BE594989A - - Google Patents

Description

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  " Composition de revêtement et son procédé de fabrica-   tion." "   
La présente invention concerne une composition da revêtement, son procédé d'application et les objets enduits en résultant. Plus particulièrement, elle concer- ne un enduit présentant une excellente résistance à l'o- xydation aux températures élevées, à l'érosion au feu et aux brusques variations   thermiques.   



   L'industrie recherche des matériaux qui puissent résister à des conditions sévères de températures élevées. 



  En particulier, les industries de l'aéronautique et des engins balistiques recherchent par exemple des tuyères de fusées qui puissent résister à une détérioration rapide provoquée par l'oxydation à température élevée et l'éro- 

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 sion au feu ainsi   qu'aux   brusques variations de tempéra- ture. Des essais ont été   entre prie   pour satisfaire à ces conditions   en   réalisant des tuyères en graphite et mettre à profit les bonnes propriétés physiques de ce dernier à température élevée.

   Ces tuyères se sont avérées défeotueu- ses sous les conditions d'essais, principalement à   oauoe   du fait que le graphite n'était pas susceptible de résis- ter à l'érosion créée par   deoéaz   de combustion extrême- ment chauds heurtant et s'écoulant le long des surfaces exposées. Une autre tentative pour résoudre ce problème des hautes températures a conduit à réaliser la tuyère en un   "super-alliage"   et à revêtir cet alliage au moyen d'un écran thermique comme l'alumine oul'oxyde de ziro- nium. Ces tuyères se sont avérées défectueuses sous les conditions d'essai du fait que l'oxyde de revêtement se fendille sous l'effet des brusques variations thermiques et expose ainsi le matériau sous-jacent à de sévères conditions thermiques.

   L'alumine ou l'oxyde de zirconium s'érodent à un certain degré. 



   La présente invention se propose donc : - de fournir un revêtement ou enduit possédant une excellente résistance à l'oxydation aux températures élevées, à l'érosion au feu et aux brusques variations thermiques ; - de fournir un revêtement protecteur pour les écrans thermiques réfractaires réduisant grandement les dommages dus à de brusques variations thermiques affec- tant les écrans thermiques réfractaires; - de fournir un procédé   d'application   d'une tel revêtement. 

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   Les buts de l'invention sont atteints en général en faisant appel à une   composition   de revêtement au tungstène oontenant entre 1 et   5 %   en poids de chrome. 



   Cette composition est de préférence introduite à l'état finement divisé dans un courant gazeux de température éle- vée ct de grande vitesse d'écoulement, courant qui appli- que la composition à l'état fondu au plastique sur   l'ob-   jet à enduire à des vitesses d'impact élevées. Le courant gazeux rapide et de température élevée est de préférence inerte vis-à-vis de la composition de revêtement. 



   La présente invention trouve son application dans différents domaines, par exemple dans les tuyères de fu- sées, pour permettre une résistance satisfaisante pendant la durée voulue à des conditions provoquant une oxydation sérieuse à température   élevée, à   l'érosion par le feu et à des brusques variations thermiques. L'invention prévoit l'application d'un revêtement protecteur au tungstène renfermant de 1 à 5% en poids de chrome sur les surfaces expesées   des   pièces à utiliser. La composition de revê= tement au tungstène préférée conticnt 3 % en poids de chrome. Si l'on applique plus de 5% en poids, le point de fusion du revêtement est sérieusement abaissé et ses qualités protectrices diminuent. 



   La présente invention n'estpas limitée à la protection d'une matière de base seule. Elle peut aussi être appliquée pour protéger un revêtement qui a été préa- lablement applique sur un mstériau de base. On peut, par exemple, appliquer sur un objet un revêtement à l'alumi- ne pour le protéger contrel'effet des températures éle- 

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 vées.

   Cependant, certains oxydes réfractaires comme l'a- lumine, l'oxyde de zironium et analogues, tout en ayant une résistance excellente à l'oxydation à température élevée et à l'érosion au feu, sont extrêmement cassants et se fendillent ou s'écaillent sous l'effet des contrain- tes engendrées par le chauffage brusque de la surface extérieure ou sous l'effet de brusques variations thermi- quas. un revêtement au tungstène-chrome selon l'invention, appliqué à la surface exposée du revêtement à l'alumine ou analogue, le protège   jusqu' à   ce qu'il puisse être chauffé uniformément à la température de fonctionnement. 



