Brevet FR2003632A1 — publié le 19691114

)'t i 2003632 La présente invention est relative aux,.procédés de diffusion superficielle utilisant des décharges luminescentes électriques, et concerne plus particulièrement bien que non exclusivement la nitruration ionique. Dans la suite de la présente description 5 le terme de décharge luminescente doit être entendu comme désignant une décharge dans la partie de la courbe•courant/tension connue comme région de chutes cathodiques anormales, du fait qu'il est connu que le fonctionnement dans cette zone est essentiel pour les procédés de diffusion superficielle . à une XO échelle industrielle. Dans le procédé de nitruration ionique, l'ouvrage devant être chauffé constitue la cathode dans une chambre qui contient également une anode. D'une façon commode, l'anode est constituée par la chambre elle-même avec une électrode fixée à la chambre Ié> et espacée de la cathode d'une distance prédéterminée. Ce procédé est actuellement mis en oeuvre en deux phases. Tout d'abord, de l'hydrogène sous une faible pression est introduit dans la chambre et une décharge électrique luminescente est provoquée, chauffant et nettoyant ainsi la surface de l'ouvrage. 20 Après une période de temps prédéterminé, l'hydrogène est partiellement remplacé par le gaz de travail qui dans ce cas est de l'azote, et la décharge luminescente est maintenue de telle sorte que le procédé de nitruration s'effectue. Il a été proposé d'utiliser un courant continu comme source 25 d'alimentation en énergie électrique dans le procédé de nitruration ionique, mais cet agencement présente l'inconvénient qu'une instabilité peut se produire au cours de la première partie du processus lorsque l'hydrogène est présent. En outre, même si l'on atteint un état d'équilibre satisfaisant en utili-30 sant un courant continu, lorsque l'hydrogène est partiellement remplacé par l'azote, dont les ions sont plus lourds que ceux de l'hydrogène, l'énergie cinétique plus élevée des ions azote introduit une instabilité de la luminescence par suite de la pulvérisation de la cathode et de l'émission secondaire, et 35 cette instabilité peut détériorer l'ouvrage. Il est par.conséquent nécessaire d'utiliser des circuits de suppression d'arcs, mais même lorsque de tels circuits sont utilisés la détérioration de l'ouvrage n'est pas entièrement supprimée. Il a également été proposé d'utiliser un courant alternatif comme source d'alimentation en énergie électrique, mais le courant alternatif ne 40 06604 2 2003632 supprime pas entièrement les inconvénients du courant continu. On a constaté que l'instabilité peut être restreinte si l'énergie d'alimentation est constituée par des impulsions ayant espace un rapport marquage/variable. En conséquence, l'invention a pour objet un procédé de diffusion superficielle pour traiter un ouvrage, caractérisée en ce que l'ouvrage constitue la cathode et est disposée dans une chambre contèiiànt une anode, on introduit un gaz réducteur dans la chambre, on établit et on maintient une décharge électrique luminescente autour de l'ouvrage jusqu'à ce que ce dernier soit nettoyé et chauffé jusqu'à la température de travail, et l'on maintient la température de travail en présence du gaz de travail tout en maintenant la décharge luminescente pendant le temps de traitement nécessaire, la décharge luminescente étant établie et maintenue par des impulsions de courant dont le rapport marquage espace est diminué lorsque la température de travail est atteinte. Le gaz de travail peut être introduit lorsque la température de travail est atteinte, comme dans les.procédés connus. Cependant on a constaté que l'utilisation d'impulsions permet aux phases de nettoyage et de chauffage d'être exécutées en présence du gaz de travail, qui peut par conséquent être introduit initialement, ou à un moment quelconque avant que soit atteinte la température de travail. L'invention a également pour objet un ouvrage obtenu ou traité au moyen du procédé défini ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention . apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en se référant au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple et dans leque la Figure unique est un schéma d'un appareil qui peut être utilisé dans un mode de réalisation de l'invention. En se reportant au dessin, une alimentation en courant alternatif triphasé est appliquée à un redresseur à double alternance comprenant trois diodes 11 et trois thyristors 12, les thyristors 12 comportant montés en série avec eux des diodes 13. La sortie du redresseur à double alternance est appliquée à une cornue de nitruration 14 par l'intermédiaire d'une résistance 15 de limitation du courant et d'une résistance 16 détectrice du courant. L'ouvrage devant être nitruré se trouve à l'intérieur . de la cornue 14 et constitue une cathode, la cornue 14 j 2003632 69 Oté'J4 L'appareil