Brevet FR2008711A1 — publié le 19700123

' 2008711 Bans les fours à chauffage par résistance et autres éléments) d'installations dans lesquels des températures comprises entre 1250 et 1450°C doivent Être atteintes, divers matériaux sont utilisés pour les éléments chauffants, mais aucun d'entre eux n*a donné en-5 tièrement satisfaction. Les meilleurs alliages à base de fer, contenant par exemple 20$ de chrome, 5% d'aluminium et 0,5$ de cobalt, le complément étant du fer, sont limités à une température de travail maximale d'environ 1350°C. On utilise parfois le platine et le molybdène, mais le premier est coûteux et le second doit être pro-10 tégé de l'oxydation par une atmosphère telle que l'hydrogène. Des matières céramiques telles que le carbure de silicium possèdent une résistance médiocre au choc mécanique et sont sujettes à une détérioration accidentelle. Les meilleurs alliages à base de nickel, contenant par exem-15 pie 20$ de chrome et 3,5$ d'aluminium, le complément étant du nickel, ne sont pas recommandés pour une utilisation aux températures en question, supérieures à 1250°C. La présente invention a pour objet l'obtention d'alliages appropriés pour une telle utilisation et ayant une durée de vie 20 plus longue aux températures élevées. Les alliages conformes à la présente invention sont des alliages binaires de nickel et d'aluminium basés sur le composé intermét&llique Ni Al et contenant 25 à 35$ d'aluminium, de préférence 26 à 29$ d'aluminium, et la caractéristique importante de la 25 présente invention réside dans leur mode d'élaboration. Celui-ci consiste à réduire en poudre un alliage coulé ayant la composition désirée et à transformer ensuite l'alliage pulvérisé en un compact qui est ensuite fritte. Puis, on rend solide l'alliage fritté, de préférence par filage à la presse, de manière à obtenir un fil 30 machine qu'on peut utiliser comme éléments de chauffage. Si les alliages, à l'état initial brut de coulée, sont transfcr-més en éléments de résistances électriques et sont maintenus à des températures comprises entre 1300 et 1450°C, la couche oxydée tend à s'écailler et il en résulte une oxydation du métal, une parte d'alu-35 minium, une fusion localisée et une détérioration. Leus duré03 de vie sont en fait comparables,et souvent supérieures, à celles des alliages ferreux couramment utilisés, mais elles ne sont pas extraordi- 69 07691 2008711 nairement bonnes. Toutefois, quand les alliages sont élaborés conformément a la présente invention, ils ont une durée de vie étonnamment longue aux températures élevées. Il semble que la cause réside dans la dimension fine des grains, dimension qui est stabi-5 lisée par la présence d'oxyde d^aluminium aux joints des grains; cet oxyde se forme pendant la pulvérisation et pendant le frittage si celui-ci est effectué sous un vide relativement faible. On peut améliorer encore davantage la durée de vie si l'on inclut dans l'alliage soit du cérium, soit du lanthane, ou ces deux 10 métaux à la fois, le lanthane étant préféré. Ces deux éléments peuvent, bien entendu, être introduits conjointement sous la forme de Hischmetal. De très faibles quantités (inférieures à 0,1$) sont efficaces et il est inutile d'ajouter plus de 0,5$ au total de ces éléments. De préférence, on ajoute du lanthane en une quantité 1 5 n'excédant pas 0,25$. On a constaté que l'on peut facilement souder les alliages au nickel pur ou à d'autres métaux, y compris les alliages nickel-aluminium contenant jusqu'à environ 14$ d'aluminium. Ceci représente un avantage considérable, car il en résulte que des fils machine 20 des alliages conformes à la présente invention peuvent être soudés à des bornes faites d'un métal relativement ductile, tel qu'un alliage nickel-aluminium ayant une teneur plus faible en aluminium ou le nickel lui-même. Les alliages conformes à l'invention sont trop cassants pour être facilement utilisés comme bornes, car un 25 soudage autogène soulève de grandes difficultés si des soudures exemptes de criques sont exigées. On va maintenant donner un exemple de l'élaboration des alliages. On fait fondre sous vide les éléments pris dans les proportions désirées et on les coule en atmosphère d'argon sous forme 30 de barres de 25,4 mm de diamètre. On concasse d'abord ces barres dans un concasseur à mâchoires, puis on les broie pendant 24 heures dans un broyeur à boulets comportant des boulets en carbure de tungstène, de manière