CH413388A - Matériau métallique composite - Google Patents

Description

      Matériau        métallique    composite    La présente invention a pour objet un matériau  métallique composite destiné à être mis en contact  avec des substances fondues à haute température,  notamment verres, sels ou oxydes.  



  On sait que le platine, les platinoïdes, ainsi que  leurs alliages entre eux ou avec des métaux com  muns présentent de nombreux avantages sur les ma  tériaux céramiques pour la réalisation d'appareils ou  de parties d'appareils destinés au traitement desdits  matériaux fondus. Ils résistent beaucoup     mieux    que  les céramiques à la dissolution, à la désagrégation  et à l'érosion à température élevée. De ce fait, ils  altèrent beaucoup moins les propriétés des matériaux  traités : pureté, indice de réfraction, couleur, homo  généité, teneurs en bulles gazeuses, etc.

   Aussi     sont-          ils    très utilisés par exemple dans la fabrication des  creusets pour l'élaboration de monocristaux de sels  doués de propriétés optiques ou électriques parti  culières, des creusets de fusion de verres d'optique,  des filières pour la fabrication des fibres de verre,  des tubulures,     chambres        d'affinage,    drains de purge,  chicanes, plaques de protection, etc., utilisés pour  l'élaboration de verres ou d'objets en verre.     G pen-          dant    malgré leur supériorité sur les céramiques ré  fractaires, le platine et les alliages de platinoïdes  finissent, à la longue, par se détériorer. Or, ce sont  des matériaux coûteux quoique récupérables.

   Le rem  placement d'un élément d'un four à verre est aussi  une opération coûteuse par les perturbations qu'elle  introduit dans la fabrication.  



  L'invention vise à remédier à ces inconvénients  en créant un matériau métallique composite répon  dant mieux que jusqu'à ce jour aux diverses exi  gences de la pratique, et permettant notamment de  prolonger la durée de service des pièces ou appareils    métalliques, et d'éviter l'altération du verre     par    le  métal,     surtout    dans le cas des verres au plomb, qui  a pour effet de donner aux verres une teinte qui  oblitère leurs qualités optiques.  



  On a constaté que la durée de vie des appareils       métalliques    en contact à haute température avec des  matériaux fondus est limitée par trois actions prin  cipales  1. Une action mécanique, le fluage. A tempéra  ture élevée sous l'action prolongée de forces même  faibles, telles que le propre poids de l'appareil mé  tallique et celui de son contenu, il se produit une  déformation progressive et enfin des criques. L'ap  pareil ou la pièce cesse alors d'être étanche et doit  être remplacé ou réparé.  



  2. Une action chimique exercée par le matériau  fondu. Un verre contient des combinaisons oxygénées  de métaux - oxydes, silicates, aluminates,     silico-          aluminates,    borates,     silicoborates,    etc., qu'on peut  représenter symboliquement par     Me0.    Me peut être  un élément tel que Al, Si, Mg, Ca, Pb, ..., O sym  bolise le radical oxygéné qui peut d'ailleurs se réduire  à l'oxygène seul.

   Les combinaisons     MeO    sont plus  ou moins dissociées suivant un équilibre     thermodyna-          mique    du type  
EMI0001.0020     
    Ceci     signifie    qu'à l'interface métal/verre, la com  binaison     MeO    en solution dans le verre, se dissocie  en partie en un élément Me qui se dissout dans le       platine    ou l'alliage de platinoïdes et en une combi  naison O qui reste dans le verre.

       L'équilibre    précé  dent est     réci    par la loi d'action de masses  
EMI0001.0026     
           AMe        (Pt)    signifie activité de Me dans le platine ou  l'alliage de platinoïdes,       Ao    (verre) signifie activité de O dans le verre,       AMeO    (verre) signifie activité de     MeO    dans le verre,  K est     uune    constante, à une température donnée.  



