Procédé pour émailler à chaud une surface métallique
par au moins deux couches superposées d'émail
L'émaillage à chaud d'objets métalliques de toutes sortes, constituant par exemple des ustensiles de cuisine, des meubles sanitaires ou des appareils à usage ménager, est habituellement réalisé par recouvrement de toute la surface de ces objets par plusieurs couches superposées d'émail formant ainsi une sorte de coquille étanche dans laquelle est emprisonné l'objet.
Ce recouvrement intégral, pratiquement indispensable lorsque Objet émaillé est en matériau ferreux de manière à en éviter l'oxydation tant lors de la cuisson au four de l'émail que par la suite, est nécessaire si l'on veut obtenir un émaillage de bonne qualité, sans fissure et sans décollement d'écailles, par défaut d'adhérence de l'émail sur le métal.
Ces difficultés tiennent en effet, d'une part, à la structure vitrifiée que présente l'émail après cuisson, ce qui se traduit par une élasticité relativement mauvaise de la couche, et, d'autre part et surtout, au fait que, pour une grande plage de température, le coefficient d'allongement thermique des émaux est sensiblement inférieur à celui des métaux.
Grâce à l'encapsulage des objets par une pellicule d'émail, il est en effet possible de pallier partiellement ces inconvénients parce que la tenue de l'émail sur le métal n'est plus seulement tributaire de l'adhérence du premier sur le- second, mais également de la continuité de la pellicule émaillée de recouvrement et de la consistance de cette pellicule. En particulier, on sait que l'émaillage traditionnel ne peut être réalisé de façon satisfaisante, si une telle pellicule n'a pas au moins l'épaisseur de l'ordre de 8!100 de millimètre.
Il découle de ce qui précède que, avec les techniques connues, I'émaillage partiel de la surface d'un objet métallique n'est possible qu'en procédant à l'émaillage intégral de cet objet et à l'enlèvement subséquent, par usinage, de l'émail: sur toutes les zones de l'objet qui devraient en être dépourvues.
La présente invention propose précisément un procédé pour émailler à chaud une surface métallique par au moins deux couches superposées d'émail sans obligation d'émaillage intégral de la pièce présentant cette surface et sans éloignement de l'émail recouvrant les parties de la pièce autres que la surface en question.
Elle trouve de ce fait des applications nombreuses et particulièrement intéressantes dans le cas d'émaillage de divers métaux peu oxydables, présentant un point de fusion supérieur à celui de l'émail, comme c'est par exemple le cas des aciers inoxydables.
Le- procédé selon la présente invention est caractérisé par le fait qu'on appose sur la surface une première couche d'émail, qu'on recouvre cette première couche par une seconde couche d'émail dont le point de fusion est sensiblement inférieur à celui de l'émail de la première couche, qu'on chauffe simultanément ces deux couches d'émail et la surface métallique à une température correspondant à celle du point de fusion de l'émail de la seconde couche, et enfin qu'on refroidit l'ensemble jusqu'à température ambiante.
Les émaux susceptibles d'être utilisés pour la. mise en oeuvre de ce procédé pourront être choisis soit parmi ceux employés dans la décoration du verre ou de la céramique particulièrement fine (température de fusion de l'ordre de 450 à 5000 C), soit parmi ceux réservés exclusivement aux pièces de céramique de plus grande solidité ou de qualité particulièrement bonne (température de fusion de l'ordre de 650 à 7500 C), soit enfin parmi les émaux à vitrification totale (fusion à 8300 C ou plus) destinés à l'émaillage des métaux ferreux.
Lorsque le métal devant recevoir l'émail est de l'acier inoxydable ou lorsque I'émail constituant la première couche est un émail dont le point de fusion est au plus de 7000 C environ, la surface à émailler peut être recouverte d'émail sans traitement préalable, l'adhérence de la pellicule d'émail étant alors tout à fait suffisante. Il a en
effet été constaté que, dans le cas d'un acier, cette
adhérence était d'autant meilleure que la teneur en car
bone de l'acier était faible ce qui explique qu'il soit pos
sible d'obtenir une fixation satisfaisante de l'émail sur
un acier inoxydable.
