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La présente invention est relative à des perfectionnementr à la pulvérisation de matières fusibles à chaud suivant laquelle ces matières sont fondues ou au moins ramollies à chaud dans une flamme et projetées sur une surface à enduire.
La pulvérisation de matières fusibles à chaud est bien connue et on l'appelle pulvérisation Métallique bien que l'on utilise souvent des matières autres que des métaux, par exemple des oxydes métalliques. Pour pulvériser ces matières, on utilise un pistolet pour matières fusibles à chaud que l'on peut appeler un pistolet de métallisation ou de pulvérisation de métal.
Un pistolet de ce genre comporte une zone de chauffage, utilisant pour la combustion un gaz combustible, tel crue de l'acétylène ou de l'hydrogène, et un gaz comburant, tel que de l'oxygène. La
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matière à pulvériser arrive dans la zone de chauffage, soit sous forme d'une baguette @ d'un fil, soit sous forme d'une matière solide finement divisée, elle s'y fond ou au moins se ramollit en étant rendue au moins partiellement plastique, puis elle est projetée sous forme de fines particules, par un courant d'air ou autre gaz, sur la surface à enduire.
Dans certains pistolets de ce genre, on utilise un jet séparé de gaz pour renforcer la formation de fines particules et/ou accélérer les particules de matière chauffée et les projeter hors du pistolet, tandis que dans d'autres, il n'y a pas de jet séparé de gaz, les gaz de la flamme de la zone de chauffage jouant le même rôle.
Dans le pistolet à flamme, c'est-à-dire dans lequel la zone de chauffage est obtenue par combustion de gaz, le procédé de pulvérisation est limité par la limite de température que.l'on peut obtenir par cette combustion. Le maximum de la température que l'on peut obtenir en utilisant de l'oxygène et de l'acétylène est de l'ordre de 3150 . Ceci est un inconvénient, en particulier.dans le cas de matières oxydées qui, dans beaucoup de cas présentent des points ou des gammes de fusion ou de ramollissement dépassant la capacité de fonctionnement de pistolets normaux du type à flamme.
L'invention est relative à une nouvelle matière et un nouveau procédé de pulvérisation remédiant à cette limitation, même dans le cas où l'on désire faire des revêtements en matiè- res oxydées avec un pistolet de pulvérisation ordinaire du type à flamme.
Les revêtements en matières oxydées ainsi obtenus sont plus denses et adhèrent mieux que ceux que l'on pouvait obtenir précédemment.
Les matières et le procédé de l'invention assurent un degré plus élevé de fusion ou de ramollissement des matières oxydées que cela n'a été possible jusqu'ici.
L'invention permet d'augmenter sensiblement la production totale de chaleur et ainsi la ouantité de matière oxydée qui peut
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être ramollie ou fondue dans un temps donne.
D'autres avantages et particularités de l'inventif ressortiront de la description ci-dessous faite en se référant au dessin annexé dans lequel : - la figure 1 représente schématiquement les éléments d'un pistolet ordinaire de pulvérisation de poudre, utilisable pour la mise en pratique de l'inventions - la figure 2 représente schématiouement une variante;
Selon l'invention, la matière à pulvériser est sous forme de particules solides d'une matière oxydée, mélangées avec des particules solides finement divisées d'un métal. Cette matière doit, de préférence, avoir des dimensions telle? que 90% soient inférieurs à 125 microns et, de préférence que pas plus de 25% aient moins de 1 micron.
Il est encore plus préférable que la dimension de toutes ces matières soit inférieure à 88 microns 10% n'ayant pas moins de 5 microns. La matière la meilleure selon l'invention est celle dans laquelle les limites ci-dessus s'appliquent indépendamment à chacun des deux constituants du mélange, la matière oxydée et le métal, et dans laquelle la préportion du métal est inférieure à 50% du total et, encore mieux inférieure à 10%.
- Selon l'invention, on mélange de la matière céramique solide, finement divisée à la matière solide, finement divisée, réagissant exothermiquement, par exemple un métal oxydable et on envoie le mélange dans la zone de chauffage d'un pistolet de pulvérisation de matière fusible à chaud, utilisant une flamme comme source de chaleur dans cette zone (en envoyant suffisamment de comburant), de sorte qu'une quantité sensible du métal du mélange réagit exothermiquement, par oxydation, dans cette zone, pour y fournir de la chaleur supplémentaire afin d'aider la matière à fondre ou à se ramollir et à se pulvériser.
