Brevet FR2095384A1 — publié le 19720211

7î 22237 -i- 2095384 Cette invention concerne un procédé et un appareil pour la production d'un matériau métallique composite® L'invention vise un procédé pour la production d'un matériau métallique composite qui consiste à faire passer simultanément au moins deux métaux liquides dans un dispositif pulvérisateur pour former un jet de fine pulvérisation formé' par des particules des métaux» et à diriger ce jet de pulvérisation sur un support auquel les particules doivent adhérer^ Les métaux liquides peuvent être alliés, avant la pulvérisation, avec une proportion prédéterminée de l'autre métal, et la température de l'alliage est maintenue à un niveau au-dessus du point correspondant à cette proportion sur la courbe de misci-bilité de l'alliage, l'autre métal étant ainsi maintenu en dissolution dans le premier^ On peut faire passer l'un des métaux liquides dans l'autre avant la pulvérisation, les deux métaux liquides étant ensuite pulvérisés ensemble pour former un seul jeto On peut décaper ou traiter au jet de sable le support avant de diriger sur celui-ci le jet de particules pulvériséeso On peut laminer le support après avoir dirigé sur celui-ci le jet de particules pulvérisées des deux raétau>& L'invention concerne également un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé, et comprenant un récipient pour l'un des métaux liquides, relié à des moyens permettant de pulvériser le métal liquide qu'il contient, et un deuxième récipient pour l'autre métal liquide, relié à des moyens pour pulvériser le métal liquide qu'il contient, et des moyens pour déplacer le support à travers la zone des particules pulvérisées des deux métaux, liquidas'ô' On peut prévoir un seul dispositif pour pulvériser les métaux liquides que contiennent les deux récipients, dont l'un est conçu pour faire passer le métal liquide qu'il contient en I direction du dispositif précité, et ce à travers le métal liquide que contient l'autre récipient^ Chacun des récipients peut être doté d'un orifice de sortie à travers lequel le métal liquide qu'il contient peut passer sous l'action de la pesanteuro* bad original 71 22237 2095384 Le ou chacun dos moyens pulvérisateurs peut comprendre plu— sieurs tuyères produisant chacunc un jet gazeux exerçant une action sur la métal liquide sortant du récipient respectif® On peut utiliser le fluide gazeux sdus la forme d'azote© 5 Les tuyères peuvent être disposées en rangée annulaire de façon à diriger les jets gazeux respectifs vers l'intérieur, c'est-à-dire vers l'axe de la rangée annulaire et en direction du supporto Au moins une paire de cylindres peut être prévue sur 1b 10 parcours de passage du support, et ces cylindres sont agencés pour exercer une action sur ce support après lejdépSt des deux métaux liquides par pulvérisation®' Chacun des récipients peut être équipé d'un dispositif de chauffage distinct permettant de contrôler la température du métal 15 liquide que contient le récipient respectifo' Un des récipients peut 0tre doté d'une tubulure dé sortie s'étendant à travers l'autre récipient-i L'un des récipients peut Stre doté d'un obturateur réglable à pointeau, permettant de régler la section de passage de son 20 orifice de sortie®^ Deux modes de mise en oeuvre seront décrits ci-après à titre d'exemples en regard du dessin annexé, qui est une vue en coupe axiale d'un appareil convenant à la confection d'une bande composite permettant la fabrication de coussinets® 25 Dans le premier mode de mise en oeuvre, un alliage d'alumi nium est maintenu en fusion dans le creuset 1 par un four électrique 2. Une masse de plomb est maintenue en fusion dans un récipient chauffé 3 plus petit, en acier inoxydable® Le fond du creuset est façonné à une forme telle qu'il converge en direction d'une tuyère 3 fl 4 à travers laquelle l'alliage d'aluminium doit passer dans le pulvérisateur sous la forme d'un courant^ On laisse passer le » plomb fondu sous la forme d'un courant de faible