Brevet FR2003784A1 — publié le 19691114

La présente invention se rapporte à des articles composites, et elle concerne plus particulièrement des articles métalliques. Suivant un aspect de la présente invention, un procédé 5 de fabrication d'un article métallique consiste à réunir au moins deux éléments constitutifs en une forme assemblée, au moins l'un des éléments constitutifs étant poreux, puis à revêtir la forme assemblée d'un métal pour produire un article ayant sensiblement la même configuration que la forme assemblée. 10 Suivant un autre aspect, l'invention a pour objet un article métallique comprenant au moins une structure cellulaire qui a la forme d'un réseau tridimensionnel agencé de façon à définir une série de volumes cellulaires qui communiquent entre eux, et qui est solidairement réunie à une autre structure cel-15 lulaire. Suivant encore un autre aspect, l'invention a pour objet un article métallique comprenant au moins une structure cellulaire qui a la forme d'un réseau tridimensionnel agencé de façon à définir une série de volumes cellulaires qui communiquent entre eux, 20 et line partie en métal massif qui est réunie solidairement à la structure cellulaire par au moins une partie de la surface de celle-ci. Le procédé préféré de revêtement de la forme assemblée est par dépots électrolytiques (ou procédé d'électrodéposition). ?5 La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un article tel que spécifié ci-dessus, dans lequel les éléments constitutifs sont assemblés avec une anode et avec un séparateur à pores ouverts pendant 1*électrodéposition. L'un des éléments constitutifs peut constituer une cathode, ou on 30 peut éventuellement utiliser une cathode supplémentaire. La matière poreuse peut se présenter sous la forme d'un agglomérat de fibres par exemple une matière feutrée, ou une matière spongieuse ou en mousse, telle qu'une éponge naturelle ou une mousse résineuse synthétique. En général, on préfère les 35 mousses de polyuréthane. La matière poreuse peut rester dans le métal ou en être éliminée, par exemple par chauffage, qui a pour effet de faire fondre ou brûler la matière. Lorsqu'on exige une forte porosité, la mousse peut être une mousse réticulée, c'est-à-dire une mousse dans laquelle la 9 06900 2 2003784 phase organique constitue un réseau tridimensionnel qui ne comporte pratiquement pas de parois définissant les cellules. On peut réaliser de telles mousses réticulées en éliminant les parois relativement minces de^éellules d'une mousse, par exemple par des moyens 5 chimiques, tels que l'hydroxyde de sodium aqueux dans le cas des mousses de polyuréthane. Lorsque le métal doit être déposé électrolytiquement, il est naturellement nécessaire, soit d'utiliser une matière poreuse qui est conductrice de l'électricité, soit de rendre cette 10 matière poreuse conductrice au moyen d'une couche superficielle conductrice. Les matières non conductrices peuvent être rendues auto-conductrices à l'aide d'un additif tel que le graphite ou un métal en poudre. On peut déposer une couche superficielle conductrice en revêtant la matière d'une matière résineuse durcissable 15qui contient un additif conducteur, ou en déposant un métal sur cette matière par voie chimique, par exemple par réduction in situ de nitrate d'argent ammoniacal. En général, lorsqu'on utilise le dépôt par voie chimique, la surface doit être traitée par un ou plusieurs agents sensibilisants tels que le chlorure stanneux, 20 suivie d'un dépôt de chlorure de palladium, pour l'argent. Les métaux qui peuvent être déposés électrolytiquement comprennent l'argent, le cuivre, le nickel et le fer. On peut produire dans certains cas des mousses d'alliages métalliques par dépôt électrolytique direct et, dans d'autres cas, on peut déposer 25 successivement deux ou plus de deux métaux et former l'alliage en chauffant la structure résultante. Naturellement, on peut soumettre les mousses d'alliages ainsi obtenues à un traitement thermique pour leur donner des propriétés physiques avantageuses, ces traitements thermiques étant 30 bien connus dans la