La réaction exothermique du métal, selon l'invention, peut être obtenue à l'aide d'une matière oxydante et, de manière avantageuse, au moyen du gaz oxydant en excès sur celui qui est né-
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cessaire pour le gaz combustible arrivant dans la zone de chauffage du pistolet. En ce cas, le métal doit être oxydable à la température de la flamme dans la zone de chauffage et la quantité de métal dans ce mélange est réglée de préférence par rapport aux conditions de la combustion dans cette zone, de sorte que sensiblement tout le métal brûle dans cette zone et que sensiblement toute la matière pulvé- risée sur la surface à enduire est de la matière oxydée.
On obtient également ce résultat dans le cas où l'oxyde métallique formé se volatilise complètement ou partiellement à la température de combustion produite par le mélange.
Suivant une forme préférée de réalisation de l'invention, la matière céramique contenue dans le mélange est une matière oxydée et consiste, de préférence en un ou plusieurs oxydes métalliques et, suivant une forme de réalisation encore plus préférable, le métal de ce mélange est le même qu'au moins un des métaux oxydés du mélange, la teneur totale en métal étant telle que sensiblement tout le métal est oxydé dans cette zone, de sorte que toute la matière formant le revêtement est faite des mêmes métaux oxydés que les constituants oxydés de ce mélange.
En ce cas, le métal et l'oxyde métallique doivent être tels que les oxydes résultant de la combustion .ne se volatilisent pas ou au moins pas dans une mesure appréciable à la température de combustion régnant dars la zone de chauffage où le mélange arrive selon l'invention.
Le mot "oxydé" utili.- ici sert à désigner le résultat d'une opération d' "oxydation", comme ce mot est généralement utilisé pour désigner une augmentation de la valence positive de la matière qui est oxydée et n'est en aucune manière limité à l'oxydation qui résulte d'une combinaison avec l'oxygène. En ce sens, "oxydation" est l'opposé de "réduction". La même signi- fication s'applique à l'utilisation du mot "oxydant" lorsqu'on l'emploie dans "gaz oxydant" où il sert à désigner un gaz qui peut agir sur une autre substance de telle'sorte que la valence de cette autre substance devienne plus positive. Le mot "combustion" est utilisé ici pour désigner toute "oxydation" ou "oxydant" dans -le
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cadre de la définition donnée ici.
L'expression "substances oxydées" ou terme analogue sert à désigner les composés d'éléments qui ont subi une oxydation.
Les matières céramiques utilisables selon l'invention comprennent, de manière générale, tout composé chimique d'un métal ou d'un métalloïde pouvant fondre ou se ramollir à la température de la zone de chauffage. Les matières à pulvériser préférées de ce type comprennent les métaux oxydés, des composés de métaux avec de l'oxygène, tels que les oxydes métalliques, avec du carbone tels que les carbures métalliques, avec du soufre, tels que les sulfures métalliques et avec du silicium., tels que les sili- ciures métalliques. Comme exemples de ces matières, on peut citer l'oxyde d'aluminium A1203, le bioxyde de zirconium ZiO2, le carbure de tungstène WC, le sulfure cuprique CuS, le siliciure de tungstène WSi2, le siliciure de vanadium VSi2 (ou V3Si ou V2Si).
Tel que le mot est utilisé généralement, toutes .ces matières céramiques ont des points de fusion relativement élevés et on les appelle des produits céramiques réfractaires.
Dans la mise en oeuvre de l'invention, il est nécessaire de maintenir dans la zone de chauffage des conditions de combus-.. tion telles du'une quantité sensible de métal amené dans cette zone brûle en y donnant de la chaleur supplémentaire. Un procédé de maintien de ces conditions de combustion consiste à envoyer dans cette zone un excès d'oxygène par rapport à, celui' qui est nécessaire pour la combustion stoechiométrique. du gaz combustible..
En ce cas, cet excès d'oxygène peut être fourni sous forme d'oxygène pur, sous forme d'air comprimé ou sous forme d'air atmosphérique .. ' aspiré dans la flamme. L'exemple 1 ci-dessus est relatif au cas ou l'oxygène est fourni sous forme d'une combinaison d'oxygène pur 'et d'air comprimé. L'exemple 4 montre le cas ou une partie de l'oxygène provient d'air atmosphérique.
