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Procédé de fabrication diurne entière d'oeuvre métallique poreuse, résistant à la corrosion et à l'oxydation
La présente invention est relative à une matière d'oeuvre métallique, résistant à la corrosion et à l'oxyda- tion, qui est plus particulièrement appropriée à être utilisée pour des filtres et pour des parties de machines.
L'inven- tion vise également un procédé pour la fabrication de ladite matière,
Des matières d'oeuvre métalliques poreuses sont connues et ont trouvé application dans les branches les plus diverses de l'industrie. Ces matières d'oeuvre sont fabriquées, en majeure partie, selon des procédés de la métallurgie des
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Appliquer ne se dépose que dans les régions des borda d'une pièce de forme.
Suivant l'invention, les inconvénients rencontrés jusqu'ici sont supprimés à l'aide d'une matière d'oeuvre cons- tituée par des libres métalliques, et plus particulièrement des fibres d'acier, qui sont plaquées au moyen de composants d'un alliage favorisant la résistance aux températures, à la corrosion et/oU à l'oxydation, et qui sont ensuite homogénéi- odes par calcination de diffusion et sont, le cas échéante préalablement façonnées, ladite matière d'oeuvre étant parti- culièrement appropriée à la fabrication de filtres et de ,
parties de machinas. La nouvelle matière d'oeuvre est fabri- quée en soumet ant d'abord les flores Métalliques à un traite'* ment de surfaoe utilisant des métaux tels qu'ils forment, avec le métal des fibres, un alliage résistant aux températures , eital fibres# @ aux températures# la corrosion et/ou à l'oxydation, et placage sur la surface des fibres métalliques. Ensuite,
on homogénéise le matériau par calcination de diffusion à haute températures et le prenne ensuite pour obtenir des pièces de forme.
On peut également presser et façonner les fibres métalliques à l'état brut (appelé état "vert"), et les plaquer et les homogénéiser ensuite, comme il vient d'être décrit, à l'état de pièces de forme.
L'idée de l' invention consiste à employer, comme matière première de base, de la laine métallique, et plus particulièrement de la laine d'acier, et à améliorer les qualités due fibres individuelles, selon un procédé déjà connu en soi, de manière que, non seulement la surface soit, modifiée, comme c'est le cas dans les procédés connus, mais que les pièces de forme acquièrent dans leur totalité, y compris leure zones intérieures, par traitement de calcin @
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poudre*.
Sas matières d'oeuvre à base de tort de ouirtf et 4 broute ne peuvent pu être qualifiées de matières résistant à la oorrooîon. Pour obtenir des matières d'otuwe résistant &la eerresion, ça a. utilisé de la poudra detoïer 'Yi3t Les matières d'oeuvve fafctfiquéaa avec la poudre V8â ne Mtiefcnt pas$ on plus# aux oxîoenooo do lt ir,raacr la corrotion, car même de# acier* inoxydables ne deviennent féfiittnti aux ' CAS$ vapeurs et liquida agrenaît4g que loriqu'ili possèdent des surfaces entièrement lisses et poli ,
qu'il n'y existe ni coins$ ni toutes dans lesquels des résidus peuvent n'amas- sert et lorsque la structure est complètement homogène, pour empêcher une formation d'éléments locaux,
Même les traitements de surface connus à l'aida de métaux résistant à la Corrosion, par exemple un traitement de diffusion au chrome (procédé de chromage), de pièces d'oeuvre formées par exemple par pressage de métaux en poudrer non résistants à la corrosion,
ne permettent pae d'atteindre ce but. Il devient, certes, possible d'appliquer sur de telles pièces d'oeuvre une couche superficielle résistant très bien à la. corrosion, mais on ne parvient pu$ suivant ce pro-
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cédé connu, à'rendre également résistante à la corrosion la région du noyau d'une pièce d'oeuvre ou de forme, ce qui cependant, dans de nombreux cas, est indispensable, notamment lorsqu'une telle pièce d'oeuvre doit subir une retouche mécanique ou un usinage complémentaire.
