Brevet FR2257143A1 — publié le 19750801

1' invention concerne la technique des rayons I et notamment les anodes tournantes des tubes puissants à rayons X pour diagnostic, ainsi que les procédés de fabrication de ces anodes. L'accroissement de l'intensité du bombardement électronique de la surface active de l'anode, lié à l'augmentation de la puissance des tubes à rayons X, a conduit à l'augmentation de la vitesse de rotation de l'anode jusqu'à 9000 tr/mn et implique l'emploi de matériaux ayant une grande capacité calorifique et une résistance à la chaleur élevée en présence de cycles thermiques de grande amplitude, ainsi qu'un poids spécifique plus petit que celui du tungstène employé auparavant pour les tubes à rayons X de petite puissance. Pour cette raison, on a proposé et appliqué des anodes combinées bimétalliques, dans lesquelles la partie support est en molybdène ou en alliage à base de molybdène, et la couche active supérieure, soumise au bombardement électronique, en tungstène ou alliage tungstène-rhénium. Ainsi connait-on bien des anodes dans lesquelles la couche active est constituée par un alliage tungstène-rhénium ayant une composition constante en épaisseur, ainsi que des anodes dans lesquelles la teneur en tungstène et en rhénium diminue au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la surface de l'anode, et la teneur en molybdène, au contraire, croit jusqu'à sa valeur maximale dans la partie support de l'anode (par exemple l'anode faisant l'objet du brevet R.D.A. N 82 171, cl. 2tg, 17/02). Les anodes bimétalliques indiquées sont fabriquées par les méthodes de la métallurgie des poudres. Le principal inconvénient des anodes bimétalliques connues est leur durée de service peu élevée. En règle générale, la durée de service de telles anodes ne dépasse pas 15 000 enclenchements. Pratiquement, en utilisation, après le nombre d'enclenchements indiqué, l'anode se dédouble, la couche superficielle se dégrade, l'anode se déforme et le vide de travail diminue. le dédoublement de l'anode s'explique par l'adhérence insuffisante des métaux de la couche active et de la partie support. A leur tour, la mauvaise adhérence, ainsi que la dégradation rapide de la couche active, la déformation de 1'Anode, etc., résultent de la fabrication de l'anode par la méthode de la métallurgie des poudres. Cette méthode est désavantageuse en ce qu'il est impossible d'éviter les inclusions gazeuses et métalliques dans la partie support de l'anode et dans sa couche active. Par inclusions métalliques on entend des métaux à point de fusion relativement plus bas. Pendant l'utilisation de l'anode, sous l'action des hautes températures, les inclusions susmentionnées s'évaporent intensément, ce qui provoque évidemment la destruction rapide de l'anode, comme indiqué plus haut. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients des anodes tournantes connues utilisées dans les tubes puissants à rayons t. Il s'agissait donc de créer une nouvelle anode bimétallique pour tubes puissants à rayons I, ainsi que d'élaborer un procédé de fabrication de cette anode, laquelle présenterait le niveau requis de propriétés d'utilisation. La solution consiste en une anode tournante pour tubes puissants à rayons X, réalisée en molybdène ou alliages à base de molybdène, dans laquelle la surface subissant le bombardement électronique est revêtus d'alliage tungstènerhénium dont la composition varie de telle façon que la teneur en rhénium diminue et la teneur en molybdène augmente au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la surface en pénétrant dans l'anode, ladite anode étant caractérisée, d'après l'invention, en ce qu'elle est en molybdène fondu ou en alliage fondu à base de molybdène, et en ce que la couche en alliage tungstène-rhénium est déposée par fusion.. D'une manière concrète, l'anode comporte à la surface du rev8tement en alliage tungstène-rhénium une couche à teneur en rhénium constante. L'épaisseur de la couche à teneur en rhénium constante dans le revêtement en alliage tungstène-rhénium peut avoir une épaisseur de 0,2 à 0,5 mm, l'épaisseur totale du revêtement étant d'au moins 0,7 mm. Conformément à ce qui vient d'entre dit, le procédé faisant l'objet de l'invention est caractérisé'en ce que l'ébauche d'anode est élaborée,par-fusion sous vide ou sous atmosphère inerte, et en ce que le revêtement en alliage tungstène-rhénium est déposé par fusion, couche par couche, sous vide ou sous atmosphère inerte. D'une manière concrète, on dépose par fusion des couches successives d'alliage tungstène-rhénium d'épaisseur non inférieure à 0,2 mm. Plus bas on donne une description détaillée d'un mode concret mais non limitatif de réalisation de l'invention, illustrée par le dessin unique annexé qui représente une anode conforme à l'invention (vue en