel. fondu et chaud. Ce mécanisme consiste en une paire de dispositifs 19, disposés respectivement des deux côtés du bac 5, dans le voisinage de la paroi.
Chaque dispositif 19 consiste en une série d'aubes 20, montées sur un arbre 21, entraîné en rotation à l'aide d'une poulie 22, commandée par une chaîne ou une courroie 23, Celle-ci est entraînée par un moteur électrique 24, monté sur la paroi externe du four, à l'abri de la chaleur.
La rotation des dispositifs 19 met en état d'agitation le sel chaud et l'entraîne vers le bas contre la couche d'aluminium, ce qui se traduit par un meilleur échange de chaleur entre le sel et l'aluminium.
Souvent on procède à un préchauffage du métal destiné à recevoir un revêtement avant qu'il ne soit immergé dans le four. Dans ce cas, la chaleur enmagasinée dans l'objet préchauffé contribue à maintenir au niveau voulu la température de la couche de sel, et de celle de l'aluminium. En ouire, quand l'objet traité est amené à traverser rapidement ces couches, comme c'est par exemple le cas quand dû métal en feuilles ou des pièces séparées sont entraînées à travers le four à l'aide d'un transporteur, l'agitation qui en résulte s'ajoute,- à celle obtenue à l'aide des dispositifs agitateurs 19.
Il n'est pas toujours absolument nécessaire d'utiliser des agitateurs' cependant normalement il est désirable de les utiliser, en particulier quand la couche d'aluminium utilisée est épaisse et quand les pièces ne sont pas amenées à une cadence suffisamment rapide pour provoquer une agitation consi- dérableo
Tout transporteur approprié peut être utilisé pour faire passer, les uns après les autres, les objets traités à travers le four. Bien entendu, on peut également les amener dans le four à bras d'hommeso
Généralement,il est avantageux d'effectuer le décapage et le revêtement dans un même four. Cependant, il est évidemment possible d'effectuer chaque opération dans un four séparé. Si l'on a recours à ce dernier procédé, les fours décrits ici seront utilisés pour le décapage.
Dans ces fours un sel fondu,contenant un fluorure et en contact avec de l'aluminium fondu qui le rend actif, est utilisé comme agent de décapage. Dans ce cas, on peut naturellement utiliser une douche d'aluminium moins profonde que dans le cas où le four est utilisé à la fois pour le décapage et pour le revêtement.
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La fig. 3 représente une variante dans laquelle une quantité moindre d'aluminium est utilisée pour obtenir une couche ayant la même épaisseur que dans le cas précédente Le four représenté consiste en un bac 26, ayant un revêtement 27 en carbure de silicium entouré par une matière isolante telle que l'amiante et/ou de la brique céramique, et supporté par des poutres métalliques ou une autre structure appropriée 29. Un bac de dimensions plus petites 30, ayant des parois 31 en carbure de silicium, est noyé dans le bac 26. Le bac 30 comporte une large base 32, ceci en vue de le rendre plus stable et plus solide. Dans le mode de réalisation considéré, l'aluminium fondu 33 est contenu dans le bac 30 et est maintenu à l'état fondu par la chaleur qui lui est transmise par le sel fondu 34, contenu dans le bac 26.
Dans l'exemple représenté, le bac 30 se trouve dans le centre du bac 26 dans le sens longitudinal et est décalé vers un des cotés dans le sens transversal., Cependant, il pourrait également être placé exactement au centre du bac ou encore être placé contre un des côtés du bac 26 avec lequel il a dans ce cas une paroi en commun. Dans le mode d'exécution représenté, le réservoir 30 est complètement séparé du réservoir plus grand 26, dans lequel il est submergé, et peut ainsi être enlevé aux fins d'entretien sans que le réservoir 26 en soit affecté.
Les parois 31 du bac 30 peuvent être entièrement faites en carbure de silicium, ou encore être en carbure de silicium là seulement où elles sont soumises à l'action du sel fondu et en une autre matière réfractaire, telle que l'alumine, la silice ou le graphite en ce qui concerne les portions qui sont en contact avec l'aluminium fondu.
Les électrodes 35 pénètrent dans la couche de sel 34 et la chaleur dégagée par le passage de courant maintient le sel à l'état fondu. Des conducteurs de liaison apprppriés et une source d'énergie électrique, identiques à ceux de la Fig. 2 ou différents, sont naturellement utilisés dans le mode de réalisation représenté à la Fig. 3. Des agitateurs, du type de ceux représentés aux Figso 1 et 2, peuvent être utilisés dans le four représenté à la Fig. 3. Cependant dans le cas du mode de réalisation représenté il est moins nécessaire de créer de l'agitation dans la couche de sel, le volume de sel étant plus important que celui d'aluminium et le sel fondu entourant sensiblement la couche d'aluminium.
D'autre part, l'excellente conductivité thermique des parois 31 en carbure de silicium fait que la chaleur est transmise d'une faÇonefficace du sel à l'aluminium.
Quand l'aluminium est chauffé par la chaleur transférée à partir de la couche de sel, l'aluminium est naturellement toujours plus froid que le sel. Avec une couche d'aluminium de 30 cm, le sel étant chauffé à une température de 705 C environ, il peut y avoir, par exemple, une différence de 22 à 33 C entre la température du sel et celle de l'aluminium, même quand le sel est mis en circulation à l'aide d'agitateurs. Quand la température que doit avoir l'aluminium augmente, la différence de température entre la couche d'aluminium-et celle de sel augmente aussi. Pour maintenir l'aluminium à quelque 700 C par exemple, la couche de sel doit souvent être maintenue à environ 760 C.
