Brevet FR2050288A1 — publié le 19710402

L'invention, due aux travaux de Monsieur Georges HERMANN, concerne un procédé thermochimique de recouvrement d'une surface en Al ou alliage d'Al par une couche de Ph ou d'alliage de Pb. Après les matériaux composites acier-plomb, qui allient résistance mécanique et résistance chimique, on a cherché à réaliser des matériaux com- posites aluminium (ou alliage d'aluminium) - plomb (ou alliage de plomb) pour les mêmes utilisations, telles que couvertures de toits, garnitures, parois, panneaux d'isolation phonique, chassis radio, appareillage de génie chimique, coussinets. Les matériaux Al-Pb présentent sur les matériaux acierFb les avantages d'être plus légers et moins altérables. Le dépôt de plomb sur de l'aluminium a déjà été obtenu par voie électrolytique, en particulier pour le plombage des alliages antifrictionsà base d'aluminium, mais cette technique comporte des opérations nombreuses dont certaines sont longues ou délicates. Un autre moyen est le placage par voie thermique. Mais il se heurte à trois difficultés : la solubilité du Ph dans l'Al est pratiquement nulle, l'aluminium est mouillé de façon très médiocre par le plomb, et enfin, dans son état normal, l'aluminium est recouvert d'une pellicule d'alumine très gênante dans ce genre de procédés. Le but de l'invention est de fournir un procédé qui permette de déposer avec rapidité et surjeté une couche parfaitement adhérente de plomb ou d'alliage de plomb sur une surface à base d'aluminium. Selon le procédé de l'intention, en met en contact la surface d'Al ou d'alliage d'Al à traiter avec un flux contenant au moins 5 % de PbC12, on réduit ce flux par de l'aluminium selon la réaction connue en elle-même que l'on amorce par un chauffage à température supérieure à 400 C, on laisse la réaction se développer, on forme ainsi une fine pellicule de plomb liquide et on la recouvre de la couche finale de Pb ou d'alliage de Pb sans que la surface de base ait été au contact de l'air, on contrôle le refroidissement. Ce procédé est rapide et souple. I1 se prête à de nombreuses variantes d'exécution. fl est efficace et sûr à condition que l'on prenne soin d' enchaner le stade de renforcement avec le stade de plombage préalable. En effet, la pellicule de plomb déposée par la réaction est extrêmement mince (de l'ordre de 5 k 500 p selon la composition du flux et son poids par ez2 de surface traitée), et il ne faut pas prendre le risque qu'une portion de la surface le base accidentellement déconverte puisse se réexyder. Ge procédé présente le grand intérêt de ne pas nécessiter le décapage préalable de la surface à traiter, pour laquelle un simple dégraissage suffit. Le décapage est réalisé au ceurs du stade réactionnel grave aux ions Cl libérés lors du dép8t du plomb. On a donc un contact entre du plomb libéré sous forme atomique par la réaction, donc actif, et une surface fraichement décapée. Comme de plus l'exothermicité de la réaction amène la surface à une température à laquelle la zone de miscibilité du système Al-Pb n'est plus négligeable, le film de plomb fermé adhère bien au métal de base. La couche technique antifriction de plomb ou alliage de plomb bénéficie intégralement des qualités d'adhérence et d'ancrage du dépit primaire de la pellicule de plomb sur la surface de base. Si le refroidissement est contrêlé, il n'y a pas de risque d'avoir des résidus adhérant au métal de base, car la température de la réaction atteint plus de luOOgC ; AlCl3 dont le point de fusion est 190#C surnage donc aisément sur le dépôt de plomb. Dans une première variante d'exécution du procédé, le flux en poudre est étalé en couche régulière sur la surface à traiter et recouvert d'une feuille de aplomb ou d'alliage de plomb, on amorce la réaction en chauffant au-des- sus de 400#C, on laisse la réaction se développer entre l'aluminiui de la surface et le flux. On contrôle le refroidissement, par exemple en couvrant le tout d'une plaque d'amiante. On lave ensuite à l'eau froide le dépôt superficiel de chlorure et on sèche. Le matériau composite obtenu peut ttre laminé ou calibré au couteau. Dans certains cas, par exemple lorsqu'on a de grandes surfaces à traiter et que la couche d'antifriction doit être épaisse, on préfère utiliser un mélange exethermi- que constitué par un mélange intime stoechiométrique