perspective et en coupe). L'anode se compose d'une partie-support t et d'un revêtement 2 en-alliage tungstène-rhénium, déposé sur la surface de l'anode destinée à être- soumise au bombardement électronique. Afin d'économiser le rhénium coûteux, il est recommandé de déposer le revêtement 2 seulement sur la largeur de la bande focale sur laquelle glisse le faisceau cathodique. la partie-support 1 de l'anode est réaliséeen molybdène soudable ou en alliage soudable à base de molybdène. Par ''soudablel' on entend l'aptitude du molybdène ou de l'alliage à base molybdène de rester plastique après sa fusion suivie de sa solidification. En tant qu'alliage soudable de molybdène on peut utiliser un alliage bien connu dans la technique, de composition pondérale suivante : 0,75 à 0,25 ffi de zirconium, O,Ot à 0,06 de carbone, 0,03 à 0,06% de nickel, le reste étant du molybdène. On peut aussi employer n importe quel autre alliage soudable de molybdène. L'alliage soudable de molybdène peut être obtenu par purification zonale poussée d'un molybdène non soudable. L'ébauche de la partie-support T de l'anode est élaborée par fusion sous vide, afin d'assurer une élimination poussée des inclusions gazeuses et métalliques du métal. Au lieu du vide on peut recourir à une atmosphère inerte. L'ébauche élaborée est laminée et mise en forme pour obtenir la partie-support t de l'anode. Ensuite, sur la surface de la partie-support 1 destinée à être soumise à l'action du faisceau cathodique, on dépose le revêtement actif en alliage tungstène-rhénium. Pratiquement on réalise un revêtement à deux couches la première, la couche extérieure 3, a une épaisseur de 0,2 à 0,5 mm, et sa teneur en rhénium est pratiquement constante. Une épaisseur de-la couche 3wplus petite ou plus grande que les valeurs indiquées n'est pas souhaitable. La diminution de l'épaisseur de la couche 3 pourrait provoquer l'apparition de molybdène à la surface de l'anode et, en conséquence, l'altération de ses caractéristiques d'utilisation, à savoir, i'abaissement de la puissance du rayonnement X ; l'augmentation de l'épaisseur de la couche entraRnerait une dépense injùstifiée de rhénium, qui est un métal coûteux. La seconde couche 4 est intermédiaire entre la couche 3 et le métal de la partie-support 1 de l'anode. Cette couche a une épaisseur non inférieure à 0,5 mm. La diminution de cette épaisseur provoquerait l'altération de l'adhérence des métaux de la partie-support 1 et du rev8tement actif 2, ainsi qu'une forte augmentation du niveau des contraintes internes dans la zone de jonction des métaux de natures différentes. La couche intermédiaire 4 a une composition variable suivant son épaisseur ; sa teneur en rhénium diminue et sa teneur.en molybdène augmente au fur à mesure que l'on s'éloigne de la couche, superficielle 3 en s'enfonçant dans l'anode. La teneur en rhénium change alors d'une valeur maximale, correspondant à sa valeur dans la couche 3, jusqu une valeur minimale, qui correspond à des traces de rhénium dans la partie-support 1. La teneur en molybdène diminue de la même manière au fur et à mesure que l'on se rapproche de la couche superficielle L'épaisseur totale du revêtement actif 2 est égale- à la somme des épaisseurs des couches 3 et 4. D'ordinaire, l'6paisseur totale recommandée de la couche active 2 est d'au moins 0,7 mm. L'augmentation de l'épaisseur totale du revêtement actif 2 au-dessus de 1,3 mm est irrationnelle, car il s'ensuivrait, comme on l'a déjà dit, une dépense injustifiée de rhénium. La diminution de ladite épaisseur nuirait, elle aussi à la qualité de l'anode, comme expliqué plus haut. Le revêtement 2 de l'anode est obtenu en déposant par fusion, couche par couche, l'alliage tungstène-rhénium sur la surface appropriée de la partie-support 1 de l'anode. Le dépôt est exécuté par couches successives ayant chacune une épaisseur non inférieure à 0,2 mm, le dépit par couches d'épaisseur inférieure à 0,2 mm, pour une épaisseur totale du revêtement ne dépassant pas 1,3 mm, provoquerait une migration de molybdène jusqu la surface active de l'anode. le dépôt est exécuté, lui-aussi, sous vide ou sous atmosphère neutre. Les raisons de ee mode opératoire sont les .mêmes que celles indiquées pour l'élaboration de l'ébauche de l'anode. le dépôt est exécuté, soit par bombardement électronique, soit à l'arc sous argon ou au plasma, par couches successives sous forme de cordons circulaires sur-toute la largeur de la bande focale de l'anode, laquelle est portée au préalable à t000-15000C, par exemple par un faisceau électronique défocalisé ou par un autre procédé connu. La couche superficielle de l'alliage de molybdène est ainsi fondue pour obtenir une meilleure jonction des métaux de différentes natures. La première couche déposée d'alliage tungstène-rhénium, de 0,2 à 0,5 mm