Pour assurer un meilleur réglage de la température des couches de sel et d'aluminium et obtenir d'autres avantages, on peut utiliser des dispositifs de chauffage séparés pour ces couches, comme représenté à la Fig. 4. Celle-ci représente un bac ayant un revêtement 39, entouré par une matière athermane 40 et adapté pour contenir une couche d'aluminium fondu 41 et une couche de sel fondu 42. La portion supérieure 43 du revêtement 39. laquelle est en contact avec le sel fondu, est en carbure de silicium tandis que sa position inférieure 44 consiste en toute matière réfractaire appropriée, telle que le graphite ou de l'alumine, ou de la silice, agglomérée.
Gomme dans le cas des Figs. 1 et 2, la portion du revêtement qui est en carbure de silicium s'étend légèrement plus bas que la surface de sépa-
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ration 45 des deux couches, ceci afin d'empêcher tout contact entre le sel fondu et la portion 44 du revêtement.
Le four représenté à la Fig. 4 a une coupe en forme de L ren- versé afin d'obtenir, pour la quantité d'aluminium utilisée, une couche plus profonde, Ce four qui comporte une partie 46 plus profonde et une portion
47 moins profonde, la surface en coupe de la portion 46 étant moindre que celle de la portion 47, est particulièrement utile pour le traitement d'ar- ticles encombrants ou dans les cas où l'on doit avoir recoufs au préchauffa- ge qui nécessite un bain de sel de grande longueur que la pièce traitée traverse avant revêtement. Suivant la Figo 4. la couche d'aluminium est contenue dans la portion profonde 46 du bac; cependant il est souvent dési- rable que la couche d'aluminium s'étend suffisamment loin en hauteur pour qu'il y ait au moins une mince couche au fond de la portion 47 du bac afin de disposer d'une couche d'aluminium pour l'activation du sel.
Les électrodes 48 qui servent au chauffage de la couche de sel pénètrent par en haut dans la portion 47, de faible profondeur, du bac 380 Ces électrodes-.sont naturellement connectées de façon appropriée à une source d'énergie électrique.
Pour assurer un chauffage indépendant de la couche d'aluminium, un dispositif de chauffage par induction 49, connecté de façon appropriée à une source d'énergie électrique, est disposé au fond de la portion 46 du réservoir 380 Ce dispositif est capable de fournir une chaleur suffisante pour maintenir la couche d'aluminium à l'état fondu et à des températures de l'ordrede 980 C. indépendamment de la chaleur transférée par le sel fondu.
Bien que l'on n'ait représenté àu dessin qu'un seul dispositif de chauffage, il doit être bien entendu que plusieurs de ces dispositifs pourraient être utilisés, suivant la capacité du four ou du dispositif et suivant la quantité de chaleur que l'on désire obtenir.
Le dispositif de chauffage par induction est logé dans une cavité 50, prévue dans le bac 38, pour rendre possible la disposition en couloirs nécessaire pour le chauffage par inductiono La largeur de la portion 50 est suffisante pour laisser deux couloirs de passage 51 et 52. Le centre du dispositif de chauffage 49 comporte un autre couloir 530
A titre de variante, le ou les dispositifs de chauffage par induction pourraient être disposés sur les côtés du réservoir, à l'intérieur de la couche d'aluminium.
Il est avantageux d'utiliser un dispositif de chauffage séparé pour la couche d'aluminium en ce sens que cela rend possible de régler les températures des couches d'aluminium et de sel, l'une indépendamment de l'autre. On peut ainsi porter la couche d'aluminium à des températures plus élevées sans porter la température de la couche de sel à un niveau indésirable. Cela permet également d'utiliser une couche de sel moins profonde que ce n'est le cas quand l'aluminium est chauffé uniquement par transfert de chaleur à partir du sel. Ceci est désirable pour régler l'action de décapage exercée par le sel après immersion de la pièce traitée dans l'aluminium. La profondeur de la couche d'aluminium fondu qui peut être utilisé sous la couche de sel est indépendante de la température de cette dernière.
En outre, il n'est pas obligatoire que la structure du four soit nécessairement du type procurant une zone de contact suffisante entre le sel te l'aluminium pour assurer un transfert de chaleur suffisanto Il a également été constaté que l'agitation continue de lasurface de séparation de l'aluminium et du sel, due à l'effet de pompage créé par le dispositif de chauffage à induction, augmente l'action exercée par l'aluminium sur la couche de sels contenant le fluorure.
Un autre avantage résultant de l'utilisation de chauffage indépendant de l'aluminium consiste en ce qu'un arrêt de l'apport del'é-
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nergie à un des circuits de chauffage ne se traduit pas par la solidifice- tion du sel et de l'aluminium jusqu'à un point tel que le fonctionnement en peut être repriso
La structure exacte du four dépend naturellement de la nature du procédé de revêtement qu'on désire mettre en action. Dans beaucoup de procédés les températures respectives de la couche de sel et des sels d'alu- minium, ainsi que leur profondeur, sont telles qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser une source séparée pour le chauffage de l'aluminium.
Dans d'autres procédés d'utilisation le préchauffage et le traitement de décapage ou de rinçage effectué après revêtement rendent désirable l'utilisation de chauffage séparé pour l'aluminium.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui n'ont été décrits et représentés qu'à titre d'exemples.