  En général, le constante K est très petite,     c'est-          à-dire    que les composés     MeO    sont très peu dissociés.  Lorsque le verre fondu entre en contact avec le  platine ou l'alliage de platinoïdes, il apparaît donc  par dissociation une très     petite    quantité d'élément  Me qui se dissout à la surface du métal. La disso  ciation cesse dès que l'activité     AMe    (Pt) de l'élément  à la surface de l'appareil ou de la pièce en contact  avec le verre fondu atteint la valeur d'équilibre.  Il ne peut se former une nouvelle quantité de l'élé  ment Me que lorsque celle qui s'était déjà formée a  diffusé dans le métal.

   La diffusion est un phénomène  lent qui impose sa vitesse à l'ensemble du phé  nomène.  



  La solution de l'élément Me dans le platine ou       l'alliage    de platinoïdes est parfois très différente  d'une solution idéale au sens thermodynamique du  terme par suite de l'existence de fortes liaisons entre  les divers atomes. Il peut se former des phases nou  velles fusibles ou     fragiles    qui cheminent peu à peu,  souvent entre les joints des grains du métal dont elles  provoquent finalement la décohésion. Ce chemine  ment peut être fortement accéléré par les tensions mé  caniques. Les combinaisons oxygénées du plomb qui  constituent une partie     importante    de certains verres,  celles de l'arsenic, de l'antimoine, qui ne sont ajou  tées qu'en faibles quantités, sont à la fois les plus  dissociables et les plus miscibles à certains platinoïdes.  



  3. Une action chimique exercée par l'atmosphère.  L'oxygène de l'air forme à haute température,  avec les platinoïdes, des oxydes gazeux. L'épaisseur  de l'appareil ou de la pièce diminue donc progres  sivement, surtout lorsque     l'atmosphère    se renouvelle  rapidement ; l'attaque est plus prononcée aux points  de grains, ce qui contribue avec les deux autres phé  nomènes décrits à entraîner la perforation du métal  par formation de criques     intergranulaires.     



  En résumé, pour prolonger la durée de vie des  appareils ou des pièces en platine ou alliages de     pla-          tinoïdes    utilisés à haute température en contact avec  des matériaux fondus et pour éviter en outre d'obli  térer les qualités optiques de ces derniers, il faut  améliorer la tenue du métal en face de quatre actions  principales  I - Le     fluage,     II - .La corrosion par les éléments constitutifs du  matériau fondu.  



  <B>111</B> - La corrosion par l'oxygène de l'air,  IV - La coloration du verre fondu.  



  Or, il se trouve que les divers platinoïdes ou  alliages de platinoïdes ne se classent pas dans le  même ordre de résistance à ces diverses     actions.     



  Pour le fluage, ce sont les alliages de platine  avec au moins 10'0/0 de rhodium ou d'iridium qui  résistent le mieux. Le rhodium, l'iridium, le ruthé-         nium,    l'osmium purs ou alliés entre eux ont une  résistance mécanique supérieure, mais leur élabora  tion est plus difficile que celle des     alliages    de platine.  



  Pour la corrosion par le plomb, l'antimoine ou  l'arsenic, ce sont l'osmium, le ruthénium et l'iridium  qui présentent les meilleures qualités de résistance.  



  Pour la corrosion par l'oxygène de l'air, c'est le  rhodium, puis le platine qui se comportent le mieux.  Enfin, c'est le platine pur qui colore le moins  les verres.  



  Pour atteindre le but fixé, le matériau selon l'in  vention est caractérisé en ce qu'il comporte au moins  deux couches de compositions différentes unies entre  elles, à savoir: au moins une couche en platine pur  et une couche d'au moins     1/io    de mm en alliage de  platine et de rhodium.  



  Le matériau     métallique    composite peut compor  ter, outre la couche interne en platine pur et la  couche externe en alliage de platine et de rhodium,  une troisième couche centrale faite d'un alliage qui  résiste à la pénétration par les agents issus des ma  tériaux fondus qui corrodent le platine et/ou d'un  alliage à haute résistance mécanique à température  élevée. Ladite couche centrale peut être en alliage de  platine avec au moins l'un des corps suivants : iri  dium, ruthénium, rhodium, osmium.  