à les réduire en une poudre ayant une granu— lométrie inférieure à 44 microns. On compacte cette poudre sous une 35 pression de 5512 kg/cm et on fritte les compacts à 1300°C sous vide, pendant 5 heures. On introduit les compacts frittés dans des _ récipients en acier doux et on les transforme en fila de 6,35 un 69 0769-1 3 2008711 •Je diamètre par filage à une température de 1300°C. On enlève la l gaine et on redresse les fils à une température de 1000°C, puis on sectionne les fils en tronçons qu'on soumet à un meulage en l'air à 1000°C, jusqu'à un diamètre de 4,75 mm. On soude alors les fils 5 à des bornes en nickel de 12,7 mm de diamètre par le procédé de t soudage à l'arc en atmosphère inerte avec électrodes au tungstène (TIG) en utilisant du nickel comme métal d'apport. Les durées de vie améliorées aux températures élevées que permet d'obtenir l'alliage conforme à l'invention sont démontrées par 10 les résultats d'essais dans chacun desquels quatre éléments obtenus à partir d'un seul compact ont été soumis ensemble aux essais, les connexions électriques étant telles que l'essai s'arrête dès la détérioration du premier élément. Le> tableau ci-dessous mentionne les compositions des alliages, les températures de travail approxi-15 matives à la surface de chaque élément, le nombre d'heures avant la détérioration du premier élément ainsi que des remarques. Le premier alliage est l'alliage ferreux couramment utilisé et le second est un alliage binaire nickel-aluminium sous la forme coulée, ces deux alliages étant donnés à titre de comparaison. Les alliages 20 restants sont des exemples de l'invention. 1 Tableau Composition $ en poids Elément NS Tempera-xure ae travail 0°C Temps de travail (heures) Remarques 25 Cr 20 1 1350 Eléments 2,3,4 sévère Al 5 2 1400 1 ment fondus Co 0,5 3 1400 - mince couche d'oxyde Fe, com 4 1380 adhérente formée sur plément chaque élément. 30 35 i Al 26,9 Ni, complément 1 2 3 4 1400 1400 1400 1400 627 247 627 627 Courant coupé après 247 heures pour permettre le remplacement de l'élément n22, qui sfesb fissuré. Elément nS1 détérioré après une autre période de 380 heures. 69 076,91 4 2008711 Composition $ en poids Elément Nfi Température ae travail 0°C Temps de travail (heures) Remarques 5 10 Al 26,8 Ce 0,055 Ni complément 1 2 3 4 1400 1070 Après 1000 heures 1*intensité du courant a ét 15 Al 27,3 Ce 0,17 Ni complément 1 2 3 4 1360 1400 1380 1380 904 N2 1 présente des points chauds (15402C) après 815 heures et se détériore après 904 heures. 20 Al 26,9 La 0,06 Ni complément 1 2 3 4 1300 1360 1380 1360 1200 Aucune détérioration des éléments après 1200 heures; essai arrêté. 25 30 Al 27,6 La 0,08 Ni complément 1 2 3 4 1400 1420 1420 1420 1077 Elément 1 détérioré lorsque l'intensité du courant a été augmentée après 1077 heures pour élever les températures des éléments. 35 40 Al 27,0 La 0,25 Ni complément 1 2 3 4 1360 1420 1420 1420 1144 L'intensité du courant a été augmentée après 1077 heures pour accroître les température! des éléments. Toutefois, un point chaud (1540°C) s'est développé sur l'élément 4, les températures des autres éléments restant à 1400°C Les alliages conformes à la présente invention peuvent contenir les impuretés habituelles mais, par ailleurs, ne comprennent que les éléments mentionnés ci-dessus. 69 07691 s 2008711 REVENDICATIONS 1.- Procédé d'élaboration d'un alliage nickel-aluminium approprié pour être utilisé comme élément de résistance électrique à des températures élevées, caractérisé par le fait que l'on réduit en poudre un alliage coulé de nickel et d'aluminium conte- 5 nant 25 à 35$ d'aluminium, qu'on transforme l'alliage pulvérisé en compact, qu'on fritte le compact et qu'on rend le compact solide. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'alliage contient 26,5 à 27,5$ d'aluminium. 10 3.- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'alliage contient aussi du cérium ou du lanthane ou ces dçux métaux à la fois en une quantité totale n'excédant pas 0,5$, le lanthane étant avantageusement présent en une quantité n'excédant pas 0,25$. 15 4«- Procédé suivant n'importe laquelle des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le compact est rendu solide par filage à chaud sous forme d'un fil. 5»- Alliage élaboré par un procédé suivant n'importe laquelle des revendications précédentes. 20 6.- Utilisation d'un alliage suivant la revendication 5 comme un élément de résistance électrique.