section en partant du récipient 3 à travers un obturateur à pointeau 5 qu'on peut utiliser pour régler le débit du plomb par une manoeuvre en rota-^3 tion du bouton 60 Le courant mince de plomb tombe à travers l'alliage d'aluminium liquide avec lequel il n'est pas miscible, et ce courant de plomb est dirigé dans la tuyère 4 par la forme du fond du creuset 1 et par la position du récipient 3"i Les deux ^ courants da métaux ainsi combinés sont pulvérisé» à la sortie d0 la bad original 71 22237 tuyère 4 par des jets d'azote 7 portés à une pression comprise entre 4,2 et 1,05 kg/cm2, et sortant d'une chambre de pulvérisation annulaire f Les particules pulvérisées de l'alliage d'aluminium et du 3 plorab sont dirigées sur un support 9 formé par une bande porteuse en acieaÀ Cette bande porteuse, qui est préparée par-nettoyage et décapage ou encorB au moyen du jet de sable, est entraînée de manière continue par des cylindres 10 à travers un four électrique 11 destiné au chauffage préalable dans une atmosphère contrôlée à 10 l'intérieur de la chambre de pulvérisation 12 au-dessous du jet formé par les particules pulvérisées^' Le jet de pulvérisation vient frapper la surface préparée de la bande porteuse 9 sur laquelle les particules viennent s'aplatir pour adhérer fortement» Au fur et à mesure que la bande porteuse avance à travers la chambre de pul— 15 vérisation, uf» dépôt épais se forme sur cette bande et peut être ensuite~laminé entre les cylindres 10, qui augmentent ainsi la densité du dépôt et font fortement adhérer l'alliage d'aluminium à la bande porteuse*© La bande composite quitte l'appareil en 13, et peut être consécutivement façonnée à la forme de coussinets par des 20 procédés usuelso Lorsqu'il est nécessaire d'éviter la formation d'oxydes dans le cas de l'aluminium ou de certains autres alliagesj il est bien évident que toute présence d'air doit être évitée dans la chambre de pulvérisation et de dépô-tf» Tout excès d'azote sortant de la chambre de pulvérisation 12 peut passer dans la chara— 25 bre auxiliaire l4t cequi établit une protection de la bande jusque dans la fente de passage des cylindres'o Les gaz usés et les particules en excès sont évacués en 150 Après le laminage, le dépôt n'est plus poreux et peut être exposé à l'air sans qu'il en résulte une altération des propriétés© Il est bien entendu que le procédé 30 peut Stre rais en oeuvre d'une manière continue par le fait qu'on introduit les métaux d'une manière continue dans le four 1 et dans le récipient 3, de façon à maintenir des niveaux constants.» Bien que, selon le dessin, la tubulure de sortie du récipient 3 contenant la plomb soit placée au-dessous du niveau de l'aluminium en 35 fusion pour éviter que le plomb soit enveloppé par de l'oxyde ' d'aluminium, il est dans certains cas également possible de placer l'orifice de sortie de la tubulure au-dessus delà surface du métal liquide^ Lorsqu'on utilise un métal à point de fusion élevé'^ 71 22237 2095384 tel que le cuivre, cette particularité est avantageuse, notamment lorsque la surface du métal est maintenue à l'abri de 1'oxydation par une atmosphère protectrice^* Bien qu'il soit possible d'obtenir de bons résultats par 5 l'utilisation d'une bande porteuse froide, on trouve généralement qu'il est avantageux de la chauffer préalablement,' c'est-à-dira avant la pulvérisation, ceci pour réduire les contraintes internes et pour augmenter la résistance mécanique de l'assemblage par adhérence» Le procédé qui vient d'Stre décrit permet la préparation de matériaux composites d'une manière appropriée, continue et peu coûteuse, par le fait qu'on obtient un mélange finement divisé de deux ou plusieurs constituants quelles que soient leur miscibilitâ et leur densité^ *5 On comprend qu'un procédé similaire est également applicable S de nombreuses autres combinaisons mécaniques, dans lesquelles deux phases ne sont pas miscibles à l'état liquide et présentent des densités différentes^ Lorsqu'on utilise le procédé