Brevet FR2318239A1 — publié le 19770211

Le procédé qui fait l'objet de l'invention résulte des travaux de afon- sieur Jeanliarie HICTER. Il concerne la réalisation en continu et à grande vites se de revêtements métalliques minces sur des fils ou bandes euxnemes métalliques par contact de ces fils ou bandes avec le métal ou alliage de revêtement a l'état liquide. Il permet en particulier de revêtir des fils ou bandes d'acier par tou tes sortes de métaux tels que l'étain, le zinc, le cuivre, ou des alliages les contenant. Il s'applique particulièrement bien a la réalisation de revêtements d'aluminium ou d'alliages d'aluminium sur des fils d'acier de tous types. Le procédé, comme on va le voir dans la description détaillée qui va en être faite, ne présente pas les inconvénients et les limitations des différents procedés qui ont été développés jusqu'a maintenant en vue d'effectuer de tels revêtements. C'est ainsi que le procédé qui fait l'objet du brevet US 2.110.893 dé crit une méthode de revêtement de fils ou bandes métalliques par passage dans un bain métallique fondu. Dans ce procédé, on favorise le mouillage par formation préalable d'une couche de métal fraîchement réduite à la surface du fil ou de la bande et on préchauffe le fil ou la bande, avant pénétration dans le bain métal lique, à une température proche de celle du bain. Dans le brevet US 2.914.423 est décrit un procédé dans lequel on revêt un fil métallique par passage dans un bain métallique fondu, l'épaisseur de la couche de revêtement étant ajustée au moyen d'un élément de contrôle non mouilla ble par le bain, qui est pourvu d'un orifice traversé par le fil revêtu. Dans ce procédé, également, le fil est préchauffe à une température voisine de celle du bain avant pénétration dans celui-ci. Les deux procédés présentent le grave inconvénient de favoriser une diffusion du métal de recouvrement dans le métal qui constitue le fil ou la ban de. Dans beaucoup de cas, ce processus conduit à la formation de composés inter métalliques fragiles, qui entraînent des fissurations puis des ruptures en utili sation, dès que les fils ou bandes seront soumis à des pliages ou des torsions même modérés. Dans le cas de fils d'acier recouverts par de l'aluminium suivant ces procédés, il est connu que l'on n'arrive pas à contrôler l'épaisseur de ces couches intermétalliques, et quecelles-ci sont particulièrement fragiles. En même temps que se forment ces couches de diffusion, on observe une contamination du métal de revêtement par le métal qui constitue l'même du fil et dans bien des cas cette contamination nuit a la tenue i la corrosion du revête ment, et par conséquent réduit sa durée de vie. La réserve de métal liquide qui alimente le disoositif de revêtement peut elle aussi être contaminée de la même façon, et se charger progressivement en éléments métalliques issus de l'attaque du métal à recouvrir. Enfin, ces pro cédés d'accrochage de revêtements par l'intermédiaire d'une couche de diffusion ont aussi l'inconvénient de nécessiter des vitesses de défilement relativement faibles de l'ordre de 100 à 150 mètres par minute, ce qui est le plus souvent considèré comme très insuffisant du point de vue industriel. L'expérience montre que si on accélère le défilement, on obtient des dépôts de qualité médiocre en particulier dans le cas des revêtements d'aluminium. Il existe donc un besoin pour un procédé de dépôt permettant des vitesses de défilement beaucoup plus grandes, tout en limitant le plus possible la diffusion entre le métal à recouvrir et le métal de revêtement. Cette accélération du processus ne doit pas nuire à la régularité du revêtement qui doit être dépourvu de porosités ou de fissures. On connait, par ailleurs, des procédés permettant de revêtir des fibres ou des filaments fins, en particulier, avec de l'aluminium liquide. Le brevet GB 982 051 décrit et revendique un bec de coulée comportant deux canalisations parallèles qui est traversé par la fibre ou le filament à revêtir. Le brevet décrit l'application du procédé au recouvrement de fibres de silice par de l'aluminium. Le brevet GB 1 038 534 décrit pratiquement le même procédé mais prévoit de limiter l'oxydation du revêtement au cours du dépôt ou immédiatement après celui-ci au