En outre, si la première couche d'émail est réalisée
avec un matériau à point de fusion relativement élevé
et que la seconde couche est au contraire fusible à une
température nettement plus basse, les allongements ther
miques dont sont l'objet tant cette couche que le métal
de la surface recouverte sont relativement réduits de
sorte que les contraintes qui en résultent pour la couche
sont faibles, ce qui améliore évidemment l'adhérence
naturelle de l'émail sur le métal.
Lorsque au contraire cette adhérence est difficile à
obtenir, que ce soit parce que le métal constituant la sur
face à revêtir d'émail s'y prête mal ou parce que la
qualité de l'émail utilisé implique une température de
cuisson relativement haute, et par voie de conséquence
des allongements importants tant du métal que de l'émail,
il convient de traiter au préalable cette surface de ma
nière à lui donner une rugosité suffisante pour que
l'émail puisse faire prise par pénétration dans les micro
cavités résultant de cette rugosité; d'autre part, l'étendue
totale de la surface sur laquelle s'effectue cette prise est
augmentée de par le fait qu'à la surface unitaire corres
pondant au fond de chaque cavité vient s'ajouter la sur
face latérale de celle-ci, ce qui contribue également à
améliorer l'adhérence.
Ce traitement de surface peut être réalisé par tous
moyens adéquats, en particulier par sablage, par attaque
chimique, etc. Il a toutefois été remarqué que la meilleurre adhérence s'obtenait lorsque toutes les cavités de
la surface rugueuse sont uniformément réparties et que
leur profondeur moyenne a une valeur bien déterminée,
proportionnelle à la température de cuisson de l'émail,
c'est-à-dire, dans une certaine mesure, à l'allongement
dont la couche de celui-ci est l'objet à cette température.
Comme décrit, la caractéristique essentielle du pro
cédé selon l'invention réside en ce que le point de fusion
de l'émail formant la première couche est sensiblement
supérieur au point de fusion de l'émail constituant la
seconde couche, les deux couches superposées et l'objet
sur lequel elles sont apposées étant portés simultanément
à une température correspondant à celle du point de
fusion de l'émail de la seconde couche. Ces émaux peu
vent être appliqués, par voie directe ou indirecte, sous
toute forme connue: en suspension, en poudre ou en
pâte, etc.
Comme l'émail de la première couche n'est pas
chauffé jusqu'à sa température de fusion mais seulement
à une température inférieure, en oc, d'environ 15 à
25 %, cet émail n'acquiert pas la constitution et l'aspect
vitrifié qui le caractérisent après cuisson. II forme une
pellicule solide, d'aspect très légèrement mat qui adhère
parfaitement bien au métal qu'elle recouvre et qui résiste
de façon pleinement satisfaisante aux chocs ainsi qu'à
toute action abrasive exercée sur sa surface. En outre,
et surtout, une couche d'émail dont la cuisson n'est pas
portée à terme présente des caractéristiques de plasticité
bien meilleures qu'à l'état vitrifié, qui lui autorisent une
déformation relativement facile tant à l'extension qu'à la
compression.
Il s'ensuit que les contraintes dont une telle
couche est l'objet tant au cours de son échauffement
que pendant son refroidissement sont mieux absorbées
et que, en conséquence, cette couche ne casse pas et
adhère parfaitement bien au métal.
En outre, bien que la seconde couche d'émail soit portée à sa température de cuisson, et qu'elle acquiert en conséquence une consistance vitrifiée, donc cassante par nature, cette seconde couche ne se brise pas lors de son refroidissement parce que appliquée sur la première couche d'émail, partiellement cuite, dont la plasticité joue le rôle d'élément tampon et suit les déformations de la seconde couche tout au moins dans sa partie adjacente à cette couche.