d'épaisseur, assure une bonne jonction des métaux en formant des alliages du système molybdène-tungstènerhénium, de composition variable. La seconde couche et, le cas échéant, les couches suivantes, d'une épaisseur totale de 0,3 à 0,5 mm, constituent la couche active 3 de l'anode à composition constante, déterminant les caractéristiques d'utilisation à l'anode. Les anodes ainsi obtenues sont caractérisées par une grande fiabilité et une durée de service prolongée. Les essais ont montré qu'elles supportent plus de 20 000 enclenchements et qu'elles se distinguent par une teneur extrêmement faible en inclusions gazeuses et métalliques, ce qui permet de supprimer une série d'opérations coûteuses et prolongées de dégazage de l'anode avant son montage dans le tube à rayons X. Le dépôt du revêtement actif par fusion peut être réalisé avec des alliages tungstène-rhénium de n'importe quelle composition connue, employés auparavant pour la formation du revêtement actif de l'anode. Plus bas sont décrits des exemples non limitatifs d'anodes conformes à l'invention, avec leurscaractéristiques de qualité. ANODE 1. L'épaisseur totale du revêtement en alliage tungstènerhénium est de 1 mm. L'épaisseur de la couche extérieure à teneur en rhénium constante (27) est de 0,3 mm. L'épaisseur de la couche intermédiaire, entre la couche d'alliage tungstènerhénium à teneur constante en rhénium et le métal de la partie principale de l'anode est de 0,7mm. Cette couche est caractérisé par le fait qu'elle contient du molybdène dont la teneur diminue jusqu'à zéro, qui est sa valeur dans la couche superficielle, et que ia teneur en rhénium diminue de 27% (valeur dans la couche superficielle) jusqu'à des valeurs correspondant à des traces dans le métal de la partie-support de l'anode. L'anode a été fabriquée par dépôt par fusion, couche par couche, d'un alliage tungstène-rhénium contenant 27% de rhénium, sur la surface correspondante de sa partie-support. La partie-support est réalisée par fusion sous vide'à partir d'un alliage soudable de molybdène ayant la composition indiqué dans la partie générale de la description. Le dépôt a été exécuté par couches successives de 0,3 à 0,4 mm. L'anode a été soumise à 28 OQO enclenchements avec une vitesse de rotation de 9000 tr/mn et une température de travail proche de 17000C. il ne s'est pratiquement produit aucun changement des caractéristiques d'utilisation de l'anode. ANODE 2. L'épaisseur totale du revêtement en alliage tungstènerhénium est de 0,9 mm. L'épaisseur de la couche extérieure-à teneur en rhénium constante (20,1-%) est de Q,3-mm. L'épaisseur de la couche intermédiaire, analogue à celle de l'exemple précédent, est de 0,6 mm. le dépôt a été exécuté par couches successives de 0,3 à 0,4 mm, sur la partie principale fabriquée, comme dans le premier exemple, en métal de meme composition. L'anode a été soumise à 22 000 enclenchements avec une vitesse de rotation de 9000 tr/mn et une- température de travail de 1700 C. Les propriétés de l'anode sont pratiquement restées inchangées. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n"ont été donnés quià 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 suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des reyendications qui -suivent. REVENDICATIONS 1. Anode tournante pour tubes à rayons X, de grande puissance du type constitué de molybdène ou d'un alliage à base de molybdène et dont la surface destinée ~à subir le bombardement électronique est revêtue-d'un alliage tungstènerhénium dont la composition varie de telle façon que la teneur en rhénium diminue et la teneur en molybdène augmente au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la surface de l'anode vers l'intérieur de celle-ci, caractérisée en ce qu'elle est constituée de molybdène fondu ou en alliage fondu à base de molybdène, et en ce que la couche en alliage tungstène-rhénium est déposée par fusion. 2. Anode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'à la surface du revêtement en alliage, tungsténe-rhénium la teneur en rhénium est constante. 3. Anode selon la revendication 2, caractérisée en ce que, dans ledit revetement, l'épaisseur de la couche d'alliage tungstène-rhénium à teneur en rhénium constante est de 0t2 à 0,5 mm, l'épaisseur totale dudit revêtement étant d'au moins 0,7 mm. 4. Procédé de fabrication de l'anode faisant l'obåét de l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'ébauche de l'anode est élaborée par fusion sous vide ou sous atmosphère inerte, et en ce que le revêtement en alliage tungstène-rhénium est formée par dépit par fusion de couches successives sous vide ou sous atmosphère inerte. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le revêtement en alliage tungstène-rhénium est déposé par fusion en couches successives d'épaisseur non inférieure à 0,2 mm.