moyen d'une atmosphère protectrice ne contenant pas plus que 5% d'oxygène. Dans la description de ce brevet, il est précisé qu'une petite quantité d'oxygène est nécessaire dans l'atmosphère entourant le fil pour éviter la réduction des fibres de silice par l'aluminium. La présente invention résulte de la constatation surprenante qu'il est possible de réaliser sur des fils ou bandes métalliques des dépôts adhérents d'un métal ou alliage de recouvrement apporté à l'état liquide, sans qu'il y ait de diffusion entre les deux métaux ou alliages, ni formation de quantités facilement détectables de composés intermétalliques. Le procédé qui permet d'obtenir ce résultat s'applique à des fils de tous diamètres depuis environ 0,1 mm et même moins jusqu'à plusieurs millimètres. Il peut même être extrapolé à des ronds pouvant atteindre 10 mm de diamètre et même davantage. L'application du procédé à des fils ou ronds de fort diamètre nlest limitée en fait que nar les possibilités technologiques de réaliser un défilement à vitesse rapide et contrôlée dans les conditions voulues.Il peut s'appliquer aussi à des bandes minces et relativement étroites. Dans ce procédé, il est possible en jouant sur les paramètres opératoires d'ajuster l'épaisseur du dépôt exactement à la valeur souhaitée. Enfin, ce procédé permet des vitesses de défilement très importantes, atteignant aisèment 10mètres par seconde et pouvant être portées à des valeurs 2 à 3 fois supérieures, sans autres difficultés que celles que rencontrent couramment l'homme de l'art, et qu'il est capable de résoudre dans la réalisation pratique de telles vitesses de défilement. Les essais ont, en effet, montre que, dans le procédé qui fait l'objet de l'invention, la qualité des couches de revêtement est améliorée par l'accroissement des vitesses de recouvrement, et, par la réduction des temps de contact entre le fil à revêtir et le bain de métal de recouvrement. Le procédé consiste, dans son principe, à mettre en contact le fil de métal ou d'alliage à revetir avec le métal ou l'alliage de revêtement, dans des conditions telles que la température de surface du fil à revêtir reste inférieure au point de fusion du métal ou alliage de revêtement, de façon à provoquer la solidification d'une couche mince de ce métal ou alliage sur le fil. Ceci veut dire que, la température du fil au moment de sa mise en contact avec le métal ou l'alliage liquide doit être inférieure au point de fusion de ce métal ou alliage. Dans bien des cas, il est inutile de préchauffer le fil à revêtir, ce qui présente un avantage considérable par rapport aux autres procédés de revêtement au trempé. Si En effet, les essais ont montré de façon tout à fait inattendue quelle fil à revêtir présente un état de surface convenable, on obtient une adhérence excellente du métal de revêtement sans qu'il y ait formation d'une couche intermétallique appréciable. Pour que ce résultat soit obtenu, il faut un bon mouillage du fil à revêtir par le métal ou alliage liquide. Les essais ont montré qu'on favorise ce mouillage en utilisant des fils parfaitement dégraissés et présentant une surface lisse, non rugueuse, et dépourvue d'aspérités ou de replis. Il est avantageux dans certains cas d'effectucr sur le fil ou la bande un traitement de surface destiné à favoriser le mouillage. Les essais ont montré qu'un traitement d'oxydation donne souvent de bons résultats.Ce traitement peut être effectué par chauffage à l'air ou en atmosphère oxydante, oxydation anodique, ou tout autre moyen. Il convient en particulier pour les fils ou bandes en aciers de toutes nuances qui doivent être revêtus d'aluminium ou d'alliages d'aluminium. Lorsque le fil ou la bande pénètre dans le bain liquide, et à condition qu'il y ait mouillage, on observe la formation d'une couche solide de revêtement. La croissance de cette couche est très vite stoppée par l'élévation de tempéra- ture du fil ou de la bande et elle peut même se redissoudre completement si le temps de contact est suffisant. Dans le cas d'un fil de diamètre fixé, constitué d'un métal ou alliage donné, qu'on doit revêtir au moyen d'un métal ou alliage liquide donné également, on dispose pour regler I'épaisseur du revêtement de 4 variables indépendantes 1) la surchauffe du métal ou alliage de recouvrement par rapport à son Doint de fusion au voisinage du fil à revêtir. 