technique. Les articles métalliques suivant l'invention, en particulier ceux qui comprennent un élément constitutif en métal massif, sont utilisables dans un grand nombre drapplications, parmi lesquelles on peut citer les garnitures d'étanchéité et coussinets 35 rodables, c'est-à-dire qui prennent leur forme et leurs cotes définitives par usure dans leur fonctionnement initial. Dans le premier cas, les interstices peuvent rester ouverts, de sorte que la garniture d'étanchéité ne fait qu'opposer une certaine résistance à l'écoulement ou bien ils peuvent être fermés à l'aide d'un 40 enduit de bouchage comme par exemple le chlorure de polyvinyle 69 06900 3 2003784 (PVC); dans le dernier cas, les interstices peuvent être remplis d'un lubrifiant tel que le graphite. L'élément constitutif formé par le métal massif peut être inclus dans l'article sous la forme d'une insertion; ces in-5 sertions sont utiles pour fixer l'article. L'insertion peut faire saillie au-delà de la surface, ou bien elle peut être en retrait, au-dessous de la surface de l'article. Les insertions peuvent être munies d'un filetage, par exemple une insertion qui fait saillie à l'extérieur de la sur-10 face peut constituer un goujon et une insertion qui est en retrait peut constituer un écrou. Il va de soi que, lorsqu'on n'utilise pas de filetage, les insertions peuvent être réalisées sous n'importe quelle forme appropriée, par exemple de façon à réaliser un assemblage à clavettes pour la fixation sur un appareillage asso-15 cié. Les insertions peuvent éventuellement s'étendre sur toute l'épaisseur de l'article, ce qui donne une construction plus solide que dans le cas où les insertions ne s'enfoncent que sur une distance relativement petite dans la masse de cet article. 20 Lorsque plusieurs structures cellulaires doivent être réunies par électrodéposition, on met la matière poreuse en forme et on l'assemble pour lui donner la forme désirée de l'ensemble. La matière peut être maintenue dans la forme assemblée à l'aide de colliers que l'on enlève après 1'électrodéposition, ou bien les 25 éléments constitutifs peuvent être maintenus assemblés par des moyens tels que des chevilles ou des fils qui subsistent dans l'article revêtu terminé. Ce dernier procédé est avantageux dans certaines circonstances en ce qu'il tend à produire un article plus solide. 30 La mise en forme des éléments constitutifs peut être exécutée après avoir fait subir au substrat un léger traitement de revêtement préalablement à 1'électrodéposition finale. Ce procédé de construction permet de produire une grande diversité d'articles rais en forme et il est possible d'obtenir des 35 structures relativement enchevêtrées au moyen de cette technique. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un bain 69 06900 4 2003784 de revêtement électrolytique pour la mise en oeuvre d'un procédé suivant 11 invention. La figure 2 est une vue en coupe schématique d'un bain de revêtement électrolytique pour la mise en oeuvre d'un autre 5 procédé suivant l'invention. Sur la figure 1, un bain 10 contenant un électrolyte 11 est muni d'une anode en cuivre 12 qui a la forme d'une plaque. La cathode est constituée par une tôle d'acier doux 13 qui est nickelée et qui est maintenue en contact avec une feuille 10 14 de mousse de polyuréthane réticulée qui a été rendue conductrice. La feuille 14 est espacée de l'anode 12 par un séparateur 15 qui, dans ce cas, comprend une mousse de polyuréthane réticulée qui n'a pas été rendue conductrice. Après électrodéposition pendant le temps voulu, on en-15 lève du bain l'ensemble constituant la cathode et cet ensemble constitue un article métallique composite, c'est-à-dire une plaque d'acier 13 et une mousse conductrice 14 solidaires revêtues d'un seul tenant par dépôt électrolytique. L'article composite résultant peut être traité comme décrit plus haut. 20 Dans la variante de mise en oeuvre qui est illustrée par la figure 2, on utilise une anode en cuivre tubulaire 16. L'anode 16 est entourée d'un séparateur tubulaire 17 comprenant une mousse de polyuréthane réticulée non