<Desc/Clms Page number 1>
FORMATION DE REVETEMENTS D'ALUMINIUM SUR DES SUBSTRATUM
EN ACIER
La présente invention se rapporte à la for - nation de revêtements d'aluminium sur des substratum en acier ayant une forme allongée qui peut être, enroulée, c'est-à-dire sous forme de tôle, de feuillard, de fil ou de baguette.
L'acier revêtu d'aluminium possède une com - binaison de propriétés intéressantes en ce qu'il associa les bonnes propriétés mécaniques de l'acier à la ré- sistance à la corrosion du revêtement d'aluminium.Bien qu'un certain nombre de procèdes aient été proposés pour la production de ce type de matière} nombre d'entre eux présente l'inconvénient que le produit ne peut être déformé sans fissurage ou pelliculage du revête- ment d'aluminium.
<Desc/Clms Page number 2>
La demanderesse a.mis au point un procédé. économique et efficace de production d'acier revêtu. d'aluminium donnant des revêtements fortement adhérente, Le présent procède nouveau consiste essentiellement à soumettre le substratum en acier de forme allongée à une
EMI2.1
oxydation gontrô140, à recouvrir le substratum d'une coucha d'a."xm.invu.m en poudre ou ;l'bà' iôu,ii,10 d'aluminez préformée, à leminoi, à. c<z4d l'en;+;
ùit= pour obtenir . une certaine déformation du su.hratu-puis à. maintenir l'ensemble à une température élevée pendant un temps surf- risant pour obtenir un xcvLôma,t solidement adhérent*
Quand le revêtement est formé de poudre d'alu- minium l'oxydation. contrôlée dit peut éventuel-
EMI2.2
. lament être ufiuc#aô<s pendan'j vz apra l'application da la poudre sur le substratum étant donné que la couche 'de poudre est suffis3wm>r.l éJr>u=u po'r pjyso-bt're leo-.
. oés de 1 lai-V à la surf ace. du ou'te4oïse dans towe les cas} l'oxydation oontyoléo doit être terminée uVan4 19m4nage du cubatratum 7'jvütv,',- Bien que :l'adt .nn Û4 .revêtement au substratum ne se développa qve rcs au..traitement thermique finale, ce ne dorii-iro pari par lui- même d'adh-is i J"1-1 â.vr.,W ai on oMt l'oxydation contrôlée du substratua ou si elle n'est pas effectuée jusqu'au point correct' La coucha superficielle d'oxyde normalement présente surles surfaces en acier est in- suffisante pour donner une bonne adhérence et à
EMI2.3
l'autre extrémité de l'échelle le substratum no doit pas être oxydé au point qu'il se forme une couche d'oxyde épaJe ''"p'.t'5. 1.;::
3ecr=6 d'oxydation don-
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
niant une bonne adhérence du revêtement-au substratum, C'est-à-dire celui permettant de replier la matière revêtue à plat sur elle-même à l'aide d'un étau sans fiasurage ou pelliculage du revêtement, est compris entre ces limites.
Il a été trouvé qu'un degré approprié de pré- oxydation était celui qui donnait une pellicule adhé- rente d'oxyde ayant une couleur brune à bleue, une
EMI3.2
pellicule de couleur bleu-brun d'environ 400angstroms donnant les résultahe les meilleurs. La pré-oxydation s'effectue convenablement en chauffant le subatxetum à l'air à une température de 350 à 400 C pendant deux à trois minutes ou, si l'on préfère une température de traitement inférieure, à une température de 250 à 3000 pendant dix à quarante minutes. On se rend compte que plus la température à laquelle l'oxydation est effectuée est basse, plus la période de traitement permettant d'obtenir le degré d'oxydation voulu est longue.