comprend en outre une source d'alimentation 17 en courant continu qui sert, par l'intermédiaire d'un circuit de déclenchement 13 à exciter un générateur 19 d'impulsions de rapport marquage espace variable, qui fournit un courant de 5 déclenchement au thyristor 12, l'agencement étant tel que l'énergie fournie à la cornue 14 est appliquée sous forme d'impulsions sous la commande du générateur 19. Ce générateur 19 peut être réglé manuellement afin de fournir un premier rapport marquage espace qui est réduit à un second rapport marquage espace consi-Xo dérablement moindre, comme on l'expliquera dans la suite. Dans un mode de mise en oeuvre caractéristique, l'ouvrage est en acier, et- la cornue 14 constituant l'anode comporte une autre électrode qui lui est reliée et qui est espacée de l'ouvrage d'une distance prédéterminée. Des proportions égales en volume X5 d'hydrogène et d'azote sont introduites dans la cornue 14 sous une pression d'environ un Torr, et une décharge luminescente est amorcée par l'alimentation triphasée agissant par l'intermédiaire du redresseur à double alternance ^-e générateur 19 à ce stade ., ' électrodes de étant réglé pour fournir de 1 energie aujçéeuil des thyristors 20 avec le rapport marquage espace le plus élevé de telle sorte que l'énergie fournie à la cornue 14 se trouve à son niveau maximal. Pour empêcher l'instabilité de la luminescence, les périodes de coupure des thyristors sont choisies de façon à être plus longues que la période de désionisation de l'arc qui est de l'ordre de 25 0,001 seconde. Lorsque la décharge luminescente a été établie, l'intensité du bombardement Ionique est progressivement accru en augmentant la pression du gaz et/ou la tension appliquée jusqu'à ce que se produise une pulvérisation intense de la cathode. La tension 30 appliquée peut être modifiée manuellement, ou automatiquement, mais est toujours limitée à une valeur supérieure prédéterminée. L'effet de l'accroissement de l'intensité est de supprimer toute contamination de la surface de l'ouvrage, et également d'accroître la température de l'ouvrage jusqu'à la température nécessaire, re pour le processus de diffusion. Le générateur 19 est alors electrodes de actionné de telle façon qu'il fournit de l'énergie au29éeuil des thyristors avec un rapport marquage espace considérablement moindre, diminuant ainsi l'énergie fournie à la cornue 14. Les périodes de coupure sont bien entendu toujours adaptées pour être supérieures à la période de désionisation de l'arc, et le 69 06604 4 2003632 processus se poursuit jusqu'à ce que la diffusion se soit produite dans la mesure désirée. Si à un moment quelconque l'alimentation en courant de la cornue 14 atteint une valeur approchant celle pour laquelle peut 5 se produire une détérioration de l'ouvrage ou de l'alimentation en énergie, la tension aux bornes de la résistance 16 actionne le circuit 18 afin de commuter le générateur 19 en position de coupure. Un circuit de réarmement automatique 21 à'.commande par minuterie est prévu pour faire recommencer le fonctionnement 10 de l'appareil. De préférence, la température à l'intérieur de la cornue 14 est commandée au cours du processus en mesurant la température dans la cornue avec un thermocouple, dont la sortie est appliquée à un amplificateur 22 de tension, et ensuite à un comparateur 23 15 dans lequel la tension est comparée avec une tension de référence à partir d'un circuit 24 comprenant une résistance variable 25 qui peut être réglée afin de représenter toute température désirée. Un signal quelconque d'erreur, provenant du comparateur 23 est appliqué au générateur 19 afin de modifier le rapport 20 marquage espace pour maintenir la température au niveau désiré. 066' 5 2003632 REVENDICATIONS 1.- Procédé de diffusion superficielle pour traiter un ouvrage, caractérisé en ce que l'on utilise l'ouvrage comme cathode dans une chambre contenant une anode, on introduit un 5 gaz réducteur dans la chambre, on établit et on maintient une décharge électrique luminescente autour de l'ouvrage jusqu'à ce que ce dernier soit nettoyé et chauffé jusqu'à la température de travail, et l'on maintient cette température de travail en présence du gaz de travail tout en maintenant la décharge lumi-10 nescente pendant le temps nécessaire pour le traitement, la décharge luminescente étant établie et maintenue par des impulsions de courant dont le rapport marquage espace est diminué lorsque l'on atteint la température de travail. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce 15 que le gaz de travail est introduit avant que soit atteinte la température de travail. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz de travail est introduit lorsque la température de travail est atteinte. 20 4.- A titre de produit industriel nouveau un ouvrage caractérisé en ce qu'il est chauffé ou traité au moyen dû procédé suivant les revendications 1 à 4.