pour pulvériser et pour projeter 20 deux métaux liquides non miscibles, on trouve toujours que chacun de ces métaux a tendance à se dissoudre légèrement dana l'autre oLe dçgrê de solubilité augmente généralement avec la température?» Si on pulvérise à une température, par exemple de 750°C, les deux métaux par le mode de mise en oeuvre précédemment décrit, comprenant 25 1b système aluminium-plomb pris à titre d'exemple^ les deux métaux comprenant 25 % de plomb tandis que le complément est formé par l'aluminium, une proportion d'environ 3% de plomb peut ae dissoudre dans 1*aluminium, tandis qu'une proportion d'environ 1% d'aluminium peut 3e dissoudre dans le plomb à la température de 750°Ci Pendant 30 la pulvérisation et le dépôts la majeure partie du plomb est rejetée de la solution à l'état liquide ou solide, et apparait ensuite dans le produit sous la forme de particules extrSmemenk fines incorporées à l'aluminium» En plus des particules très fines de plomb rejetée» de la solution^ on constate également la présence d'une quantité 35 beaucoup plus fort» de particules plus grosses formées par des -gouttelette pulvérisées de plomb distribuées à travers la masse d1aluminium du produitfi Bien que cette structure convienne parfaitement à de nom- 71 22237 2095384 breuses applications, il peut Ôtre avantageux de contrôler intégralement la raicrostructure des matériaux déposés, et ce de façon que la proportion de plomb rejetée de la solution pendant le refroidissement puisss ûtre modifiée à volonté par rapport à la 5 proportion pulvérisée*» Un procédé ainsi conçu vient d'être décrit» Dans le deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention, un procédé similaire à celui qui a été décrit précédemment est mis en oeuvre avec le raSme appareil permettant de préparer un matériau à coussinets formé par des particules de plomb incorporées à la 10 raassB d'un alliage d'aluminium appliqué sur une bande porteuse en acier*» Dans ce aode de mise en oeuvre, l'alliage d'aluminium contenu dans le creuset 1 façonné è une forme telle qu'il converge en direction d'une tubulure 4 partant du fond, est préalablement allié avec la proportion de plomb à peu près égale *5' à^celle qui est rejetée de la solution pendant le refroidissement jusqu'à la température ambiante» Pour obtenir que lo plomb reste en dissolution dans l'alliage d'aluminium en fusion, il est nécessaire de maintenir cet alliags d'aluminium à une température légèrement au-dessus de la courbe de miscibilité pour cette compo-20 sition<> Par exemple, lorsqu'il est nécessaire de rejeter 8 % de plomb de la solution dans l'alliage d'aluminiuw pendant le refroidissement du produit jusqu'à la température ambiante, il faut maintenir une température de 900 à 950°C dans le creuset'» Pratiquement on utilise la température minimale assurant la retenue du plomb 25 dans la solution au sein du métal liquide, parce que des températures supérieures créent des difficultés complémentaires de dissolution réfractairs, st augmentent le prix de revienne Une proportion complémentaire de plomb nécessaire dans le produit sous la forme de gouttelettes pulvérisées déposées simultanément et atteignant par 30 exemple 17 % en poids, est ajoutée en partant du récipient central contenant le plomb et doté d'un obturateur à pointeau à travers lequel le plomb peut passer dans le pulvérisateur avec un débit réglable»' Le point de sortie de la tubulure du récipient contenant le plomb est disposé au-dessous du niveau de l'alliage d'aluminium 35 en fusion en un point à proximité de l'Orificejde sortie conique du creuset» De cette manière, le filet de plomb- est en contact avec le courant chaud de l'alliage d'aluminium pendant une très courte période, ce qui réduit au minimum toute dissolution complé— BAD ORIGINAL. 