Four obtenir l'adhérence maximum de 1'enduit
EMI3.3
au subetratumt la surface de celui-ci doit $tre légère" ment rugueuse avant oxydation* Dans le cas des aubatra" tum en acier laminé à ;6roiâ, il est généralement déoire- b. de dépolir légèrement la surface avant oxydation mais Ige substratum laminés à chaud, 'sat.d.xo n, bandes chaud,
sont normalement assez rugueux tels qu'ils sont produite* Quand on effectue un dépolissage
EMI3.4
il est préférable de l'effectuer par d6capeee -à l'aide d'acide nitrique étendue Le bain de décapage attaque la surface du substratum en acier et facilite l'adhé- rence désirée entre le revêtement et le substratum'Un
EMI3.5
traitement décapant approprié consiste immerger le
<Desc/Clms Page number 4>
le métal pendant trente secondes dans un bai@ d'acide nitrique 0,8 N (5 % vol./vol.) à 20 - 25 C; dans ces conditions une couche de 2 à 3 microns d'acier est enlevée de la surface du métal.
On peut toutefois ap- pliquer d'autres traitements décapants ainsi l'acide peut être plus ou moins concentré que ci-dessus indiqué, ' la durée du traitement peut etre prolongée ou diminuée et la température du traitement élevée ou abaissée.
Bien entendu la durée du traitement nécessaire pour obtenir le degré désiré de décapage est d'autant plus- longue que l'acide est plus dilué et la température de traitement plus basse.
Si de la poudre d'aluminium est déjà pré .
, sente sur le substratum quand on effectue l'oxydation 'de celui-ci, l'aliminium n'est pas sensiblement af - fecté. La couche superficielle d'oxyde normalement présente sur la surface de la poudre prévient sensible- ment toute oxydation ultérieure conduisant à une aug- mentation de l'épaisseur de la couche d'oxyde aux température mentionnées ci-dessus' . quand on utilise de la poudre d'aluminium pour former le revêtement, onpeut l'appliquer au substratum à l'aide d'un dispositif quelconque donnant' ,un. enduit uniforme de poudre sèche exprimé en poids de poudre par unité de surface.
Etant donné que le se- couage exercé par les vibrations du laminoir a ten - danoe à enlever de la poudre du substratum au cours de l'opération de tassement de la poudre il est pré - - @ férable d'appliquer un liant temporaire au substratum @
<Desc/Clms Page number 5>
avant d'y déposer la poudre.
Le liant -temporaire préféré est l'eau étant donné qu'elle fournit l'adhé- renée nécessaire jusque ce que l'enduit de poudre soit lamine et se volatilise complètement au cours du traitement thermique final de sorte qu'elle n'exerce pas d'effet nuisible sur l'adhérence du revêtement dans le produit final* L'eau est commodément fournie par passage du substratum sous une éponge fibreuse ,humectée d'eau immédiatement avant que le substratum entre dans le poste de dépôt de la poudre,
Un autre liant temporaire utilisable est l'hydroxyde de nickel gélatineux' Bien que cette ,
'matière constitue un excellent liant temporaire elle exerce un effet nuisible sur la force adhésive entre le revêtement et le substratum dans la produit final et la quantité d'hydroxyde de nickel gélatineux utilisée doit être maintenue à moins d'environ 100mg de NiOH2 par mètre carré de surface du substratum.,
Quand on utilise une feuille d'aluminium en l'applique de préférence et on la colle au substra- %un au moment du laminage à chaud avant le traitement thermique final, c'est-à-dire que la feuille et la bande oxydée chaude sont envoyées simultanément dans' l'espace intervallaire des cylindres dans lesquels s'effectue le laminage à chaud.
Que le revêtement soit formé à l'aide de poudre ou de feuilles, la pression de laminage ap - pliquée au cours @e l'opération de laminage à chaud est cenvenableme@ telle qu'on obtienne un allonge ** ment de 3 à 4% d@ substratum. L'ensemble doit être 'laminé à une tem erature supérieure à la température
<Desc/Clms Page number 6>
ambiante; on a en effet trouvé que si on effectue le laminage à froid, .L'adhérence. du revêtement dans. le produit final est beaucoup moins bonne que quand 'le laminage est effectué à chaude les autres condi- tiens du traitement étant par ailleurs identiques.- /. Le laminage s'effectue convenablement pendant que le substratum .est encore chaud après son traitement.