La fourniture d'oxygène ou de gaz oxydanten excès n'est pas le seul moyen permettant de maintenir .des conditions de, combustion
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ou d'oxydation dans la zone de chauffage. Si l'on choisit un métal qui a, de préférence, tendance à. se combiner avec l'oxygène plutôt que le gaz combustible choisi dans les conditions chimiques et de température existant dans la flamme, il se produira une combustion d'une quantité sensible de métal, même si, en considérant la totalité des gaz fournis, il n'y a pas d'excès de gaz oxydant en plus de celui qui est nécessaire pour une combustion stoechiométrique du gaz combustible existant.
Dans l'exemple 4, bien que, comme on l'a dit ci-dessus, de l'oxygène soit fourni par de l'air atmosphérique en plus de celui qui est fourni sous forme d'oxygène pur, on peut supposer qu'il existe des conditions de combustion brûlant le métal, même si en ce cas, iln'y a pas d'oxygène présent. Si l'on mélange de l'aluminium métallique sous forme de fine division à l'acétylène et si l'on brûle le mélange avec de l'oxygène, une quantité sensible du métal va brûler avec des rapports oxygène-combustible qui sont inférieurs aux rapports de combustion stoechiométrique.
Il est parfois difficile, lorsque l'on pulvérise des matières céramiques en particulier des matières céramiques réfrac- taires, d'obtenir suffisamment de chaleur à partir d'une flamme oxyacétylénique ou d'oxygène et d'hydrogène pour obtenir la plasti- cité désirée pour ces matières de manière à faire des revêtements aussi denses et dans lesquels les particules sont aussi adhérentes qu'on-pourrait le désirer. Dans des cas de ce genre, selon l'inven- tion, il est bon de mélanger à une matière céramique un faible pour- centage d'un métal qui brûle dans la flamme exothermiquement, en ajoutant ainsi plus de chaleur à la flamme et en obtenant l'améliora- tion désirée dans la pulvérisation et le revêtement qui en résulte.
Si l'on désire avoir un revêtement pur en une matière telle que l'oxyde d'aluminium, le métal ajouté doit être l'aluminium.
De plus, il faut l'ajouter dans une proportion telle que tout l'aluminium s'oxyde dans la flamme en donnant un revêtement en oxyde d'aluminium pur.
Dans beaucoup de cas, il est bon d'avoir des revêtements
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en matières céramiques mixtes. En ce cas, on peut mélanger un. nombre quelconque de matières et ajouter à volonté un ou plu- sieurs métaux. Comme variante, on peut faire un mélange en donnant une seule matière oxydée et en ajoutant un seul métal différent. Par exemple, on peut faire un revêtement contenant du silicate de vanadium et de l'oxyde d'aluminium. en mélangeant du silicate de vanadium et de l'aluminium métallique pur, dans des proportions telles que tout l'aluminium soit oxydé dans les conditions' régnant dans la zone de chauffage.
Lorsqu'il n'y a pas inconvénient à avoir un excès de métal, la proportion du métal dans le mélange original n'est pas aussi critique, mais il peut être en excès sur la quantité s'oxydant dans la zone de chauffage. On va donner ci-dessous des exemples de matières et de modes .opératoires selon l'invention.
EXEMPLE 1. - On mélange du siliciure de tungstène à l'état de fine division telle 'Que la totalité soit inférieure à 53 microns et qu'il n'y ait. pas plus de 10% qui ait moins de 5 microns, avec de la poudre d'aluminium ayant les mêmes limitations de grosseur, de manière à donner un mélange contenant -environ 67% de siliciure 'de tungstène et de 33% d'aluminium.
On envoie, cette matière dans un pistolet de pulvérisation de matière pulvérulente fusible à chaud, tel que celui représenté sur la figure 1, dans lequel la matière vient d'une trémie 1 au moyen d'une quantité d'air qui agit comme gaz porteur entraînant la poudre par la conduite 2 au centre de la zone de chcuffage 3. Celle- ci est chauffée par la combustion de gaz arrivant par les passages
4. La. zone de chauffage est entourée d'une coiffe 5 donnant un cône d'air de soufflage qui aide à transporter la matière redvérisée sur la surface à recouvrir.
De l'air comprimé arrive d'une source, ,non représentée, par un. tuyau souple 7 et un robinet S qui règle le débit de cet air.
L'air .passe ensuite par une portion de tuyau plus large 9 où il
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entraîne la matière venant de la trémie 1 et la fait passer par le tuyau souple 10 dans la conduite 2.