71 22237 -6- 2095384 mentaire du plomb dans l'alliage d'aluminium en fusion'© Dans lfexemple précité, la structure du produit se présente alors sous la forme d'environ 8 ^ en poids de plomb très finement dispersé, et de 17 % en poids de gouttelettes pulvérisées,solidifiées de 5 plomb dans une masse d'alliage d'aluminium» Il est bien entendu que le procédé peut être mis en oeuvre d'une manière continue par le fait qu'on introduit un préalliage d'aluminium et de plomb dans le creuset et du plomb dans le récipient de façon à maintenir des niveaux constants» 10 En modifiant la température de l'alliage d'aluminium et la proportion centésimale du plomb maintenu en solution, et en réglant le débit du plomb liquide dans la tuyère de pulvérisation, on peut ainsi obtenir des produits finals présentant des structures couvrant toute la gamme partant d'un cas extrême, dans lequel la totalité du plomb se présente sous la forme d'un dépôt extrêmement fin parce qu'il a été rejeté de la solution pendant le refroidissement, jusqu'à l'autre cas extrême dans lequel la totalité du plomb se présente sous la forme de gouttelettes pulvérisées» Cettejgamme de structures du produit permet de choisir 20 toujours le produit convenant le mieux à chacune des applications industrielles^' Bien que l'appareil simple précédemment décrit produise une distribution symétrique à l'axe des particules du jet de pulvérisation, il est évidemment possible de modifier la forme du jet 25 en partant de celle d'un cône jusqu'à celle d'un épais rideau de particules© A cet effet, le mieux est de disposer les trous ou fentes de passage du gaz de pulvérisation de façon qu'il en résulte un aplatissement du jet de particules pulvérisées^ On peut également apporter une modification complémentaire à la forme du jet 30 de pulvérisation au moyen de jets gazeux secondaires venant le frapper après la pulvérisation primaire© Quoique la description détaillée concerne la préparation d'un matériau de coussinet formé par des particules de plomb incorporées à la masse d'un alliage d'aluminium, il est bien ^5 entendu qu'un procédé similaire est également applicable à de nombreux autres systèmes métalliques tels que la combinaison cuivre-plomb, dans laquelle deux liquides partiellement miscibles ou non miscibles sont portés à une température au-dessus du point de fusiono BAD ORJGJNAL^ — i 71 22237 -7- 2095384 L'appareil peut également être utilisé avantageusement lorsqu'on désire obtenir un matériau sous la forme d'une bande dans laquelle les particules très finea d'une phase sont rejetées par 1b refroidissement très rapide d'un liquide homogèn^i Dans 5 ce cas, le récipient destiné à recevoir le deuxième métal liquide n'est pas utilisé, et l'appareij. permet alors de ref-roidir brusquement le liquide par pulvérisation et dépôt sur un métal porteur plus froid, et dans un intervalle de temps très court qui s'étend fréquemment sur une fraction de seconde?» Ce procédé est 10 particulièrement avantageux, par exemple avec des alliages d'aluminium et d'étain, qui peuvent être de cette manière façonnée à la forme d'une bande composite sur un support en acier par une opération simple et peu coûteusefi Dans certains cas il est indiqué d'appliquer un revêtement 15 sur un support en acier avant le dépôt d'une couche par pulvérisation, ceci pour améliorer l'adhérence au support On choisit alors de préférence un revêtement métallique compatible avec le dépôt et ne formant de préférence aucune couche intermédiaire épaisse et cassante avec l'acier1^ Dans l'exemplB précité, une bande por-20 teuse en acier, dotée préalablement d'un revêtement peut être préparée par trempage ou saupoudrage avec de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, ou encore par pulvérisation destinée à la formation d'une pellicule très raihce d'aluminium avant l'application de l'alliage principalo 71 22237 -s- REVENDICATIONS -j- 10 lo Procédé pour la préparation d'un matériau métallique composite par application d'au moins deux métaux sur un support,' caractérisé par le fait qu'on fait passer simultanément au moins deux métaux liquides dans un pulvérisateur pour former un jet de fine pulvérisation comprenant des