'oxydant..Apres cette opération de laminage le re vêtement , eu'il ait 'été formé de poudre ou d'une feuille, adhère suffisamment au'substratum' pour n'être pas enlevé par suite des vibrations dues au laminoir et pour permettre d'enrouler ou d'empiler le substratum revêtu, selon sa forme, en vue'du traite- ment thermique final sans que le revêtement soit.en- dommage* Toutefois, à ce stade, une forte déformation du substratum, revêtu détache le revêtement'
Le traitement thermique final consiste à chauf- fer le substratum revêtu à une température de 250 à
600 C pendant un temps suffisant pour, obtenir une forte adhérence du revêtement,
A la température inférieure mentionnéele'chauffage peut être pour - suivi pendant une période atteignant vingt-quatre heures bien qu'un chauffage allant jusqu'à quatre heures à cette température soit usuellement suffisante A la température la plus élevée mentionnée, une période'- de séjour de cinq à dix secondes est usuellement suf- fisante.
Des périodes de séjours comprises entre ces temps et ceux précédemment mentionnés sont applicables aux températures intermédiaires' Dans le cas de substra- tum continus c'est-à-dire de feuillards ou de filât
<Desc/Clms Page number 7>
le traitement thermique final peut. être effectué.
de manière continue avec le laminage à chaud quand la durée de traitement est suffisamment courte, c'est- à-dire d'environ dix secondes ou moins' Dans le cas de périodes de chauffage plus longues le traitement est de préférence effectué, le substratum revêtu étant sous forme de bobine ou de pile, Le traite- ment thermique est de préférence effectué en présence d'air ou d'un autre gaz oxydant'
Les exemples suivants, qui sont purement illustratifs, permettront une compréhension plus complète de l'invention,
EXEMPLE 1 'On décape trois échantillons de feuillard en acier laminée dégraissée recuit et revenu de 15 cm de long, 5 cm de large et 0,5 mm d'épaisseur dans de l'acide nitrique 0,
8 N à 25 C pendant trente secondes la boue peu adhérente laissée par le décapage étant enlevée en frottant légèrement et rinçant, puis on sèche. Le traitement de décapage enlevé une épaisseur d'environ 2 à 3 microns de chaque côté de la bande.
On chauffe alors les échantillons 4 l'air dans une étuve à 280 C pendant respectivement trois, dix et quarante minutes' Dans le premier cas il ne se forme pas de pellicule'd'oxyde brun,'on obt@ent . dans le deuxième une pellicule d'oxyde brun et @@ns le troisième une pellicule d'oxyde bleu.
A la fir de ces périodes de chauffage des bandes de µ0¯on d@ long,
5 cm de large de feuille d'aluminium doux végraissé
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
de pureté industrielle et de 0,075 m<-1 y'épaisseu sont repliées au milieu de chaque échantillon d'acier de @.Manière que chacune des faces de l'échantillon d'acier soit recouverte de la feuille d'aluminium alors que l'acier sortant.de l'étuve est encore chaud et on
EMI8.2
lamine l'ensemble à raison de 5em/secondes avec près- - sion de laminage telle qu'on obtienne 'un allongement de 3 -, 4 %.
Les matières laminées sortent du laminoir aenviron 70 C.
EMI8.3
On La;3 chauffe alors à 450 C a. raison de 5 0 par minute et on les maintient à 450 C pendant une heure et demie.
