Brevet FR2171085A1 — publié le 19730921

La présente invention a trait a un procédé d'alimentation d'un bain d'évaporation et plus particulièrement d'alimentation continue en métaux a point de fusion élevé,de creusets de forte capacité et de grande surface d'évaporation, de façon a éviter les projections en cours de revêtement. On peut effectuer des revêtements métalliques de produits allongés par différents procédés, notamment par le procédé dit d'évaporation sous vide. Pour appliquer ce procédé, on fait passer le produit à revêtir dans une en10-4 ceinte ou règne un vide poussé d'environ 10 10 Torr et dans laquelle se trouvent des vapeurs émises par le métal situé dans un creuset, devant constituer le revêtement et porté à une température élevée. Les vapeurs se condensent sur le produit à recouvrir et doivent former, sans la moindre projection, un revêtement pur, continu, homogène, bien adherent et dont l'épaisseur peut,selon les conditions,être comprise entre quelques dixièmes et quelques dizaines de microns. L'alimentation des creusets en matériau vaporisable peut se réaliser de deux façons 1- Soit en approvisionnant le bain en matériau vaporisable une fois pour toute au début de l'opération. Cette pratique est appliquée notamment lorsqu'il s'agit de métalliser par exemple des circuits électroniques, de petites pièces ou d'appliquer des couches optiques au moyen d'instal lations de faible ou même de très petite capacité. Lorsque l'on travaille à partir de tels bains, dits "épuisables", les métaux, même ceux à point de fusion elevé (supérieur à 12000C), s'évaporent aisément et forment par condensation des revêtements réguliers et homogènes sans la moindre pro jection. Soit par alimentation continue du creuset de façon a compenser la perte en matériau par évaporation. C'est notamment le cas lorsqu'il s'agit de revêtir par exemple des feuillards d'acier o-u tout autre produit allongé. Généralement, ce type d'alimentation est assuré au moyen d'un fil de quel ques millimètres de diamètre que l'on introduit, a travers un sas, dans la chambre d'évaporation. Ce fil est guidé par un système d'entraînement, accouplé a un moteur électrique, dans le bain d'évaporation où il fond. La commande du mécanisme d'entraînement est assurée à distance par exemple par un opérateur ou par tout autre moyen automatique pouvant faire varier la quantité de matériau selon les besoins. Cependant, si ce systeme fonctionne parfaitement lorsqu'il s'agit d'éva porer un métal à bas point de fusion, tel que l'aluminium (point de fu sion 660 C, température d'évaporation environ 1200 C), on a rencontré par contre des difficultés lorsque le taux d'évaporation était important, et lorsque le bain alimente en continu était constitué de metaux point de fusion élevé tels que par exemple le nickel (point de fusion 1455"C) ou a fortiori des alliages, par exemple de nickel et de chrome (point de fu sion > 1455 C,temperature d'evaporation. > 18000C, selon la composition). Il se produit alors des projections de grosses gouttelettes de métal fondu et l'instabilité du bain au voisinage du point d'immersion peut devenir telle qu'elle provoque une explosion. Etant donné que l'aspect du revêtement est altéré, que la valeur commer ciale est aussi diminuée et que la fabrication est perturbée, on a prévu divers moyens pour empêcher la formation de telles gouttelettes. Ainsi, il a eté préconisé, soit de separer le point d'immersion du fil du reste du creuset au moyen d'un écran réfractaire (brevet des Etats-Unis No. 3 467 058), soit d'ajouter au bain de métal certains éléments, tels que par exemple une addition consistant en des oxydes de plomb et de manganese, ou en des oxydes de plomb et de molybdène, réduisant sa tension superfi cielle (brevet anglais No. 1 154 954), soit, dans le cas spécifique du plomb, en introduisant 0,005% en poids de son oxyde dans le bain (brevet anglais No. 1 246 077), ou encore en introduisant dans le bain de métal des pièces en graphite de façon à briser la tension superficielle (brevet anglais No. 1162 410). Ces méthodes seraient acceptables si elles ne présentaient les inconvénients suivants. La première solution proposée est compliquée et d'un coût élevé. Dans la seconde solution, les couches formées présentent des caractéristiques altérées à cause de l'influence défavorable due au fait que le ma tériau évapore contient également le métal d'addition et qu'il n'est donc plus pur. Ces inconvénients concernent également le troisième procédé se rapportant specifiquement au plomb. La solution