  Ceci réduit les brusques variations thermiques pouvant se produire dans l'alumine et abaisse sa tendance au fen- dillement. Le revêtement au tungstène-chrome fournit aussi une protection supplémentaire à l'oxydation et à l'éro- sion. Ainsi, la composition de revêtement de l'invention peut aussi être   appliquée   pour exalter les propriétés des autres enduits résistant aux températures élevées et pré- sentant une mauvaise susceptibilité à résister aux brus- ques variations thermiques. 



   Il est à préciser cependant que même les compo- sitions au tungstène-chrome de l'invention finissent par subir le phénomène d'érosion sous des conditions prolon- gées de températures élevées. Cependant, entre tempe, l'objet protégé aura résisté aux conditions opératoires pendant la durée désirée. Les tuyères de fusées, par exemple, ont une durée de marche prévue de l'ordre de une à. deux minutes. Le graphite non protégé est rendu défec- tueux par suite d'une sévère érosion au bout de 30 secon- 

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 des environ.

   Le graphite enduit sur une épaisseur de 
0,5 mm d'un revêtement au tungstène contenant   3   en poids de chrome peut supporter une flamme très rapide et de température élevée, frappant perpendiculairement sa surface, pendant 90 secondes, en ne présentant qu'une légère usure du revêtement extérieur et aucun dommage au graphite. 



   Alors   que   les alliages au tungstène-chrome sont connus, aucun alliage ayant la composition particulière donnée ici n'a été appliqué avec succès, jusqu'à présent, comme revêtement. Le procédé décrit ci-après rond de plus possible l'application pour la première fois de tels re- vêtements. 



   Si on le désire, toute la tuyère de fusée ou au- tre pièce peut être réalisée avec la composition de revê- toment de tungstène-chrome à condition que la pièce résul- tante réponde aux spécifications de fonctionnement, telles que conditions do résistance, etc. La technique utilisée consisterait à appliquer une couche d'épaisseur voulue à uno ébauche puis à retirer celle-ci. 



   Ces compositions au tungstène-chrome peuvent être appliquées avec succès selon une composition réglée au moyen du procédé de placage à l'arc électrique. Le pro- cédé de placage par arc électrique sans trausfert est principalement appliqué, étant donné qu'il ne nécessite pas que la pièce soit dans le circuit électrique de chauf- fage et que l'on maintient ainsi minimum la déformation de la pièce. Dans ce procédé de revêtement, l'enduit est admis dans une flamme d'arc   stabilisée/par   paroi, puis on 

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 le projette avec une vitesse élevée sur la pièce pour former un   revêtement   dense adhérent, composé de parcelles irrégulières microscopiques s'entrelaçant et se reoou- vrant.

   Un avantage de ce procédé de revêtement réside dans le fait que   l'on   peut avoir recours à un courant gazeux inerte qui évite les modifications chimiques du revêtement au cours de son application. La composition finale du revêtement est ainsi pratiquement identique à celle de la composition de départ, compte tenu des fai- bles pertes provoquées par la vaporisation des consti- tuants de plus faible point de fusion. 



   La poudre servant de matière de départ dans le procédé de revêtement à haute vitesse, haute   températu-   ro, est de préférence préparée en mélangeant les poudres do tungstène et de chrome ayant la composition désirée jusqu'à ce qu'on obtienne'un mélange intime. 



   On effectue ensuite le frittage du mélange à environ   1600 C   pendant 3 heures dans une atmosphère relativement inerte contenant, par exemple, 60% d'argon et 40% d'hydrogène, pour former un   a lliage.   L'alliage      fritté est ensuite écrasé et broyé pour former une fine poudre de dimension particulaire inférieure à 0,043 mm. 



  La poudre d'alliage résultante est appliquée pour la production générale de revêtements en tungstène-chrome et spécialement pour les revêtements d'objets qui ne peuvent pas être traités à chaud après revêtements Si l'objet revêtu doit être soumis à un traitement ther- mique, on peut appliquer une poudre de revêtement pré- parée en mélangeant simplement les poudres de tungstène 

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 et de chrome pour produire le   revêtemant,   puis l'objet revêtu peut être traité thermiquement pour former l'al- liage de revêtement désiré. 



   L'exemple suivant donne le procédé d'obtention et d'essai d'un revêtement selon l'invention. 