Apres refroidissement .on évalue l'adhérence
EMI8.4
.du revêtement d'aluminium en repliant chacun'dea échan- tillons à plat' sur lui-même dans un étau.Le revêtement.' ' de l'échantillon @@ydé pendant trois minutes se fissure
EMI8.5
à la courbure mais wru::. exietant sur les échantillons .)J , OxYdés pondant dix et quarante minutes ne forment aucune'';
fissure, ampoule ou pe1l'i;:,iage..., On traite un autre échantillon comme décrit ci-dessus en effectuant l'oxydation a. 280.00 pendant dix m.nutaeyra.a' apxéa oxydation, on laiss.e l'échan- .%il]on refroidir, a. la température ambiante, puis on recouvre les doux côtés d'une'feuille d'aluminium,on lamine à froid pour obtenir le même allongement et on
EMI8.6
,traite à 45000 comme il a été dit.
le revêtement obi- ten.use fissure à la courbure quand on replie l'échan- tillon à plat dans.lassai à l'étau,
<Desc/Clms Page number 9>
D'autres échantillons ont été décapes, oxydes pendant dix minutes à 280 C, recouverts d'une feuille d'alu - minium,lamines à chaud comme précédemment décrit puis chauffés à 450 C à raison de 5 C par minute et mainte- nua à cette température pendant seize heures. Tous ces échantillons résistent à l'essai de courbure sans se fissurer.
EXEMPLE 2
On décape, on lava, on rince et on sèche quatre échantillons du-feuillard d'acier utilisé dans l'exemple 1 comme il est décrit dans celui-ci*.On dé- pose de la poudre d'aluminium passant au tamis à mailles de 005mm de manière uniforme sur chacun des échantillons de manière à obtenir une épaisseur finale de revêtement de 0,05mm.
On chauffe alors trois des échantillons en- duits à l'air dans un four p 380 C pendant respective-. ment une, deux et trois minutes* L'examen des échan- tillons à leur sortie du four montre qu'une durée d'oxydation d'une minute est suffisante pour colorer l'acier, qu'une durée de deux minutes donne un oxyde brun clair et une durée de trois minutes un oxyde brun foncé 4 bleu.
On lamine alors les quatre échantillons sous une pression telle qu'on obtienne un allongement de 4%, les trois échantillons oxydés étant laminés immé- .diatement à leur sortie du four. Après laminage on chauffe les échantillons à 450 C à raison de 5 C par minute et on les maintient à 450 C pendant une heure et demie,
<Desc/Clms Page number 10>
Après refroidissement on. évalue l'adhérence des revêtements;
celui obtenu sans oxydation préalable et celui obtenu âpres une minute d'oxydation se fis- 'surent à. l'essai de courbure à 1(étau. Les revêtements des échantillons oxydés pendant deux et trois minutes' résistent à cet essai sans se fissurer'
On enduit trois autres échantillons d'alu - minium en poudre, on les oxyde ( respectivement pen . dent une, deux et trois minutes)! on les lamine à. chaud et on les chauffe à 450 C comme décrit ci-dossus mais on omettant dans tous les cas le décapage préliminaire.
On recourbe les échantillons après refroidissement. selon l'essai à l'étau et dans tous les cas on observe un écaillage du revêtement qui est le plus sévère dans -l'échantillon oxydé pendant une minute et le moins .sévère dans l'échantillon oxydé pendant trois minutes*
EXEMPLE 3
Pour démonter l'effet exercé par l'utilise- tion de l'hydroxyde de nickel gélatineux à titre de liant de la poudre on décape;
! on lave, on rince et on sèche quatre échantillons de feuillard d'acier utilisé dans l'exemple 1 comme il y est décrite
On enduit alors trois des échantillons d'hydre-' xyde de nickel gélatineux en les disposant comme cathodes dans des cellules électrolytiques contenant 1 milli- molécule de Ni 12 par litre d'eau, la cellule fonction- , nant à une densité de courant à la cathode de 0,12 amp/cm2.