de PC12 et AI en poudre, e- ployé comme précédemment. Cette variante peut évidemment être mise en oeuvre de fa çon discontinue ou continue comme l'expliciteront les exemples. Dans une deuxième variante d'exécution, avantageuse pour rue réalisation en continu, le flux et l'alliage de plomb sont tous deux à l'état de bains fondus dans des récipients adjacents. On fait passer la surface à traiter successivement au contact du bain de flux porté à une température supérieure à la température d'amorçage de la réaction puis du bain d'alliage de plomb sans transi- tion. Dans cette variante, on préfère souvent ajouter au bain de PbCl2 un ou plusieurs autres chlerures tels que NaCl, KCl, ZnCl2, NH4Cl pour abaisser la tension superficielle du bain vis-à-vis de la surface et faciliter la décantation du AlCl3 formé. A titre d'exemples non limitatifs, deux compositiens avantageuses de bain de flux, qui fondent vite, mouillent bien l'aluminium, décantent bien et ne forment pas de croates en surface, sent 1/ PbCl2 ........ 25 % en poids ZnCl2 ........ 75 % 2/ PnCl2 ........ 25 % ZnCl2 ........ 56,25 % NaCl ........ 8,25 % ECl ........ 10,50 % EXEMPLE 1 - On place horizentalement une tôle d'Al de 2 dm2 de surface et 2 mm d'épaisseur dent on a relevé légèrement les bords.On l'a recouverte régulièrement de 20 g de PbC12 en poudre puis d'une feuille de plomb de morne surface que le morceau d'Al et de 3 M d'épaisseur, enfin d'une plaque d'amiante On chauffe uniformément par-desseus la plaque d'aluminium jusqu'à 450#C. Le dégagement de fumées blanches de AlCl3 , que l'en aspire, annonce l'amorçage de la réaction, laquelle est pratiquement instantanée. La feuille de plomb fend, AlCl3 formé re mente à la surface du plomb fondu. On refroidit par projection d'eau sur la face inférieure de la plaque d'AI. Vers 200#C, on dissout le chlorure par lavage à l'eau de la surface; Puis en sèche.Des essais de pliage k 90# entrent que la couche de plemb adbère parfaitement à la plaque d'aluminium. Une micregraphie montre l'absen ce d'inclusion de chlerure ou d'alumine. Le c8té non revêtu de la plaque d'Al est dans son état de netteté initial. EXEMPLE 2 - sur une feuille horizontale d'Al de 170 x 85 mm et 1,2 mm d'épaisseur, on étale régulièrement un mélange pulvérulent de 47 g de PbCl2 et 3,1 g d'aluminium en poudre impalpable. On recouvre par une feuille de plomb de 1 mm d'épaisseur et une plaque d'amiante. On chauffe par dessous à 420 C. Une fois amorcée, la réaction dure 10 secondes. On refroidit, on lave à l'eau bouillante. Les essais de pliage et la micrographie montrent que le revêtement est parfaitement adhérent et que la zone de liaison est exempte d'inclusions. EXEMPLE 3 - Sur la figure 1 est représenté schématiquement un dispositif mettant en ceuvre en continu la variante au flux en poudre. Un rouleau (1) de feuillard d'Al se déroule dans le sens de la flèche, sur une longue table horizontale non représentée. Le distributeur (2) répartit et calibre une couche de mélan- ge exothermique (PbCl2 + Al) en poudre à la surface du feuillard. Le reuleau (3) de feuillard d'alliage de Pb à 10 % Sn, se déreule et vient se plaquer sur la comche de flux. Les largeurs des couches de flux et de feuillard d'alliage de Pb sent in férieures à celle de la bande d'Al de quelques M. L'ensemble à trois couches (4) ainsi constitué entre sous la hotte (8) dans la zone réaetionnelle (5), chauffée par la rompe à gaz (6).Les deux bords du feuillard d'Al s'engagent dans les dd- crochés de deux rails en graphite, pour éviter tout débordement latéral de plomb liquide. Les fumées de AlCl3 dégagées par la réactien sent aspirées par (7). Le ma- tériau composite bi-couche sortant de la zone de réaction est refroidi en (9) par aspersien d'eau par dessous puis lavé à l'eau bouillante par dessus en (10), avant d'entre calibré par le couteau (11) et enroulé en (12). EXEMPLE 4 - il se rapporte k la mise en oeuvre en continu de la variante avec bains fondus, illustrée schématiquement par la figure 2. On veut garnir d'un alliage de Pb à 10 % Sn la face d'Al d'un feuillard composite eesportant une épaisseur d'acier de 2,5 mm et une épaisseur d'alliage d'Al à 20 % Sn et 1 % Cu de 0,25 n, en bande de 58 cm de large. L'appareil comperte essentiellement une cuve (21) en acier inoxydable I8-8 de profil triangulaire et de section