   Exemple I 
On maintient un arc électrique de 220 Ampères et 50 volte (courant continu) entre une électrode de tungstene thorié en baguette de 3,2 mm de diamètre (po-   larité   négative) et une électrode en forme de tuyère en cuivre refroidie à   l'eau.,   de 3,2 mm de diamètre d'étran-   glement.   On fait circuler 8,49 m3/h d'argon autour de la cathode et on l'évacue à travers l'électrode-tuyère. La sortie de la tuyère est disposée à 13 mm d'une barre de graphite tournante de 9,5 mm de diamètre.

   On fait passer un alliage de poudre de tungstène contenant 3% en poids de chrome et de dimension particulaire inférieure à 0,043   mm   à travers la tubulure de tuyère à raison de 30   g/min.   et le projette sur la pièce de graphite jus- qu'à ce que l'on obtienne un revêtement de 1,3 mm d'é- paisseur. 



   On expose ensuite la barre de graphite enduite préparée de la manière ci-dessus à des gaz chauds de combustion circulant à 1219   m/sec.   et provenant de la combustion à   2.900 C   d'un mélange d'acétylène et d'oxy- gène ayant un rapport oxygène-carbone de 1,4/1. L'angle d'impact est de 90  et la durée d'exposition de 90 se- condes. La surface extérieure du tungstène-chrome ne présente qu'une légère usure. Le graphite sous-jacent 

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 ne présente aucun dommage. Du graphite non protégé expo- sé à des conditions identiques est sérieusement érodé. 



  L'essai ci-dessus reproduit les conditions de marche d'une tuyère de fusée et montre que les tuyères protégées par des revêtements selon l'invention peuvent plus que satisfaire aux spécifications actuelles. 



   L'exemple suivant montre l'utilité du revêtement selon l'invention pour la protection des matériaux réfrac- taires. 



   Exemple II 
On maintient un arc électrique de 200 Ampères et 55-60 volts (courant continu) entre une baguette électrode de tungstène thorié de 9,5 mm de diamètre et une électro- de-tuyère de cuivre, refroidie à l'eau ayant un diamètre d'étranglement de   3, 2   mm. On fait circuler un courant d'argon à raison de 4,7 m3/h le long de la baguette et l'évacué par   l'électrode-tuyère.   On introduit au-dessous   ae   l'extrmité de la baguette électrode un courant supplé- mantaire d'argon (3,8 m3/h) portant 30 g/min. d'alliage de poudre de tungstène contenant 3   %   en poids de chrome, de dimension particulaire inférieure à 0,043 mm et le fait passer également à travers l'électrode-tuyère.

   La poudre chauffée est ensuite projetée sur une pièce consistant essentiellement en oxyde de magnésium pour former un re- vêtement bien adhérent de 0,7 mm d'épaisseur. La sortie de la tuyère est située à   1,3-1,9   cm de la pièce et on introduit de l'azote supplémentaire comme gaz protecteur (0,85 m3/h) au voisinage de la sortie de la tuyère. 



  L'objet revêtu résultant satisfait nettement aux essais à haute température.

Claims (1)

1. - R E S U M E- A- A titre de produit industriel nouveau une oomposi- tion de revêtement applicable sur une pièce au moyen d'un courant gazeux de vitesse et de température élevées pour y former un revêtement présentant une excellente résistan- ce à l'oxydation aux températures élevées, à l'érosion par la flamme et aux brusques variations thermiques, com- position caractérisée par les points suivants, pris iso- lément ou en combinaison : 1) Elle est composée de 1 à 5 en poids de chrome, le reste étant du tungstène.

   2) Elle est oomposée de 3 % de chrome et de 97 . de tungstène.

   B - Procédé de formation d'un revêtement présentant une excellente résistance à l'oxydation aux températures éle- vées, à l'érosion par la flamme et aux brusques varia- tions thermiques, procédé caractérisa par les points sui- vants, pris isolément ou en combinaisons : 1) On introduit dans la flamme d'un arc stabili- sée par paroi, dirigée contre une pièce, la composition de revêtement pulvérulente définie sous A.

   2) Le revêtement est formé sur un carpe réfrac- taire.

   3) On forme le revêtement sur une couche d'oxy- de de zirconium ou d'alumine appliquée sur une base de graphite.

   4) Le revêtement est forme; directement sur une base de graphite.

   C - Objets revêtus obtenus par application du procédé défini sous B. EMI9.1

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