Brevet FR2163369A1 — publié le 19730727

La présente invention concerne le domaine de la métallurgie, notamment les procédés d'application de revêtements non métalliques sur les métaux. On connalt bien un procédé d'application de revêtements non métalliques sur les métaux par pulvérisation à l'état plasmatique. Toutefois, les revêtements plasmatiques présentent deux inconvénients : porosité et faible résistance d'adhésion au support. C'est surtout le cas des revêtements céramiques appliqués sur les métaux. Ainsi, par exemple, la résistance 2 d'adhésion de l'oxyde d'aluminium à 1 acier est de 25 à 70 kg/cm le revetement présente une densité relative de 80 à 90 %. Ces inconvénients restreignent notablement le domaine d'utilisation de tels revêtements. Un moyen réel d'améliorer la qualité des revêtements appliqués par métallisation consiste à augmenter la température du support pendant la pulvérisation. En procédant de la sorte, on contribue à un déroulement plus complet des processus d'établissement de contact physique et d'interaction chimique aussi bien entre les particules individuelles tL revêtement qu'entre le revêtement -et le support Toutefois, en cas de réunion de matériaux dissemblables ( par exemple, en cas d'application par atomisation des produits céramiques sur des métaux), il faut pour assurer le déroulement de l'interaction chimique aboutissant à l'établissement d'une liaison solide, qu'il y ait une corrélation déterminée entre les structures électronique et cristalline. D'autre part, étant donné que le support métallique est chauffé à une température élevée, il est nécessaire de protéger le produit contre l'interaction avec l'air. Pour cette raison, un tel procédé ne peut être réalisé que dans une chambre ou à condition d'assurer une protection locale efficace de la zone sur laquelle s'effectue la pulvérisation. La présente invention se propose de supprimer les inconvénients précités. L'invention a pour objectif de permettre d'obtenr sur une surface métallique une couche de matériau aussi proche que possible du futur revêtement par sa nature et ses propriétés physico - chimique(et susceptible d'entrer en réaction chimique avec celui - ci , c'est - à dire donnant avec lui , par exemple , une solution solide ou une combinaison chimique . Cela fait on applique le revêtement par pulvérisation plasmatique tout en chauffant le métal du support , le degré de chauffage du support étant choisi de telle façon qu'il y ait interaction physico - chimique entre la matière à appliquer et ladite couche superficielle , ainsi qu'entre les particules du revêtement. le problème ainsi posé est résolu grâce à la mise au point d'un procédé d'application de revetements non métalliques sur les métaux , par pulvérisation plasmatique sur un métal chauffé au préalable , procédé dans lequel , conformément à l'invention , avant d'effectuer la pulvérisation plasmatique , on crée sur la surface du métal soumis au chauffage préalable une couche transitoire de matière susceptible d'entrer en réaction chimique avec le matériau du revêtement , ledit chauffage préalable étant effectué à une température allant de 7 / 10 à 7 / 10 de la température de fusion de la matière formant la couche transitoire. Il en résulte une meilleure adhérence du revêtement hon métallique au support et la possibilité d'obtenir un revêtement compact. La couche transitoire à la surface du support peut être créée par l'un des procédés communément utilisés dans l'industrie : aluminiage , chromage par diffusion à chaud , nickelage , siliciuration carburation , ou métallisation suivie d'un recuit avec diffusion. Un avantage supplémentaire du procédé de pulvérisation faisant l'objet de l'invention réside dans la possibilité de le réaliser à l'air, étant donné que la plupart des couches transitoires servent simultanément de revêtements protecteurs efficaces pour le métal du support. le procédé de l'invention permet d'appliquer des revêtements de divers oxydes (tels que Al2 03, Zr02, MgO, TiO2, etc.) et carbures(HfC, NbC, TaC, TiC, etc.) sur les métaux à point de fusion élevé et facilement oxydables (W, Mo, Ta, Ti; Fe, Cu, etc.). Les exemples non limitatifs suivants illustrent la présente invention. Exemple 1 Pour appliquer un revêtement d'oxyde d'aluminium sur le niobium, le titane ou le molybdène, on effectue d'abord un aluminiage du métal par diffusion à chaud, pour obtenir à sa surface un film mince d'oxyde d'aluminium. On chauffe ensuite l'échantillon jusqu'à la température de 13000C au moyen dtun bruleur de pulvérisation plasmatique. La température de 17000C est choisie pour la raison que celle à laquelle on chauffe le matériau du support doit être de 3/10 à 7/10 de la température de fusion de la couche transitoire d'après l'échelle des températures absolues (proportion établie sur la base des expérience effectuées et d'après les données trouvées dans la littérature, relatives à divers procédés d'application de revêtementset de films). Quand la température de l'échantillon atteint 13000C, on effectue la pulvérisation plasmatique de la poudre de Al203. Afin d'éviter la fissuration du revêtement, on refroidit lentementJes échantillons conjointement avec