De même, une laine métallique traitée galvanique-
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ment, de manière connue, présente des inconv6nienta-ten-ce sens qu'il n'est pas possible d'appliquer sur le métal une ; couche exempte de pores, par exemple une couche de chrome.
En outre, par suite du pouvoir dispersif limité et de la profondeur de dispersion des bains galvaniques, le métal
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et homogénéisation, les propriété désirées*
II ast possible, à cet effet, de préformer d'abord les titrée métallique* en plaquée ou disques ou autres corps et) le cas échéant, de les fritter, avant que le placage en surface à 1'aide de métaux d'ennoblissement, ne soit appliqué.
Au cours du formage les libres métallique. se feutrent, de aorte qu'il en[résulte une réticulation non serrée certes capable de garder sa forme et de présenter une certaine réas. tance mécanique nais qui peut en outre comporter jusqu'à plus de 90 % d'espaces Vide.. lots de l'application de revê- tements, il ne se produit pas seulement, de ce fait, un simple dépôt sur la surface extérieure de$ corps en fibres métalli- ques, mais les vapeurs métallique.,
solutions$ produite de fusion ou mélanges pulvérulente renfermés dans les composante de l'alliage, s'infiltrent dans la totalité du réseau, de sorte qu'une couche se dépose également, dans la tous inté- rieure, sur les libres métallique$ individuelle.. Lors de la calcination de diffusion qui s'effectue ensuite à des températures appropriées, le métal de l'alliage se diffuse, en partant de la couche de dépôt, jusqu'à l'obtention d'un équilibre,dans les fibres individuelles, et il en résulte un édifice constitué par des fibres métalliques alliées de ' manière entièrement homogène,
comme il sied pour la fabri- cation de pièces d'oeuvre entièrement résistantes à la corrosion.
Pour réaliser le placage du métal, on peut utilises* tous les procédés connus, comme le traitement à la vapeur métallique, 1'immersion dans des masses de métaux fondus, l'enrobage dans de la poudre de l'alliage, l'immersion dans des masses de sels fondus (dépôt de métal sans courant), ainsi que l'immersion dans des solutions aqueuses de sels
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avec réduction subséquente aux températures élevées, par exemple août hydrogène,
La Calcination de diffusion qui fait suite au placage est réglée en degré de température et durée du trai- tement de manière telle que les fibres métalliques indivi- duelles soient entièrement transformées en une matière d'oeuvre à teneur élevée, par exele en chrome. On opère en général à des tempera-cures de 1000*0 et au-dessus.
Une homogénéisation suffisante est obtenue, dans la plupart des cas, au bout de trois heures au maximum. Si l'on opère dans des conditions dans lesquelles la vitesse de diffusion de la couche de placage est très faible, par exemple pour du nickel plaqué sur de la laine d'acier, des durées plus longues, allant jusqu'à 10 ou 20 heures, peuvent être nécessaires.
, Le placage au gaz de fibres de laine d'acier avec le chrome s'effectue avantageusement pendant deux à trois heures, à des températures de 1000 à 1100*0, et la calcination s'effectue avantageusement pendant une durée de % heure à 3 heures, à une température d'environ 1100* à 1400 C. Les trai- tements de diffusion et de calcination peuvent également être effectués en une phase, de préférence entre environ 1100 à 1200 C, pendant 1 à 3 heures.
C'est le chrome qui, dans de très/nombreux cas, est préféré comme métal pour le placage au gaz* Il est cepen- dant également possible d'utiliser, dans le procédé conforme à l'invention, d'autres métaux, par exemp le le nickel ou l'aluminium. @
Dans la fabrication, suivant l'invention, d'une matière d'oeuvre en utilisant, par exemple, des fibres d' @ler et, comme métal améliorant les propriétés, le chrom ,on arrive
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une teneur en chrome jusqu'à environ 40 % dans la laine d'acier. Ceci offre la garantie d'une bonne résistance à l'oxydation et à la corrosion, également lors de l'usinage mécanique subséquent.