conductrice, à pores relativement larges, et d'un autre séparateur 18, en mousse de po-25 lyuréthane réticulée non conductrice, à pores relativement fins. Le substrat pour 1'électrodéposition est constitué par un cylindre extérieur en acier doux qui est nickelé et qui constitue une cathode 19. Ce cylindre porte, sur sa surface interne qui est en contact avec le séparateur 18, une couche de mousse de polyuréthane 30 réticulée conductrice 20. Aurès l'électrodéposition, on enlève l'ensemble formant électrode et l'article résultant est constitué par un cylindre revêtu d'un seul tenant portant sur sa surface interne une couche poreuse. Cette construction est particulièrement utilisable comme 35 garniture d'étanchéité ou coussinet rodable. L'invention est illustrée par les exemples non limitatifs suivants : EXEMPLE 1 : On nettoie et dégraisse une plaque d'acier doux en la 40 frottant d'un chiffon Imprégné de trichloréthylène, on enduit l'une 69 06900 5 2003784 des faces d'un isolant et on chauffe au four pendant 30 minutes à 100eC. On procède eîi.r-ji-e ru nickelaerp d» la face non enduit?» On rend conducteur par dépôt anélectrolytique un morceau d'une mousse de polyester à cellules ouvertes, de 3»2 mm 5 d'épaisseur et ayant une porosité de 20 pores par cm, et on place ensuite la mousse résultante en contact avec la face nickelée de la plaque d'acier. On pose contre la mousse conductrice un morceau de mousse de polyester à cellules ouvertes et non traitée ayant une porosité de 4 pores par cm, et on place une anode de 10 cuivre sur cette mousse. On lie ensuite cet ensemble pour former un stratifié, on l'immerge dans un bain de cuivrage et on le cuivre pendant 15 heures sous 5 ampères. Après avoir démonté l'ensemble, on constate que la mousse est revêtue de cuivre qu'elle est solidement liée à la 15 surface nickelée de la plaque d'acier. EXEMPLE II On nettoie et dégraisse dans la vapeur de trichlor-éthylène un cylindre d'acier doux ayant un diamètre intérieur de 215,9 mm, puis on le décape pendant 5 minutes dans de l'acide 20 nitrique à 5/»• On enduit ensuite la surface extérieure du cylindre d'une matière isolante puis on procède au nickelage de la surface interne. Ensuite on découpe un morceau de mousse de polyester à cellules ouvertes de 6 mm d'épaisseur et ayant une porosité 25 de 12 à 16 pores par cm pour l'ajuster contre la périphérie intérieure du cylindre, et on rend cette mousse conductrice par le procédé anélectrolytique utilisé dans l'exemple 1. On pose ensuite un morceau de mousse de polyester à cellules ouvertes et non traitées de 4 mm d'épaisseur et ayant une porosité de 10 à 12 pores 30 par cm, sur la face intérieure de la mousse conductrice et on place à l'intérieur une anode de cuivre cylindrique. Le diamètre de l'anode est tel que les mousses stratifiées sont maintenues sous compression. On immerge cet ensemble dans un bain de cuivrage pendant 21 heures sous 3 ampères. .. 35 On enlève ensuite le séparateur en mousse non traitée et on prolonge le cuivrage pendant 6,5 heures. L'élimination du séparateur permet une meilleure circulation de 1'électrolyte et il est donc préférable de l'éliminer dès que l'on a obtenu l'adhérence entre la mousse et le substrat. 69 06900 2003784 L'article composite métal-mousse peut rester non traité ou bien on peut éliminer la mousse de polyuréthane sous-jacente en chauffant, par exemple à une température de 550°C à 600°G ^ f.::\ une atmosphère d'azote. cédé décrit à l'exemple II est particulièrement utile pour la prc duction d'une garniture d'étanchéité ou d'un coussinet rodable* La nature à structure ouverte de la matière permet c1'obtenir une usure rapide, de sorte que le rodage ne demande qu'u^ lempc rc 10 lativement court. que ceux qui ont été décrits dans les exemples précédents peuveni être produits selon l'invention. Le constituant non poreux peut être tout constituant conducteur ou il peut être non conducteur 15 et porter un revêtement conducteur. tière de polyuréthane à pores ouverts revêtue et liée d'un seul tenant à une structure revêtue comprenant de la résine renforcée,, en utilisant un renforcement en fibre de carbone et de verre, ci: 20 carbone, du verre, de la brique réfractaire en céramique et des matières plastiques comme le chlorure de polyvinyle, le nylon et les polyacrylates. Dans chaoue cas, on a rendu conductrice la structure par électrodéposition de cuivre, sauf poux-le verre et la brique réfractaire pour lesquels on a utilisé une 25 préparation de métallisation à lrargent à base de solvant disponible dans le commerce. 