proposée dans le quatrième brevet précité n'est guère plus satisfaisante car, outre sa complexité et son coût elevé, elle diminue considérablement la surface d'émission qui se trouve aussi perturbée. Le problème à la base de la présente invention est de fourriir un procedé simple et économique permettant d'alimenter en continu un bain constitué d'un métal ou d'un alliage a haut point de fusion sans provoquer de projections, quelle que soit la vitesse d'amenee du fil d'alimentation dans le bain. On resoud ce problème par un procedé de réglage de l'alimentation au moyen d'un fil et, plus spécialement, d'un fil constitue d'un matériau à point de fusion élevé (plus de 1200"C), qui est basé sur la constatation suivante Lorsque le fil pénètre dans le bain, sa température est voisine de 25"C. Pour fondre à l'entrée, il devrait passer presque instantanément de 25"C a une température superieure à 1200"C, ce qui n'est pas possible. Il en résulte un violent déséquilibre thermique au point d'immersion du fil et la création d'une zone pâteuse, d'où l'instabilité thermique constatée.Au surplus, les fils d'alimentation offerts sur le marché contiennent toujours une certaine quantité de gaz occlus qui se dégagent inévitablement au point d'immersion, en créant un état d'equilibre instable et en provoquant des projections et même des explosions. D'un autre côté, on a constate que le phénomène ne se produisait pas dans le cas de l'Al, du fait de différences de températures moindres entre le fil (point de fusion 660"C) et le bain, ni dans le cas de très faibles taux d'alimentation, par exemple avec du nickel, ce qui ne suffit toutefois pas pour compenser la perte en métal par évaporation dans une installation à échelle industrielle. En fonction de ces differentes constatations, il est prévu suivant l'invention une solution pleinement satisfaisante consistant à réduire l'écart entre la température du fil d'apport et celle du bain, de façon que cet écart soit inférieur à 800-10000C au moment de l'immersion du fil dans le creuset. Le procédé selon l'invention se caractérise en ce qu'on chauffe a l'aide de moyens connus le fil constitué du matériau à évaporer a une température suffisante pour que sa durée de fusion soit fortement écourtée et pour qu'on écarte tout risque de formation d'une zone pâteuse génératrice de projections dans le bain. Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux, on alimente le bain au moyen d'un fil continu de quelques millimètres de diamètre, à partir d'une bobine extérieure a la chambre d'évaporation ; on l'introduit dans la chambre a travers un sas d'étanchéite et à une vitesse telle que l'apport compense l'évaporation ; on le chauffe, soit par effet Joule, soit par bombardement électronique, soit par induction, soit par tout autre moyen connu, de telle façon que l'écart désiré de température entre le fil et le bain soit atteint; ensuite on soumet le fil chaud immédiatement à l'action du bain se trouvant à une température supérieure au maximum de 800 a 1000"C. Dans la réalisation pratique de ce procedé, l'échauffement du fil est obtenu, soit par action d'un canon a électrons de forme adaptee, soit par passage dans une boucle d'induction, soit par effet Joule, c'est-à-dire par passage direct d'un courant dans le fil. On a avantageusement constaté que l'usage d'un canon à électrons comme moyen de chauffage du fil d'apport constituait une solution commode et relativement économique. Le procédé comprend en général un chauffage local à une température inférieure à la température de fusion du fil d'apport mais suffisante pour ecourter le temps de fusion et pour ne pas perturber l'équilibre thermique L'invention concerne aussi le dispositif pour chauffer le fil d'apport continu suivant un processus également continu. L'appareillage intervenant dans la mise en oeuvre comprend une cloche à vide munie d'un creuset, un canon électronique, unsystème d'amenée du fil d'apport, des moyens pour chauffer le fil et une pompe à vide associée à la cloche et non représentée sur les figures.La mise en oeuvre pratique du procedé suivant l'invention est particulièrement simple. D'autres buts et avantages de la présente' invention apparaîtront a la lecture de la description suivante et des figures jointes donnees à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de chauffage par effet Joule pour la mise en pratique du procédé da l'invention. La figure 2 est une représentation schematique d'un dispositif de chauffage par induction, et la figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif de chauffage à canon électronique. La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de chauffage par effet Joule utilisé pour la mise en pratique du procédé selon l'invention. Un fil continu (1) de quelques millimetres de diamètre, constitue du materiau à évaporer, traverse un sas étanche (2) puis pénètre dans une enceinte d'évaporation (3) où il est chauffé de façon continue dans sa masse au moyen d'un dispositif (4) conçu de façon que le courant entre en, (5) et parcourt le fil sur une distance déterminée expérimentalement avant de ressortir en (6). Sur cette distance > le fil est porté a la température voulue puis il pénètre, alors qu'il se trouve à la température souhaite, dans un creuset (7) contenant le métal à évaporer chauffé au moyen d'un canon électronique (8). Il en résulte que le fil porte a la température prévue fond rapidement, ce qui contribue à ne pas perturber l'équilibre thermique, à éliminer tout danger de projection de gouttelettes et a assurer le dépôt d'une couche régulière, homogène, continue et bien adherente. Signalons que dans les exemples d'adaptation d'autres moyens de chauffage au procédé de l'invention, les mêmes pièces sont désignées par les mêmes nume- ros de référence, le No. 4 étant systématiquement celui du moyen de chauffage utilisé. La figure 2 montre encore un exemple d'application de l'invention dans lequel le chauffage du fil est assuré par induction, ce moyen étant bien connu. La figure 3 relative à une autre forme de réalisation est une vue schématique montrant un canon électronique independant de celui servant au chauffage du creuset. Ce moyen de chauffage, qui ne sera pas decrit, est celui qui est préferé. Dans un exemple d'application, on réalise une évaporation d'un alliage nickel-chrome 80/20 sur une tôle d'acier continue à partir d'un creuset place sous un vide de 10 Torr et caractérise par une capacité de 8 kg et une surface d'émission de 350 cm2. Porte à 18000C, ce bain de nickel-chrome émet environ 20g/mn de matière qui doit être remplacée par apport de fil à fondre dans le creuset. L'alimentation de ce bain est assurée au moyen d'un fil nickel-chrome 80/20 de 3 mm de diamètre dévidé d'une bobine disposée à l'extérieur de l'enceinte. Si, après avoir traversé le sas d'étanchéité, le fil dont la température est voisine de l'ambiante pénètre directement dans le bain ou règne une température de 1800"C, il se produit des projections dès que l'apport de ma tière depasse 8 g/mn. Par contre lorsque, conformément à l'invention, le fil est porté au rouge (800"C) sur une distance de 10 cm et lorsque l'écart entre sa température et celle du bain est inferieur à 1000"C, on peut alors,sans le moindre danger de projections,alimenter le bain à raison de 30 g/mn ; autrement dit, on peut alors largement compenser le metal évaporé et obtenir une couche de revêtement très acceptable. On a de plus constate que les ampèrages requis pour chauffer et obtenir une bonne fusion dans le creuset étaient respectivement de 115 et 180 A, pour des apports de 10 et 25 g/mn. Bien que le procédé ait été décrit en référence au nickel ou à l'alliage de nickel-chrome, il va de soi qu'il s'applique à tout autre élément métalli- que ou alliage à point de fusion relevé et que l'invention est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'alimentation continue d'un bain d'évaporation constitué par un métal ou un alliage à point de fusion élevé, caractérisé en ce qu'on réduit l'écart de température entre le bain et le fil d'apport, amené en continu par des moyens connus dans ce bain, en assurant l'échauffement continu dudit fil par des moyens connus, préalablement et immédiatement avant son immersion dans le bain. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la température de fusion du fil d'apport continu est superieure à 1200"C. 3.- Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'écart entre la température du fil au moment de l'immersion dans le creuset et la température du bain est inférieure à 800-1000"C. 4.- Procedé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage du fil d'apport est assuré par effet joule. 5.- Procedé suivant la revendication 1, caracterisé en ce que le chauffage du fil d'apport est assuré par induction. 6.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage du fil d'apport est assuré de préférence au moyen d'un canon electronique. 7.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'évaporation de métaux ou d'alliages à point de fusion élevé est compensée par le taux d'alimentation.