2) la température du fil, à l'entrée dans le bain. 3) la vitesse de défilement du fil 4) la longueur du parcours du fil au contact du métal ou alliage liquide. Pour chaque couple, métal ou alliage à revêtir / métal ou alliage de revêtement, il y a lieu de déterminer les conditions opératoires optimales au moyen d'un petit nombre d'essais. Comme le montrent les exemples, les temps de contact sont dans la pratique extrêmement courts et se mesurent en millièmes ou centièmes de seconde. En effet, à partir du moment où il y a mouillage du fil par le bain fondu, il se produit un écoulement de chaleur considèrable du bain vers le fil avec montée en température très rapide des-zones superficielles de celui-ci. Ceci explique que des temps de séjour supérieurs à quelques centièmes de seconde entraînent dans la plupart des cas une diminution de l'épaisseur du revêtement réalisé initialement, à moins que la température du bain ne soit très proche de son point de solidification.Pour des raisons de stahilite de marche, on préfère, en général, utiliser une surchauffe relativement forte du métal liquide, de l'ordre de quelques dizaines de degrés centigrades, et limiter les temps de contact à des valeurs courtes. Pour ce faire, et pour éviter des vitesses de défilement excessives, on limite la longueur de parcours du fil dans le métal liquide à des valeurs de l'ordre de 1 à 10 cm et quelquefois même quelques millimètres seulement. Ces valeurs dépendent bien sûr du diamètre du fil et de l'épais- seur de revêtement désirés ans le cas de fils d'acier de quelques dixièmes de millimètres de diamètre, on peut employer avec succès des longueurs de parcours de l'ordre du centimètre. Ces faibles longueurs de parcours expliquent qu'on fait en général circuler le fil à travers un conduit de petites dimensions rempli de hain liquide et alimenté en permanence par un réservoir légèrement en charge ou par un dispositif à niveau constant bien connu de l'homme de l'art. De telles dispositions ne constituent que des modes particuliers de mise en oeuvre de l'invention, qui présente un caractère très général. Par ailleurs, il a été constaté que la régularité de la couche de métal solidifié qui se forme sur le fil dépend de la stabilité de la surface de raccordement entre le film de métal qui mouille le fil à la sortie du bain et la surface de celui-ci. Pour cette raison, il est très avantageux, pour réaliser le procédé suivant l'invention, d'inverser le sens de défilement dirigé de haut en bas qui est décrit dans les brevets GB 982 051 et 1 038 534 pour le revêtement de fibres ou filaments. C'est donc un sens de défilement sensiblement vertical et de bas en haut qui a été adopté. Pour les mêmes raisons, il y a intérêt à réaliser les parois de 1 'ori- fice de sortie du fil en un matériau non mouillé par le métal ou alliage liquide de recouvrement. L'inventeur a également mis au point une méthode qui permet avec une grande facilité la mise en route et l'interruption des opérations de recouvrement du fil sans perdre de métal liquide. Elle consiste introduire frottement doux dans l'orifice inférieur d'entrée du fil dans le conduit d'alimentation un tube mobile en matière inattaquable par le métal liquide qui peut traverser le conduit d'alimentation de bas en haut et venir obturer l'orifice supérieur. Ce tube a un diamètre suffisant pour permettre le libre passage sans frottement du fil à recouvrir.Lorsqu'on désire procéder à une opération de recouvrement de fil, on peut après avoir placé le tube en position haute préchauffer le conduit à la température voulue, puis l'alimenter en métal de recouvrement sans risque d-lécoulement de ce métal à l'extérieur. On peut ensuite introduire le fil à recouvrir dans le passage délimité par le tube à l'intérieur du conduit, le faire sortir à l'extrémité supérieure et mettre en route le dispositif d'entraî- nement de ce fil. Lorsque la vitesse souhaitée est atteinte, il suffit d'abaisser le tube mobile d'une quantité prédéterminée. Le métal liquide vient alors au contact du fil et l'opération de revêtement est démarrée. De même lorsqu'on souhaite interrompre l'opération, il suffit de relever