Ces échantillons sont soumis à ce traitement cathodique pendant respectivement dix, vingt et trente secondes,
<Desc/Clms Page number 11>
On enduit alors de poudre.d'aluminium ces, trois échantillons et celui qui n'a pas été enduit d'hydroxyde de nickel gélatineux, on oxyde pendant -deux minutes à 380 C, on lamine à chaud et on traite par.la chaleur comme il est décrit dans l'exemple 2.
On constate après refroidissement que l'échan- tillon qui n'a pas été enduit d'hydroxyde (le nickel et celui qui a subi le traitement cathodique de dix secondes résiste à l'essai de courbure à l'étau sans fissurage du revêtement alors que les revêtements . des deux autres échantillons se fissurent au cours , de cet essai* Le traitement cathodique pendant dix secondes donne un enduit d'hydrexyde de nickel de 62mg/m2 sur l'acier:
EXEMPLE 4
On décape des échantillons de feuillard d'acier dégraissés, recuits et revenus laminés ayant une épaisseur de 0,5mm pendant vingt secondes dans de l'acide ni-brique en solution aqueuse à 5 % vol,/
Volume- On frotte alors légèrement les échantillons et on les rince à l'eau, puis on les Dèche,
On humecte d'eau,les échantillons et on y dépose de manière uniforme.de la poudre'd'aluminium passant eu tamis à mailles de 0,05mm de manière à obtenir une épaisseur finale d'enduit de 0,05mm.
On chauffe à l'air les échantillons enduits de poudre dans un four à 380 C pendant trois minutes puis on les lamine sous une pression telle qu'on obtienne un allongement de 4 %. On chauffe alors les échantil - lens pendant des temps différents à doo températures'
<Desc/Clms Page number 12>
variées? savoir de 250, 300, .350 et 40090 pour imiter un chauffage rapide immédiatement après lami- nage,
bobinage à chaud et maintien de -la température de traitement pendant les temps indiqués dans le tableau ci-après* Après refroidissement à la tempe- rature ambiante l'adhérence des revêtements est évaluée au moyen de l'essai de courbure à l'étau ainsi que par un essai consistant à appliquer une certaine longueur d'un ruban adhésif par pression$ puis à détacher le ruban. Les revêtements sont clas- sés selon les quatre qualités suivantes . Très médiocre - fissurage sévère et pelliculage du revêtement immédiatement âpres courbure.
Médiocre fissurage du revêtement au oourbage revêtement enlevé par le ruban adhésif
Assez bon - fissurage du revêtement à l'essai de courbure visible.au. microscope bino- culaire; le revêtement n'est pas en*- levé par le ruban adhésif.
Bon pas de fissures ou très légères fis- sures visibles seulement au micro- soope binoculaire, par courbage; le revêtement n'est pas enlevé par le ruban adhésif
Les résultats obtenus sont les suivants.
<Desc/Clms Page number 13>
EMI13.1
<tb>
Temp. <SEP> C <SEP> Temps <SEP> Temps
<tb>
<tb> ( <SEP> minâtes <SEP> ) <SEP> heures)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> 10 <SEP> 20 <SEP> 40 <SEP> 2 <SEP> 24
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 250 <SEP> Très <SEP> médiocre <SEP> assez <SEP> bon <SEP> bon <SEP> bon
<tb>
<tb> médiocre <SEP> bon
<tb>
<tb>
<tb> 300 <SEP> médiocre <SEP> assez <SEP> bon <SEP> bon <SEP> bon <SEP> bon
<tb>
<tb> bon
<tb>
<tb> 350 <SEP> assez <SEP> bon <SEP> bon <SEP> bon <SEP> bon <SEP> bon
<tb>
<tb> bon <SEP> , <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 400 <SEP> ' <SEP> assez <SEP> bon <SEP> bon' <SEP> bon <SEP> bon <SEP> très <SEP> mé-
<tb>
<tb> bon <SEP> diocre
<tb>
<tb> ; <SEP> ( <SEP> .Formation <SEP>
<tb>
<tb> considérable'
<tb>
<tb> 'd'alliage <SEP> ) <SEP>
<tb>