Brevet FR2001961A1 — publié le 19691003

2001.961 La présente invention concerne un dispositif pour le traitement de matériaux au plasma, et plus précisément un dispositif pour le traitement de matériaux au plasma en milieux actifs, de préférence pour la coupe des métaux. 5 L'invention peut être également utilisée pour la fusion su perficielle, par exemple pour éliminer une couche superficielle de pièces coulées et de pièces laminées défectueuses ou pour corriger localement les défauts des pièces (fissures, soufflures, pellicu-10 les d'oxyde). Elle.peut également être utilisée pour le chauffage de gaz chimiquement actifs et de mélanges de gaz ainsi que pour le traitement•thermochimique superficiel de matériaux, par exemple la nitruration, la cémentation et les processus analogues. La présente invention peut être utilisée avec une protection 15 complémentaire de l'ensemble cathodique ainsi que sans cette protection. On connaît déjà un dispositif pour le traitement1 au plasma de matériaux en milieux actifs, de préférence pour la coupe des métaux, ce dispositif comprenant un porte-cathode en cuivre ou en al-20 liage à base de cuivre à l'intérieur duquel est placée une cathode en zirconium. Le porte-cathode est réuni par l'intermédiaire d'une douille isolante avec le corps dans lequel sont disposées les tuyères stabilisant la décharge en arc. L.e dispositif connu présente l'inconvénient que la durée de 25 service de la cathode en zirconium est extrêmement petite (elle ne dépasse pas quatre heures) avec des courants d'arc de 250 A. L'une des causes principales de l'usure rapide de la cathode en zirconium est la détérioration du contact thermique et électrique entre la cathode en zirconium et le porte-cathode en cuivre. 30 Sur la surface de contact du zirconium et du cuivre,,la température atteint 700 à 1 000°C. Avec de telles températures, par suite des processus de diffusion à l'endroit du contact entre le cuivre et le zirconium, se forment des composés intermétalliques qui possèdent une conductibilité thermique et une conductibilité électri-35 Que beaucoup plus basses que le cuivre ou le zirconium. La formation d'une couche de composé intermétallique perturbe l'évacuation' de la chaleur à partir du zirconium, ce qui provoque en définitive sa destruction. La présente invention a pour but d'éliminer l'inconvénient hO précité. 69 360: 2. ^ * f: •* / «r îvl) »7U- i Elle a pour but de fournir un dispositif pour le traitement de matériaux au plasma en milieux actifs, de préférence pour la coupe des métaux, qui présente une usure moindre de la cathode par rapport au dispositif connu avec des courants d'arc de 250 A et 5 plus. Elle a pour objet un dispositif pour le traitement de matériaux au plasma en milieux actifs, de préférence pour la coupe des métaux, comprenant un porte-cathode en cuivre ou en alliage à base de cuivre dans lequel est placée une cathode en zirconium caracté-10 risé en ce que, selon l'invention, le porte-cathode et la cathode sont séparés par une garniture en un matériau qui ne réagit pas chimiquement avec le zirconium et le cuivre. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. 15 Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, la Fig. unique représente un mode de réalisation d'un dispositif suivant l'invention pour la coupe des métaux au plasma en milieux actifs. Le dispositif représenté comprend un corps 1 dans lequel se trouve un porte-cathoae 2 et est montée une tuyère 3 avec un canal 20 central 4 destiné à stabiliser la décharge en arc 5- Pour éviter la naissance d'un arc double lors d'un contact accidentel de la tuyère 3 et de l'objet traité 6, ainsi que pour augmenter la longueur totale du canal stabilisateur 4, on peut monter encore au moins une tuyère 7 (indiquée sur le dessin en traits 25 discontinus). Le porte-cathode 2, en cuivre ou en alliage à base de cuivre, est fixé par l'intermédiaire d'une douille isolante 8 dans le corps 1 et est refroidi par un agent réfrigérant arrivant par un tube 9 monté à l'intérieur du porte-cathode. Les tuyères 3 et 7 30 comportent des canaux 10 et 11 par lesquels passe l'agent réfrigérant. Lorsqu'on emploie plusieurs tuyères, on place entre elles une garniture isolante 12. On peut utiliser comme agent réfrigérant de l'eau ou un gaz. Le corps comporte un trou 13 pour l'admission du 35 gaz plasmogène, par exemple ae l'air, de l'azote, de l'oxygène ou des mélanges comportant de l'azote et de l'oxygène. Dans le porte-cathode 2 est placée, affleurant sa surface, une cathode en zirconium 14 séparée du porte-çathode en cuivre 2 par une garniture 15 en. métal chimiquement inerte vis-à-vis du zir-40 conium et du cuivre (notamment du tungstène, du tantale, du molyb- 69 3607 2001961 dène, du niobium, du vanadium ou du chrome). La garniture doit avoir une épaisseur empêchant la diffusion du cuivre dans le zirconium. Par exemple, pour des températures allant jusqu'à 1 000°C, l'épaisseur de la garniture peut être égale —2 5 ou supérieure à 10 m. La séparation de la cathode en zirconium l4 et du porte-catho-de en cuivre 2 par la garniture 15 peut être assurée par l'une des méthodes suivantes : revêtement galvanique de la cathode 14 par l'un des'métaux indiqués plus haut ou par leurs alliages; dépôt par 10 atomisation dans le vide sur la cathode 14 ou sur le porte-cathode 2. La garniture séparatrice 15 peut être également placée dans le porte—cathode 2 par une méthode mécanique. Le porte-cathode 2 est à un potentiel négatif et l'objet traité 6 se trouve à un potentiel positif. La décharge en arc 5 fonc-15 tionne entre la cathode en zirconium 14 et l'objet 6 en passant par le canal stabilisateur 4 de la tuyère 3- Si on utilise la tuyère 7» la décharge en arc fonctionne entre la cathode 14 et l'objet 6, en passant par les canaux stabilisateurs 4 et 16 des tuyères 3 et 7 • 20 Les essais du dispositif de l'invention ont montré que le courant admissible de l'arc a augmenté jusqu'à 350 A avec accroissement simultané de la durée de service de la cathode en zirconium jusqu'à six heures. 69 3607 4. *** ?*■ fj "i r q ii ;U ! - REVENDICATION. - Un dispositif pour le traitement de matériaux au plasma en milieux actifs, de préférence pour la coupe des métaux, comportant un porte-cathode en cuivre ou en alliage à base de cuivre avec une cathoae en zirconium placée dans celui-ci, caractérisé en ce que le porte-cathode et la cathode sont séparés par une garniture en métal inerte vis-à-vis du zirconium et du cuivre.