De l'air comprime supplémentaire pour le cône d'air de soufflage 6 arrive par le tuyau souple 11, avec réglage par le robinet 12, d'où il va par la conduite 13 former le cône d'air de soufflage 6.
Du gaz combustible arrive par le tuyau souple 14, avec réglage par le tuyau 15, d'où il va par la conduite 16 dans les passages 4 oui sont reliés à la conduite 16 par un distributeur annulaire 17.
Le gaz combustible arrive par le' tuyau souple 18, avec réglage par le robinet 19, d'ou il va par la conduite 20 et le distributeur 17 dans les passages 4.
En ce cas, l'acétylène est le gaz combustible et l'oxy- gène le gaz comburant et le pistolet est réglé de manière à utiliser 0,7 m3 à l'heure d'acétylène et 1,4 @/h d'oxygène (mesurés dans les conditions standard). L'air arrive comme gaz porteur à environ 0,84 m3/h et comme gaz de soufflage à raison de
16,8 m3/h. Cette quantité d'oxygène (venant de l'oxygène et de l'air) donne un excès de gaz oxydant par rapport à ce qui est nécessaire - pour la combustion stoechiométrique de l'acétylène.
Le mélange de siliciure de tungstène etd'aluminium arrive dans le pistolet à raison d'environ 0,68 kg/h.
Le pistolet est dirigé sur une surface à revêtir qui, en ce cas, est une tôle d'acier de 10 x 10 cm, passée préalablement au jet de sable pour rendre rugueuse la surface et légèrement chauf- fée avant la pulvérisation afin d'empêcher le dépôt d'humidité par condensation. La tuyère du pistolet est à environ 15 cm de la plaque.
On allume le pistolet à la manière habituelleet il donne une flamme extrêmement chaude et brillante et la pulvérisation s'applique extrêmement bien.
Le revêtement fait a environ 0,38 mm d'épaisseur et il contient du siliciure de tungstène, de l'oxyde d'aluminium et une certaine quantité d'aluminium métallique.
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EXEMPLE 2 . -
On a fait un mélange analogue à celui de l'exemple 1, @ sauf qu'il ne contenait que 5% d'aluminium.
On a pulvérisé le mélange avec le même pistolet que dans l'exemple 1, réglé exactement de la même manière. @
Il a donné une flamme chaude et brillante et on a eu un revêtement bon et solide.En ce 'cas, lerevêtement ne con- tient que du siliciure de tungstène et de l'oxyde d'aluminium.
EXEMPLE 3 . - On a fait un mélange de siliciure de vanadium et d'alu- minium ayant lés mènes limitations de dimension que dans l'exemple 1 et tel qu'il contienne 90% de siliciure de vanadium et 10% d' aluminium.
On l'a pulvérisé avec le même pistolet que dans l'exem- ple 1 et dans les mêmes conditions*
La flamme résultante était très brillante et chaude et le revêtement obtenu était très robuste et adhérait très bien: En ce cas, il contenait du siliciure de vanadium, de .1' oxyde d'alu- minium et des traces d'aluminium métallique.
EXEMPLE 4.- ' -- On a fait un mélange d'oxyde d'aluminium et d'aluminium ayant les mêmes limitations de dimension que dans l'exemple 1 et tel qu'il contienne 97% d'oxyde d'aluminium et 3% d'aluminium.
En ce cas, on a utilisé un autre pistolet que celui de l'exemple 1. Ce pistolet n'utilise pas d'air, ni comme gaz porteur, ni comme gaz de soufflage,. mais un peu d ''acétylène . comme .gaz porteur du mélange de poudre,, ne l'entraînant qu'à une petite distance de la sortie d'une trémie à alimentation par gravité jusqu'à la zone de chauffage.. En ce cas, cette zone de chauffage était obtenue par combustion d'acétylène dans 1 oxygène et la tuyère était telle que la vitesse d'avancement des gaz de la combustion donnait aux particules chauffées une vi- tesse suffisante pour Les projeter sur La surface à revêtir..
Ce pistolet est représenté schématiquement sur la figure 2 dans' laquelle
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la matière arrive par gravité de la ternie 101' dans la conduite 102 où elle est prise et emmenée par un gaz porteur dans la partie avant d'une tuyère 103 et une zone de chauffage 104. Le gaz entraînant la matière arrive par le tuyau souple 105, avec réglage par le robinet 106, d'où il va par la conduite 107 et l'orifice rétréci
108 dans la conduite 102, en entraînant ainsi la matière vers la zone de chauffage 104. '
La chaleur fournie à la zone de chauffage est obtenue par la combustion de gaz arrivant par les passages 109.