un four dans lequel on les place aussitôt après l'application du revêtement. Toutes les opérations sont effectuées à l'air, bien qu'il soit connu que ces métaux s'oxydent intensément quand ils sont chauffés au-delà de 400 à 5000C. L'interaction de la pellicule d'oxyde d'aluminium résultant de l'aluminiage avec l'oxyde d'aluminium appliqué par atomisation conduit à l'établissement de liaisons chimiques entre le revêtement et le métal. La densité relative du revêtement de Al203 (déterminée par pesage hydrostatique, avec remplissage des pores ouverts avec de la paraffine) est de 90 à 95%. La structure du revêtement ainsi obtenu est homogène et finement dispersée et ne présente pas la stratification caractéristique des revêtements classiques appliqués par métallisation. La résistance d'adhésion au support dépasse 2 200 kg/cm , la destruction se produisant normalement dans la couche de revêtement et non pas au joint métal-revêtement (ces essais ont été effectués à l'aide d'un adhésif spécial, avec lequel on a collé à la surface du revêtement des étriers spéciaux, puis on les a arraché). Exemple 2 Pour appliquer un revêtement de bioxyde de zirconium sur le niobium ou le titane, on effectue d'abord un aluminiage de ces métaux, après quoi on applique, à des températures comprises entre 200 et 11000C, du bioxyde de zirconium. La résistance d'adhésion d'un tel revêtement au métal se chiffre 2 par 200 à 300 kg/cm , la rupture se produisant dans la couche du revêtement lui-même. Exemple 3 Pour appliquer un revêtement d'oxyde d'aluminium sur Mo, Nb ou'Pi, on effectue d'abord un chromage ou nickelage du support par diffusion à chaud. On chauffe ensuite le métal jusqu'à une température de 800 à 9000C et on effectue la pulvérisation plasmatique. Dans le cas considéré, des liaisons chimiques apparaissent entre le revêtement et le métal par l'intermédiaire du spinelle NiA1204 ou de la solution solide Al203-CrO3, qui se forme dans la couche transitoire. La résistance d'adhésion du revêtement 2 est de 80 à 200 kg/cm Exemple 4 Pour appliquer un revêtement de bioxyde de zirconium sur le molybdène, on effectue préalablement sa siliciuration. On opère la pulvérisation plasmatique du bioxyde de zirconium en chauffant le molybdène jusqu a une température de 800 à 9000C. L'interaction du silicium oxydé, à la surface du molybdène siliciuré, avec les oxydes appliqués établit une liaison chimique solide entre le revêtement et le métal. La résistance d'adhésion atteint 400 kg/cm2, la rupture à la traction se produisant dans la couche de revêtement. Exemple 5 Pour appliquer un revêtement de carbures réfractaires sur le tungstène ou le molybdène, on effectue d'abord une carburation pour obtenir respectivement WC ou Mo2C respectivement sur la surface des métaux. Ensuite, en faisant subir au support un chauffage convenable, on effectue la pulvérisation plasmatique des carbures, par exemple HfC ou TaC. On peut conclure de ce qui précède que les liaisons chimiques entre le support et le revêtement augmentent notablement la résistance d'adhésion. Le passage progressif par l'intere diaire de la sous-couche,des propriétés physiques du métal à celles du revêtement non métallique, rend ce dernier stable vis-à-vis des chocs thermiques. Le revêtement plasmatique appliqué sur la sous-couche est pratiquement étanche aux gaz et protègege métal contre l'action des milieux gazeux. La siliciuration, l'aluminiage, le chromage, ou le nickelage par diffusion à chaud permet de réaliser à l'air l'opération subséquente de pulvérisation plasmatique aux températures élevées, sans recourir à une protection spéciale du métal. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée awmodes de réalisation décrits et représentésqui -n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé d'application d'un revêtement non métallique sur un métal par pulvérisation plasmatique sur ce dernier chauffé, au préalable, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'avant d'effectuer la pulvérisation plasmatique on crée sur la surface dudit métal chauffé au préalable une couche transitoire de matière susceptible de réagir chimiquement avec le matériau du revêtement, et en ce que la température de chauffage préalable du métal est de 3/10 à 7/10 de la température de fusion de la matière formant la couche transitoire. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en que la couche transitoire est créée par aluminiage. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche transitoire est produite par r chromage avec diffusion à chaud. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche transitoire est produite par nickelage avec diffusion à chaud. 5. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la couche transitoire est produite par siliciuration. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche transitoire est produite par carburation. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche transitoire est produite par métallisation suivie d'un recuit avec diffusion. 8. les produits, pièces ou articles pourvus d'un revêtement non métallique, caractérisés en ce que ce dernier est appliqué par le procédé suivant L'une des revendications précédentes.