Bien entendu, la seconde couche d'émail peut ne pas recouvrir en totalité la première couche et ne constituer, par exemple, qu'un motif décoratif sur une couche de fond qui serait unie.
En outre, bien qu'il n'ait été fait mention que d'un revêtement émaillé ne comportant que deux couches d'émail, il est évident que les principes inventifs exposés précédemment pourraient également être mis en oeuvre dans le cas d'un émaillage comportant un nombre supérieur de couches, étant entendu que la couche adhérant directement au métal devra dans tous les cas présenter un point de fusion sensiblement supérieur à celui des autres couches.
Lorsque la surface de l'émaillage doit présenter une qualité de polissage particulièrement bonne, il est prévu, selon l'invention, de porter la pièce à émailler à une température correspondant au moins à celle de fusion de la seconde couche du revêtement à réaliser et cela déjà avant de procéder à l'apposition de la première couche d'émail. Par ce préchauffage, les gaz éventuellement retenus par le métal au voisinage de sa surface s'échappent
avant l'émaillage et non au cours de la cuisson des émaux (ce qui produirait dans le revêtement une série de petits cratères).
Les trois exemples ci-après illustrent de façon complète comment le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre, le premier et le dernier se référant au recouvrement d'un acier inoxydable à très basse teneur de carbone, le deuxième au recouvrement d'un acier inoxydable présentant une teneur de carbone nettement supérieure:
Exemple I
La pièce dont une partie de la surface doit être recouverte d'émail est constituée d'acier inoxydable austénitique comportant 18% de chrome, 10% de nickel, 0,03% de carbone et le reste de fer.
On appose sur cette surface, à l'état lisse, une première couche de 2/100 de millimètre d'épaisseur d'un émail liquide réservé habituellement à la décoration de la céramique et dont le point de fusion est de 6500 C (environ); on recouvre ensuite une partie de cette première couche d'émail par une seconde couche, de 2 à 4/100 de millimètre d'un émail liquide à bas point de fusion (5000 C environ), destinée par exemple à constituer un élément décoratif.
On introduit ensuite la pièce dans un four tunnel dans lequel elle est portée à une température de 5000 C, c'est-à-dire à une valeur correspondant à celle de cuisson de la seconde couche d'émail, mais non à celle de la première. On maintient alors le tout à cette température pendant 4 ou 5 mn puis on refroidit jusqu'à température ambiante.
On obtient ainsi une pièce légèrement oxydée sur ses parties non émaillées et dont le recouvrement d'émail présente un aspect légèrement mat sur sa portion correspondant exclusivement à la première couche d'émail, l'élément décoratif formant la seconde couche d'émail ayant au contraire une brillance particulièrement prononcée. Cet émaillage présente en outre une très bonne résistance à l'impact et à l'abrasion, de sorte qu'il est ainsi possible de soumettre la pièce à une opération de polissage de ses parties oxydées sans pour cela endommager l'émail que ce soit en le décollant ou même en le griffant.
Exemple 2
La pièce dont une partie de la surface doit être recouverte d'émail est en acier inoxydable dit martensitique , c'est-à-dire comportant notamment 13,5 % de chrome et 0,95 % de carbone. Il s'agit donc d'un acier inoxydable présentant une teneur élevée en carbone: pour améliorer l'adhérence de l'émail sur la pièce, on procède en conséquence à un traitement préalable de la surface à revêtir, par projection de particules de carbure de silicium de 50 W de diamètre.
On appose sur cette surface traitée une première couche de 2/100 de millimètre d'épaisseur d'une suspension d'émail réservée habituellement à la décoration du fer et dont le point de fusion est de 8300 C. On recouvre ensuite partiellement cette couche par une seconde couche de 2/100 de millimètre d'une suspension d'émail habituellement réservée à la décoration de la céramique, c'est-à-dire dont le point de fusion est de 7000 C.