L'aspect superficiel des fibres métal. liques reste pratiquement inchangé par ce traitement. La ductilité et l'élasticité des fibres métalliques sont égale- ment conservées dans une large mesure. Ces propriétés sont d'une très grande importance pour l'usinage ultérieur et l'utilisation de ces matières d'oeuvre.
La laine métallique utilisée comme matériau de base pour la matière d'oeuvre conforme à l'invention est obtenue avantageusement par enlèvement de copeaux, sur des fils métalliques ou sur des bandes, et sous des épaisseurs de fibres d'un ordre de grandeur de un millième à plusieurs dixièmes de millimètre, des largeurs de un millième de mil- limètre à plusieurs millimètres, et des longueurs allant jusqu'à plusieurs métrée Sont notamment appropriées les . fibres de laine d'acier qui, par exemple lors du chromage, ne subissent pratiquement aucune déformation.
La matière d'oeuvre conforme à l'invention, grâce à sa bonne ductilité et élasticité, est comparativement d'un usinage ultérieur plus facile, au cours duquel elle ; conserve toujours sa résistance à la corrosion. Par exemple, un boudin de laine d'acier, traité par diffusion et homogé- néisation avec du chrome, peut être enroulé sur un rouleau consistant en un squelette de fers profilés et, après qu'il ait été recouvert d'une toile ou d'un feutre, utilisé dans des machines à repasser ou dans des calandres* Dans de telles machines, la vapeur d'eau est amenée chaude de l'intérieur du rouleau, et la garniture du rouleau doit, de ce fait,
être absolument résistanto à la corrosion et, en même temps,
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perméable à la vapeur. Ces conditions se trouvent remplies de façon idéale par la matière d'oeuvre conforméà l'inven- tion. De tels agencements de rouleaux sont également utilisés, dans l'industrie céramique, pour la déshydratation de barbo- tins.. Le rouleau plonge, dans de tels dispositifs, par le dessous, dans la barbotine, et entraîne une mince couche de cette dernière. A l'intérieur du filtre du rouleau est pro- duit un vide, au moyen duquel l'eau en excès est filtrée.
Dans ce cas d'utilisation également, des exigences strictes sont posées relativement à la résistance à la corrosion.
Le degré élevé de porosité que possède, par exemple, la laine d'acier chromée, est une bonne condition préalable à un fonctionnement satisfaisant d'un tel dispositif, équipé de la matière d'oeuvre conforme à l'invention.
Indépendamment de telles parties de machines, il est également possible de réaliser avantageusement des filtres à l'aide de la matière d' oeuvre conforme à l'invention. Les possibilités d'utilisation de filtres ainsi réalisés se situent par exemple, dans le domaine de la filtration des poussières dans une atmosphère chaude et humide, renfermant du SO2.
En raison de sa bonne résistance à l'oxydation et à la corrosion, et de son faible poids spécifique, associée à une grande porosité, la matière d' oeuvre conforme à l'in- vention est en outre appropriée à la fabrication des aubes de turbines pour l'opération dite de ressuage aux températures élevées.
L'invention est décrite plus en détail dans les exemples de mise en oeuvre du procédé. ces exemples, dans lesquels les températures sont indiquées en degrés centi- grandes, sont uniquement destinés à donner un aperçu du pre- cédé et ne limitent nullement l'invention*
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EXEMPLE 1 EXEMPLE
Des boudiné de laine d'acier, composés d'un grand nombre de fibres individuelles qui ont été obtenue*, par enlèvement de copeaux, d'un fil en acier spécial présentant l'analyse suivante : 0,13 % C, 1,06 % Mn, 0,042 % P, 0,009 % S,
0,05 % Cr, et des traces de Si, sont disposés parallèlement les uns aux autres et placés dans une cernue verticale de chromage.
Puis, les pièces de chrome et de céramique sont disposées dans la cornue, de manière telle qu'elles ne puis- sent exercer aucune pression ni traction sur les boudins de laine d'acier. On dirige ensuite, à travers la cornue fermée, un mélange d'azote et d'hydrogène, en tant que gaz de protec- tion.