particules des métaux,et par cet autre fait qu'on dirige le jet de pulvérisation sur un support auquel les particules adhèrent^ 2o Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'un des métaux liquides est allié avant la pulvérisation avec une proportion prédéterminée de l'autre métal, la température de l'alliage étant maintenue à un niveau au-dessus du point correspondant à cette proportion sur la courbe de raisci-bilité de l'alliage, cet autre métal étant ainsi maintenu en dissolution dans le premier^ 3» Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'on fait passer l'un des métaux liquides dans l'autre avant la pulvérisation et, par cet autre fait qu'on pulvérise ensuite les deux métaux liquides ensemble pour la formation d'un seul jet de pulvérisation^' 4» Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'on décape ou traite au jet de sable le support avant de diriger sur celui-ci le jet de particules pulvérisées^ 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le support est laminé après la pulvérisation des particules des deux métaux!» ffi Appareil pour la mise en oeuvre du procétié destiné à la préparation d'un matériau métallique composite par application d'au moins deux métaux sur un support, caractérisé Bn ce qu'il 30 comprend un récipient 2|pour un des métaux liquides, communiquant avec des raoyenapermettant la pulvérisation de ce métal, un creuset « 3 destiné à recevoir l'autre métal liquide et communiquant avec des moyens pour sa pulvérisation, et des moyens 10 permettant de déplacer le support à traversjla zone des particules pulvérisées 35 des deux métaux liquides^ 20 25 71 22237 -9- 2095384 10 15 20 25 30 35 7o Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'un seul dispositif est prévu pour pulvériser les métaux liquides du récipient et duereuset, un de ces récipient étant conçu pour faire passer le métal liquide qu'il contient en direction du dispositif à travers le métal liquide de l'autre récipient^ 8'é Appareil selon la revendication 6 ou 7, caractérisa par le fait que chaque récipient présente un orifice de sortie s travers lequel le métal liquide peut passer sous l'action de la pesanteur'i 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que le ou chaque dispositif pulvérisateur comprend un générateur de jets à proximité du parcours de passage du métal liquide sortant du récipient recpectif, ce générateur de jets produisant un jet gazeux exerçant unB action sur le métal liquideo lDo Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé par le fait que le générateur de jets comprend plusieurs tuyères séparées produisant chacune un jet gazeuxà 11» Appareil selon l'une qielconque des revendications 6 à 10, caractérisé par le fait qu'on utiliss un fluide gazeux sous la forme d'azot&o l2?i Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé par le fait que les tuyères sont disposées en ?• rangéeannulaire de façon à ne pas diverger, et par cet autre fait qu'elles sont au moins partiellement dirigées vers le support'» 130 Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé par le fait qu'au moins une paire de cylindres 10 est prévue sur le parcours de passage du support^ ces cylindres étant agencés pour exercer une action sur le matériau de ce support après le dépôt par pulvérisation des deux métaux liquides*» l4ri Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 13, caractérisé par le fait que chacun des récipients est équipé d'un dispositif de chauffage distinct permettant de contrôler la température du métal liquide qu'il contient^' 15» Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 14, caractérisé par le fait que l'un des récipients est doté d'une tubulure de sortie s'étendant dans l'autre récipient^ bad original1 71 22237 -10" 2095384 l6„ Appareil selon l'une quelconque des rcvsnriicatio* s 6 ^ 15, caractérisé par le fait que l'un des récipients est doté d'un obturateur réglable 5 permettant de renier la section de paaaaço de la tubulure de sortie^ ÊAD ORIGINAL 1