On introduit enfin la pièce dans un four dans lequel elle est portée rapidement à une température de 7000 C, c'est-à-dire à une valeur correspondant à celle de cuisson de la seconde couche d'émail, mais non à celle de la première. On maintient alors le tout à cette température pendant 4 ou 5 mn au moins puis on refroidit jusqu'à température ambiante.
On obtient ainsi une pièce légèrement oxydée sur ses parties non émaillées et dont le recouvrement d'émail présente non seulement une très bonne résistance à l'impact et à l'abrasion mais également un aspect général particulièrement réussi, la brillance des deux couches d'émail étant pratiquement identique puisque la température de cuisson de la première couche est relativement élevée et que la température de cuisson de la seconde couche d'émail est très voisine de celle à laquelle il faudrait porter l'émail de la première couche pour le vitrifier.
Exemple 3
La pièce dont une partie de la surface doit être recouverte d'émail est constituée d'acier inoxydable austénitique comportant 18% de chrome, 10% de nickel, 0,03% de carbone et le reste de fer.
En vue de pouvoir employer pour la première couche un émail à haut point de fusion, on procède à un traitement préalable de la surface à revêtir, par projection de particules de carbure de silicium de 50 y de diamètre.
On peut alors apposer sur cette surface traitée cette première couche, de 2/100 de millimètre, par application d'une suspension d'émail réservé habituellement à la décoration du fer et dont le point de fusion est de 8300 C environ. On recouvre ensuite partiellement cette couche par une seconde couche de 21100 de millimètre d'une suspension d'émail habituellement réservée à la décoration de la céramique, c'est-à-dire dont le point de fusion est de 7000 C environ.
On introduit enfin la pièce dans un four dans lequel elle est portée rapidement à une température de 7000 C, c'est-à-dire à une valeur correspondant à celle de cuisson de la seconde couche d'émail, mais non à celle de la première. On maintient alors le tout à cette température pendant 4 ou 5 mn au moins, puis on refroidit jus qu'à température ambiante.
On obtient ainsi une pièce légèrement oxydée sur ses parties non émaillées et dont le recouvrement d'émail présente non seulement une très bonne résistance à l'impact et à l'abrasion mais également un aspect général particulièrement réussi, la brillance des deux couches d'émail étant pratiquement identique puisque la température de cuisson de la première couche est relativement élevée et que la température de cuisson de la seconde couche d'émail est très voisine de celle à laquelle il faudrait porter l'émail de la première couche pour le vitrifier.
REVENDICATION I
Procédé pour émailler à chaud une surface métallique par au moins deux couches superposées d'émail, caractérisé par le fait qu'on appose sur cette surface une première couche d'émail, qu'on recouvre au moins une partie de cette première couche par une seconde couche d'émail dont le point de fusion est sensiblement inférieur à celui de l'émail de la première couche, qu'on chauffe simultanément ces deux couches d'émail et la surface métallique à une température correspondant à celle du point de fusion de l'émail de la seconde couche, et enfin qu'on refroidit l'ensemble jusqu'à température ambiante.
SOUS-REVENDICATIONS
1. Procédé selon la revendication I, caractérisé par le fait que, avant de procéder à l'apposition de la première couche d'émail sur la surface, on rend cette surface rugueuse de manière à améliorer l'adhérence de cette première couche par pénétration de certaines de ses parties entre les aspérités de la surface.
2. Procédé selon la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé par le fait qu'on rend la surface uniformément rugueuse sur toute son étendue.
3. Procédé selon la revendication I, caractérisé par le fait que, avant l'émaillage, on porte la pièce à émailler à une température correspondant au moins à celle de fusion de la seconde couche d'émail, de manière à faciliter l'échappement des gaz éventuellement retenus par les parties métalliques voisines de la surface recevant l'émail.
REVENDICATION II
Revêtement émaillé obtenu sur une surface métallique par la mise en oeuvre du procédé selon la revendication I.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.