5 Le composite métallique cylindrique réalisé par le pro- On comprendra que de nombreux articles composites aut On a préparé des articles composites comprenant une rie- BAD ORIGINAL 69 06900 7 2003784 3EV35DICAŒI0NS 1o- Procédé de fabrication d'un article métallique, caractérisé en ce qu'on réunit au moins deux éléments constitutifs en une forme assemblé^ au moins l'un à es? éléments cons-5 titutifs étant poreux, puis on revêt In forne assemblée d'un ri-étal pour produire un article métallique ayant sensiblement la même configuration que la forme assemblée» 2,- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément constitutif poreux est une structure 10 cellulaire qui a la forme d'un réseau tridimensionnel agencé de façon à définir une série de volumes cellulaires qui communiquent entre eux. 3»- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que Plusieurs des éléments constitutifs sont des struc-15 tures cellulaires présentant la forme d'un réseau tridimensionnel agencé de façon à définir des volumes cellulaires qui communiquent entre eux. 4.- Procédé suivant l'une quelconoue des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'un des éléments consti-20 tutifs est un métal massif» 5«- Procédé suivant une quelconoue des revendications 2 à 4-, caractérisé en ce que l'élément constitutif à structure cellulaire est un agglomérat de fibres, une éponge ou une matière sous forme de mousse. 25 6o— Procédé suivant la revendication 5* caractérisé en ce que la matière sous forme de mousse est une mousse de polyuréthane à pores ouverts. 7.- Procédé suivant la revendication ô, caractérisé en ce oue la mousse de polyuréthane est une mousse réticulée. 30 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendica tions 1 à 7* caractérisé en ce qu'on munit l'ob;iet assemblé d'un revêtement métallique par électrodéposition. Q«_ Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce nue le métal est 11argent, le cuivre, le nickel ou le fer. 35 10.- Procédé suivant la revendication 8 ou la reven dication caractérisé en ce qu'on dépose plusieurs métaux par électrodénosition, de sorte qu'on produit une mousse d'alliage » 11.- Procédé suivant l'une quelconque des revendi-40 cations S à 10, caractérisé en ce que les éléments constitutifs 69 06900 8 2003784 sont: assemblés avec une anode et un séparateur à pores ouverts pendant 1'électrodéposition. 12„- Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que l'un des éléments constitutifs constitue une cathode, 5 13.- Article métallique comprenant au moins une struc ture cellulaire ayant la forme d'un réseau tridimensionnel agencé pour définir des volumes cellulaires qui communiquent entre eux, cette structure étant réunie solidairement avec une autre structure cellulaire <> 10 14 „- Article métallique comprenant au moins une struc ture cellulaire présentant la forme d'un réseau tridimensionnel agencé pour définir des volumes cellulaires qui communiquent entre eux et une partie en métal massif qui est réunie solidairement à au moins une partie d'une surface de la structure 15 cellulaire. 15»- Article métallique suivant la revendication 14, caractérisé en ce que le métal massif constitue une couche superficielle qui couvre au moins une partie de la surface de l'article. 20 16.- Article métallique suivant la revendication 14, caractérisé en ce que le métal massif constitue une insertion contenue dans l'article. 17«- Article métallique suivant la revendication 16, caractérisé en ce que l'insertion est tubulaire. 25 18o- Article métallique suivant la revendication 17, caractérisé en ce que l'insertion tubulaire est filetée»