On introduit, en même temps, de faibles quantités d'acide chlorhydrique, qui provoque, par réaction avec les pièces de chrome et la laine d'acior, l'opération de chromage*
Le traitement de diffusion et de calcination est ensuite effectué en une phase. pendant deux heures, à des températures entro 1150 et 1180 C; Après le refroidissement, l'aspect initial du matériau ne s'est pratiquement pas modifié ; on se trouve en présence d'un boudin de laine d'acier poreux n'ayant subi que peu de changement dans son volume extérieur, et qui est, dans son ensemble, résistant à la corrosion et peut être employé comme matière d'oeuvre aux fins désirées.
EXEMPLE 2
On trempe un boudin de laine d'acier, ayant une section moyenne de fibres de 0,05 x 0,5 mm et une longueur de 1 m environ, dans $ne suspension consistant en alcool méthylique et 10 % en poids de poudre d'aluminium sous forme de feuilles.
En raison du grand volume des pores, qui est / supérieur à 90 %, la suspension d'aluminium pénètre jusque/
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de*$ l'intérieur du corps en laine d'acier, Aprés une opéra- tion de séchage à 80 C environ et d'une durée de 2 heur.., les fibres individuelles de laine d'acier se sont recouvertes d'une mince couche de poudre d'aluminium.
Par une calcination tous gaz de protection (azote), à 600-660 C, pendant 9 à
10 heures, l'aluminium se diffuse dans les fibres de laine d'acier, de sorte que les libres sont sonstituées, de façon homgène, d'un acier svec environ 6 à 10 % d'aluminium.
Ce matériau est très résistant à l'oxydation et peut être usiné en un filtre pour températures élevées, pou- vant être employé en atmosphère oxydante.
EXEMPLE 3
On trempe un boudin de laine d'acier conforme à l'exemple 2 dans une solution aqueuse saturée de nitrate de nickel. En raison de l'important effet capillaire, le corps en laine d'acier s'imbibe entièrement de la solution. On fait évaporer la solution par un séchage prudent, à 120 C, et il reste, à la surface dès fibres en laine d'acier, une mince croûte de sels. On soumet alors le corps en laine d'acier à une calcination de diffusion, à une température de 1200 à
1400 C.
Au cours du chauffage, le nitrate de nickel se réduit - d'abord, dans la zone de température de 600 à 1000 C, en nickel métallique et, au cours de la calcination qui se pour- suit, le nickel se diffuse dans la laine d'acier. En raison de la faible vitesse de diffusion du nickel, l'opération de calcination doit être étendue à 10 ou 20 heures. Après la calcination on est en présence d'une fibre qui consiste en un acier à haute teneur en nickel, avec environ 15 % de nickel.
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Par une opération d'étampage dans une matrice on acier, s'effectuant à environ 5 tonnes par cm2, on abaisse le volume des pores, d'environ 80 % à 10 % seulement, Une telle pièce convient de lagon idéale comme aube de turbine de ressuage, En cas de nécessité l'ébauche en laine d'acier peut être, avant la compression imbibé* à l'aide d'une barbotine de céramique et, après séchage, être comprimés comme décrit. Il est toutefois nécessaire, dans ce case d'effectuer un frittage à 1400-1500*0, afin de conférer à la pièce la consistance désirée.
Une telle pièce est particulièrement appropriée pour être utilisée dans des turbine* à combustion* REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication d'une matière d'oeuvre métallique poreuse, résistant à la corrosion et à l'oxydation caractérisé par le fait que de la laine métallique, notamment de la laine d'acier, utilité* aoit nous forme de fibres individuelles d'une.épaisseur maximale de 0,6 mm, soit aoua forme d'ébauches préformées, réalisées à l'aide de couchez de fibres .individuelles, est plaquée avec une partie constituante d'un alliage améliorant la résistance aux températures, à la corrosion et/ou à l'oxydation du métal de base des fibrose puis soumises à une calcination de diffusion, par laquelle les fibres de laine métallique sont alliées de façon homogène, les fibres Individuelles étant ensuite pressées en pièces de forme,
lesquelles peuvent être comprimées pour réduire le degré de porosité de la matière d'oeuvre.
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