  Diverses formes d'exécution du matériau selon  l'invention sont décrites dans les exemples 1 à 6     ci-          dessous.       <I>Exemple 1</I>  Creuset pour la fusion des verres d'optique.  



  Le creuset est fait avec un doublé formé d'une  couche interne de platine pur et d'une couche     ex-          terne        d'alliage        de        platine        avec        10'%        en        poids        de     rhodium.

      <I>Exemple 2:</I>  Creuset pour la fusion des verres d'optique dif  férant du précédent par la composition de la couche       externe        qui        est        un        alliage        de        platine        avec        20        %        de     rhodium.  



  <I>Exemple 3:</I>  Matériau destiné à être utilisé à haute tempéra  ture en présence de verre fondu.  



  La couche intérieure en contact avec le     verre     fondu, est en platine pur. La couche centrale est en       alliage        de        platine        avec        15        '%        d'iridium.        Elle        assure     la résistance au fluage et constitue un obstacle à la  pénétration du plomb, de l'antimoine, ou de l'ar  senic.  



  La couche externe est un alliage de platine à       20        %        de        rhodium        qui        contribue    à     la        résistance        au     fluage et qui assure la résistance à l'oxygène de l'air.  <I>Exemple 4:</I>  Creuset pour la fusion de verres d'optique.  



  La couche interne en contact avec le verre est en  platine pur.      La couche centrale est en alliage de platine à       13        %        de        ruthénium        pour        assurer        la        résistance    à     la     corrosion par le plomb.  



  La couche externe, en contact avec l'atmosphère,       est        en        platine    à     20'%        de        rhodium.        Elle        assure,        avec     l'alliage de     ruthéninum,    la résistance au     fluage.     <I>Exemple 5:</I>  Creuset pour la fusion de verres d'optique.  



  La couche interne, en contact avec le verre, est  en platine pur.  



  La couche centrale est en platine à 209/o d'iri  dium.  



  La couche externe, en contact avec l'atmosphère,       est        en        platine    à     30'%        de        rhodium.     



  La couche centrale arrête la pénétration éven  tuelle du plomb, de l'arsenic ou de l'antimoine.  



  La couche externe assure la résistance à l'oxy  gène de l'air et, avec la couche centrale, au     fluage.     <I>Exemple 6:</I>  Chicane de four à verre.  



  Cette pièce, entièrement plongée dans le verre,       comporte        une        âme        centrale        en        platine    à     13%        de     ruthénium     recouverte,    sur ses deux faces, de platine  pur.  



  Ces exemples ne sont pas limitatifs ; on peut  utiliser tous les alliages de platine et de rhodium, la  résistance du platine     rhodié    au fluage et à l'action    du plomb étant d'autant plus élevée que la teneur  en rhodium est elle-même plus élevée. Par contre les  difficultés de façonnage croissent, elles aussi, avec la  teneur en rhodium.

Claims (1)

1. REVENDICATION Matériau métallique composite destiné à être mis en contact avec des substances fondues à haute température, notamment verres, sels, ou oxydes, ca ractérisé en ce qu'il comporte au moins deux couches de compositions différentes unies entre elles, à sa voir : au moins une couche en platine pur et une couche d'au moins 1/1o de mm en alliage de platine et de rhodium. <B>SOUS-REVENDICATIONS</B> 1.

   Matériau métallique selon la revendication, caractérisé en ce qu'il comporte, outre la couche interne en platine pur et la couche externe en alliage de platine et de rhodium, une troisième couche cen trale faite d'un alliage qui résiste à la pénétration par les agents issus des matériaux fondus qui cor rodent le platine et/ou d'un alliage à haute résistance mécanique à température élevée. 2. Matériau selon la revendication et la sous revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche centrale est en un alliage de platine avec au moins l'un des corps suivants: iridium, ruthénium, rhodium, osmium.