rectangulaire, chauffée par la rampe (22).La première zende (23) située dans la partie haute cen- tient un bain de plomb (24) surmonté de flux liquide (25) k 400-500#C, d'analyse ponddrale 1 partie de PbC12 pour 3 parties de ZnCl2 La deuxième zone (26) est séparée de la première par la cloi- son (27) décalée du fond de la cuve d'un intervalle correspondant sensiblement à l'épaisseur du feuillard. Elle contient un bain d'alliage de plomb (28) b 450-520#C. La troisième zeme (29) qui contient le ase bain d'alliage de plomb (30) à 450-520#C, est séparée de la deuxième par une cloison racleuse (31) oscillant auteur de l'axe (32) et maintenue par le ressert (33). A la suite de la cuve est une matrice (34) en fonte, de section rectangulaire avec une dépouille de 1# sur la face interne supérieure et de 0,5# sur les deux faces latérales. Elle comprend une zone (35) chauffée à 350-400#C et longue de 140 n et une zone (36) refroidie à 15-20#C par circulatien d'eau et longue de 25 n, séparées par une gorge extérieure (37) fermant barrière thermique. (38) est un électro-aimant servant au positionnement du feuillard mixte. Enfin (39) est un appareil de calibrage de la bande revêtue. Le dos acier de la bande mixte êtait receuvert d'un enduit siliconé résistant au flux. La bande à traiter, préchauffée entre 100 et 200#C, avan- ce de façon continue à 50 cm/mn dans le sens de la flèche, le dos acier glissant contre le fend de la cuve. Elle entre dans la première zone-où se produit la réactien de plombage. Elle passe ensuite dans la deuxième zone où se produit la décantatien de AlC.3, puis dans la troisième zone où se forme un garnissage alliage Pb-Sn que le passage dans la matrice règle à 0,40 mm. Le dos de la bande est décapé au trichleréthylène puis brossé à l'eau. Enfin intervient l'opération de calibrage qui donne une épais seur totale finale de 3,05 ni à la-bande de trimétal. Des tests de pliage à yOQ (angle vif) n'ont décelé aucun décollage. L'examen micrmgraphique au grossissement 1000 de la loupe, de la zende de liaison Al-Pb a montré une excellente adhérence sans traces d'alumine ni de chlorure. Les ensembles composites fabriqués selon le procédé de l'inven- tion peuvent servir dans la couverture des bâtiments, les garnitures, les parois, les panneaux d'isolation phonique, les chassis radie, les appareils de génie chimique, les coussinets. REVENDICATIONS 1. Procédé thermochimique de recouvrement d'une surface en Al eu alliage d'Al par du Fb ou un alliage de Pb, selon lequel on met en contact la surface à traiter avec un flux contenant au moins 5 % de PbCl2, on réduit ce flux par de l'alumi- nium selon la réaction connue en elle-même que l'on amorce par chauf fage à température supérieure à 400#C, en laisse la réaction se développer, on forme ainsi une fine pellicule de plomb liquide, on la recouvre de la couche fi nale de Fb ou d'alliage de Pb, sans que la surface de base ait été au contact de l'air, et on contrôle le refroidissesent. 2. Procédé selon la revendication 1 eù le flux en poudre est déposé sur la surface k traiter et recouvert avant le début de la réaction par une feuille de Pb ou d'al- liage de Pb. 3. PTocédé selon la revendication 2 où le flux du PbC12 est en poudre. 4. Procédé selon la revendication 2 où le flux est un mélange steechiométrique pul vérulent de PbCl2 et d'Al. 5. Procédé selon la revendication 1 où le flux et l'alliage de revêtement sont fen- dus. 6. Procédé selon la revendication 5 où le flux est un mélange de PbCl2 et d'au moins un chlorure de Na, K, Zn, 7. Procédé selon les revendications 1 à 6 réalisé en continu. 8. Appareil pour mettre en oeuvre en continu le procédé selon la revendication 5 comportant essentiellement une cuve chauffée à fend incliné, dans le sens de l'avance de la surface à traiter, partagée en tris zones, la première contenant du flux liquide vers 400-500#C et de l'alliage de recouvrement liquide, les deux autres contenant de l'alliage liquide vers 450-520#C, avec des orifices de passa ge de la bande d'une zone à l'autre au fond de la cuve, une matrice adaptée à l'orifice par lequel la bande sort de la cuve, et et composée drune zone ne ament chauffée vers rs 350-400#C et d'une zone aval refroidie par circulation d'eau, et un dispositif if d'entraînement de la bande. 9. produits composites fabriqués selon le procédé.