Le gaz combustible arrive par le tuyau souple 110, avec réglage par le robinet 111, d'où il pénètre dans un distributeur annulaire 114 et sort par les passages 109.'
Le gaz comburant arrive par le tuyau souple 115 conte- nant un robinet de réglage'116, il va de là directement dans'la conduite 113 par le distributeur 114 et les passages 109, à la zone de chauffage 104.
Il est parfois prévu des passages 117 allant de la face de la tuyère 103 à son pourtouren.vue de faire pénétrer de l'air atmosphérique dans la zone de chauffage.
En ce cas, le robinet-est réglé de manière à utiliser 0,784 m3 d'acétylène à l'heure, 1,316 m3/h d'oxygène et 1,36 kg/h du mélange en poudre. Sur la quantité totale d'acétylène utilisé, 0,084 m3/h sert à transporter, la'poudre!arrivant dans le centre de la flamme.
On a obtenu ainsi une flamme très chaude et brillante et un dépôt robuste et dense. Ce dépôt,avait une épaisseur de 0, 5 mm et il contenait 100% d'oxyde'd'aluminium;
Un exemple d'un mélange pouvant être utilisé dans l'un ou l'autre des pistolets ci-dessus ' est ! un mélange de siliciure de molybdène et de chrome avec de l'aluminium.
D'autres mélanges satisfaisants sont un mélange de siliciure de chrome avec de l'aluminium, un mélange de siliciure d'aluminium et d'aluminium, un mélange d'oxyde de zirconium et de zirconium, un mélange d'oxyde de zirconium et d'aluminium.
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Il est évident pour les personnes du métier que l'on peut faire de nombreux autres mélanges rentrant dans le cadre de l'invention.
Alors que dans les exemples ci-dessus les poudres ont été projetées avec un pistolet du type à poudre, il est évident pour les personnes du métier que ces mélanges peuvent être mis sous forme d'un fil ou d'une baguette en y ajoutant un liant, suivant une pratique bien connue de pulvérisation dans un pistolet du type à fil. Dans ce type, la matière arrive dans la zone de chauffage sous forme d'une baguette ou d'un fil. En ce cas, le liant est une matière qui se désintègre à la chaleur de la zone de chauf- fage afin de ne pas souiller le revêtement. La quantité de métal à utiliser selon l'invention n'est pas critique sauf ce qui peut être imposé par les résultats quel'on désire obtenir finalement.
Si l'on considère sa fonction comme ayant uniquement pour but d'augmenter la température, la quantité voulue de calories supplémentaires détermine la quantité de métal à utiliser. Ainsi, pour certaines applications et, de préférence, avec des produits céramiques à' tempé- ratures de fusion ou de ramollissement relativement basses, on peut utiliser dans le mélange de l'invention une quantité relativement faible de, par exemple 1%, ou, de préférence, au moins 2% de métal . fournissant de la chaleur.
On voit, d'après ce qui précède, que l'invention permet l'application de produits céramiques et, en particulier, de revêtements réfractaires et spécialement de matières céramiques ayant normalement un point de fusion ou de ramollissement insuf- fisamment bas pour permettre de les pulvériser sous des conditions de température obtenue, par exemple dans des flammes du type à gaz, produites par exemple dans des pistolets ordinaires de métallisation du type à flamme par gaz combustible. Bien que cette température soit normalement d'un ordre général de grandeur d'au moins 1500 environ, elle n'est cependant pas assez élevée, pour la plupart des matières céramiques, pour les pulvériser de manière satisfaisante pour faire des revêtements.
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Le procédé selon l'invention consisté, de manière générale, à faire passer de manière continue des particules.d'un mélange d'au moins une matière céramique (y compris les produits céramiques réfractaires) et d'au moins un métal dans un chalumeau à gaz assurant le contact du métal chauffé par la flamme avec un réactif donnant avec ce métal une réaction exothermique (de préfé- rence dans la flamme), en maintenant la vitesse de passage dans la flamme à une valeur suffisante pour que réagisse exothermiquement au moins une partie de ce métal en augmentant ainsi la température à laquelle la flamme porte la matière céramique, les particules chau- des résultantes étant projetées sur une surface à revêtir.