Brevet FR2243278A1 — publié le 19750404

La présente invention concerne les équipements employés pour le traitement chimico-thermique, notamment pour la boruration de pièces. On connaît un appareil pour la boruration électrolytique avec chauffage extérieur d'un bain en fusion. Cet appareil est un four électrique à creuset, constitué par une enveloppe métallique-garnie de réfractaire. Dans le four est placé un creuset métallique en acier chrome-nickel, dans lequel se trouve le bain en fusion contenant du bore. Le bain en fusion contenant du bore est séparé du dispositif électrique chauffant, constitué par des résistances chauffantes découvertes, par la paroi métallique du creuset. Pour la réalisation de l'électrolyse, dans le bain se trouvant dans le creuset sont plongées des anodes raccordées au pôle positif d'une source de courant continu. Le pôle négatif de la source de courant est raccordé aux pièces à traiter qui sont immergées dans le bain. Dans l'appareil connu, la durée de service moyenne du creuset est d'environ deux mille heures, ce qui est un inconvénient notable, car la mise hors d'usage du creuset provoque la destruction des résistances chauffantes et du garnissage, ce qui rend nécessaire le démontage et le remontage complets de tout l'appareil. Le but de l'invention est de supprimer l'inconvénient indiqué. Il s'agissait donc de créer un appareil dont le dispositif électrique chauffant le bain en fusion serait tel, qu'il augmenterait la durée de service de tout l'appareil de boruration électrolytique. La solution consiste en un appareil pour la boruration électrolytique de pièces, comprenant un creuset avec un bain en fusion contenant du bore, dans lequel sont plongées des anodes et les pièces raccordées respectivement au pôle positif et au pôle négatif d'une source de courant continu, la circulation du courant continu et le chauffage du bain assurant la formation d'une couche borée sur les produits à traiter, appareil dans lequel, d'après l'invention, le dispositif électrique chauffant le bain en fusion contenant du bore est placé à l'intérieur du creuset, directement dans le bain il comporte des électrodes raccordées à une source de courant alternatif, ces électrodes étant disposées, par rapport aux anodes et aux pièces à traiter, à une distance telle qu'à la surface des pièces à traiter la densité du courant continu soit plus élevée que la densité du courant alternatif. Dans le dispositif proposé, la distance entre les anodes, les électrodes et les pièces à traiter est déterminée par les formules : I , R c. a. = P ln [ d + 2d):2I H. arctg 2 t ff 2(ld)2 1 Rc. c. = P ln t2 235-h h Rc.a. étant la résistance dans le circuit des électrodes à courant alternatif, sL R c .c. , la résistance dans le circuit d'électrolyse, Jl la résistivité du bain contenant du bore, Q .cm H , la longueur utile des électrodes à courant alternatif, m d , le diamètre (côté du carré) des électrodes à courant alternatif, m 1 , la distance entre les électrodes à courant alternatif, m h , la longueur des pièces à traiter, p x , la coordonnée variable tenant compte de l'emplacement des pièces dans l'espace utile de l'appareil r1 , le rayon de l'anode à courant continu, m r2 , le rayon intérieur de la cathode constituée par le chargeur avec les pièces à traiter, m. L'avantage essentiel de l'invention est l'augmentation de la durée de service moyenne du creuset de plus de cinq fois, résultant de la disposition du dispositif électrique chauffant directement dans le bain, ce qui se traduit par un abaissement de la température à la paroi du creuset et par une augmentation de la durée de service de cette paroi. La détermination de la distance entre les anodes, les électrodes et les pièces à traiter par les formules précitées assure la réalisation, pour chaque pièce à traiter, de la condition de la présence, à sa surface, d'une densité du courant continu plus élevée que la densité du courant alternatif. La création et l'application de l'appareil faisant l'objet de l'invention permettent de réduire la consommation spécifique d'énergie électrique et d'abaisser le court de la boruration électrolytique, ce qui se traduit par une importante économie. Pour une meilleure compréhension de l'essentiel de l'invention, on donne ci-après la description d'un exemple non limitatif de réalisation de l'appareil proposé, illustré par le dessin unique annexé, représentant une vue d'ensemble de l'appareil pour la boruration électrolytique de pièces. L'appareil comprend un creuset moulé 1 en acier chrome-nickel. A l'intérieur du creuset, rempli de bain en fusion contenant du bore, est placé un dispositif électrique réalisé sous la forme de deux électrodes 2 en nichrome. Les électrodes 2 sont raccordées à une source (non représentée) de courant alternatif. Dans le bain est plongé un chargeur 3 portant les pièces à traiter 4 qui constituent la cathode et sont raccordées au pôle négatif d'une source (non représentée) de courant continu. Le pôle positif de cette dernière source est raccordé à des anodes de graphite 5 plongées dans le bain. Le creuset X est placé dans une enveloppe 6 à garnissage. La température du bain est mesurée par un thermocouple 7. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Après préparation du bain en fusion contenant du bore, on branche les électrodes 2, raccordées à la source (non représentée) de courant alternatif et destinées à chauffer le bain. La température du bain se règle à l'aide du thermocouple chromel-alumel 7, placé dans une gaine protectrice en acier inoxydable. Le chargement et le déchargement des pièces dans le chargeur 3 est mécanisé. Les pièces sont plongées dans le bain quand sa température est de 950oc. Ensuite, pour l'électrolyse, on branche la source de courant continu, et l'on règle à la valeur prescrite la densité du courant à la surface des pièces à traiter 4 ; au cours de l'électrolyse qui a lieu alors, le bain contenant du bore est dissocié et les ions de bore se déposent sur la surface des pièces à traiter 4. Lorsqu'on applique le procédé de chauffage du bain par électrodes, les pièces à traiter 4 subissent l'action du courant continu d'électrolyse et du courant alternatif sinusoïdal des électrodes 2. Etant donné que le processus de dissociation électrochimique du bain et l'acheminement des ions de bore jusqu'à la surface de la pièce à traiter 4 n'ont lieu que pendant l'alternance cathodique, la présence d'une composante anodique due au courant alternatif provoque un ralentissement des réactions électrochimiques et même, dans des conditions déterminées, leur déroulement inverse. Quand la densité de crête du courant alternatif est inférieure à la densité du courant continu, la surface des pièces à traiter est traverse par un courant résultant n'ayant pas de composante anodique et assurant le déroulement continu des réactions chimiques avec dégagement des produits d'électrolyse nécessaires. Dans l'appareil proposé, la disposition relative des pièces, des anodes et des électrodes du dispositif électrique chauffant le bain dans le volume utile, ainsi que les paramètres énergétiques (tension dans le circuit des électrodes de chauffage et dans le circuit d'électrolyse), assurent pour chaque pièce à traiter la réalisation de la condition de la présence, à sa surface, d'une densité de courant continu plus élevée que la densité du courant alternatif. Cette disposition relative et les paramètres énergétiques sont déterminés à l'aide des relations existant entre les paramètres géométriques de l'appareil proposé, lequel est déterminé d'après la résistance connue du circuit des électrodes à courant alternatif et de la résistance du circuit d'électrolyse, à l'aide des formules données plus haut. Plus bas on donne un exemple de disposition relative des électrodes à courant alternatif, des anodes et des pièces à traiter, déterminée d'après les relations précitées et assurant la réalisation de la condition de la présence, à la surface de ntimporte laquelle des pièces à traiter, d'une densité de courant alternatif plus faible que la densité du courant continu. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif. EXEMPLE Pour la boruration de pièces cylindriques de 16 mm de diamètre et de 310 mm de longueur, en acier au carbone faiblement allié au chrome et au silicium, dans un bain contenant du bore de résistivité 1,86 Q . cm, l'appareil a les paramètres géométriques indiqués dans le tableau ci-apres TABLEAU Paramètres géométriques de l'appareil pour la boruration électrolytique NO Désignation du désigna- Unité Valeur d'ordre paramètre tion de géométrique mesure 7 Distance entre les électrodes à courant alternatif 1 m 0,060 2 Diamètre des électrodes à courant alter natif d m 0,060 3 longueur utile des électrodes H m 0,5 4 Coordonnée variable tenant compte de l'emplacement de la pièce dans l'espace utile de l'appareil x m 0,1 5 Rayon intérieur du chargeur r2 m 0,2 6 Rayon de l'anode à courant continu r1 m 0,0375 L'emploi de l'appareil pour la boruration des pièces indiquées assure l'obtention d'une couche borée uniforme de 0,12 à 0,20 mm de profondeur, la température du processus étant de 940 à.950O0, la densité du courant continu à la surface des pièces à traiter, de 0,10 à 0,15 A/cm2, et la durée du processus, de 3 heures. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent REVENDICATIONS 1. Appareil pour la boruration électrolytique de pièces du type comprenant un creuset renfermant un bain en fusion contenant du bore et dans lequel sont plongées des anodes et les pièces à traiter, raccordées respectivement au pôle positif et au pôle négatif d'une source de courant continu, la circulation du courant continu et le chauffage du bain par un dispositif électrique assurant la formation, par diffusion, d'une couche borée sur les produits à traiter, caractérisé en ce que le dispositif électrique chauffant ledit bain est placé à l'intérieur du creuset, directement dans lebain, et comporte des électrodes raccordées à I source de courant alternatif et disposées, par rapport aux anodes et aux pièces à traiter, à une distance assurant, à la surface des pièces à traiter, une densité de courant continu plus élevée que la densité de courant alternatif. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance entre les anodes, les électrodes et les pièces à traiter est déterminée par les formules RC.a. étant la résistance dans circuit des électrodes à courant alternatif, g RC.c , la résistance dans le circuit d'électrolyse, Q la résistivité du bain contenant du bore, Q .cm H , la longueur utile des électrodes à courant alternatif, m d , le diamètre (côté du carré) des électrodes à courant alternatif, m 1 , la distance entre les électrodes à courant alternatif, m h , la longueur des pièces à traiter, m x , la coordonnée variable, compte tenu de l'emplacement des pièces dans l'espace utile de l'appareil le , le rayon de l'anode à courant continu, m r2 s le rayon intérieur de la cathode constituée par le chargeur avec les pièces à traiter, m.