le tube mobile jusqu'à ce qu'il obture complètement la veine de métal liquide.Ces manoeuvres peuvent être facilement commandées à distance par tout dispositif convenable. On voit sur la figure unique, un réservoir (1) contenant le métal ou alliage liquide qui est maintenu à température convenable par des moyens connus de l'homme de l'art et qui alimente un conduit en fonte (2) à travers lequel passe le fil (3). Ce fil traverse le conduit de bas en haut. Tl pénètre dans le conduit par l'orifice d'entrée (4) à l'intérieur duquel se trouve le tube mobile (5) en céramique. Des moyens de déroulement et de guidage connus de l'homme de l'art permettent de faire passer le fil correctement dressé et centré à travers le tube (5) avec le minimum de frottement sur ses parois. Le jeu entre le fil et le tube est tel que lorsque le fil parcourt le tube aux vitesses opératoires normales, il ne s'écoule pas de métal liquide entre fil et tube.Le résultat est facilement obtenu, en particulier dans le cas où, comme ici, le tube est réalisé en une matiere qui n'est pas mouillée par l'aluminium. La différence de diamètre entre fil et tube peut être de l'ordre de 1/2 à 1 mm ou même davantage. On peut, cependant, utiliser aussi des tubes en matériaux mouillables par l'aluminium, tels que la fonte, et on peut, également, envisager de faire glisser le fil sur le tube à frottement doux. La longueur de Darcours du fil dans le métal liquide est déterminée par la distance entre l'extrémité supérieure du tube (5) et l'ori- fice (6) de sortie du fil. Cet orifice est constitué par une bague en alumine inserrée dans la fonte. Le jeu entre cette bagou2 et le fil revêtu de sa couche solidifiée de métal ou alliage de revêtement est ajusté de façon que, grâce au non mouillage de la bague par le métal liquide, celui-ci ne s 'écoule pas librement par le passage ainsi existant, sous l'action de la légère surpression à l'orifice créée par la différence de niveau entre le métal liquide dans le reservoir et l'orifice (6). On a constaté que si le métal de revêtement est de l'alu minium liquide, il ne se produit pas de fuite notable par l'orifice de sortie, lorsque,la différence de diamètre entre le passage et le fil étant de l'ordre du millimètre, la pression au, niveau de l'orifice est de l'ordre de 10 cm d'aluminium liquide. il est possible d'utiliser des jeux plus importants en réduisant cette pression.Dans tous les cas où on emploie des métaux ou alliages de revêtement oxydables, il est préférable de protèger l'orifice de sortie du fil revêtu, par une atmosphère de gaz neutre. Pour cela, il suffit, comme le montre la figure unique, de prolonger l'orifice de sortie (6) par un tube (7) en général métallique à l'intérieur duquel on établit une atmosphère d'un gaz neutre tel que de l'azote ou de l'argon. On peut faire pénétrer ce gaz à la base du tube (7) en (8) et le laisser se dégager par l'espace annulaire (9). Une disposition comparable peut être réalisée à l'entrée du fil, du côté opposé, si cela est estimé utile.Comme le passage du fil à une température bien inférieure à celle du métal liquide entraîne comme nous l'avons dit plus haut un flux très important de chaleur du bain liquide vers le fil, il est dans la plupart des cas nécessaire de réchauffer le conduit (2) et le métal liquide qu'il contient. Ce résultat est obtenu au moyen d'un enroulement (10) alimenté en courant à haute fréquence par un générateur asservi à un système de régulation non représenté, qui est commandé par le couple thermoélectrique (11) qui mesure la température du bain au voisinage de la zone de passage du fil. Le dispositif qui vient d'être décrit a été utilisé pour revêtir des fils d'acier inoxydable austénitique nuance AISI 304 présentant un etat de surface poli avec de l'aluminium non allié. On a revêtu des fils de deux diamètres différents 0,2 et 0,5 mm. Deux vitesses de recouvrement ont été utilisées - une vitesse plutôt faible de 72 mètres par minute et une vitesse moyenne c'est-à-dire 600 mètres par minute. Au cours de ces 4 essais, la température de l'aluminium liquide a été maintenue à 693"C, et la longueur de parcours dans le métal liquide a été règlée à 12 mm. Le fil d'acier austénitique n'était pas préchauffé avant de pénétrer dans la zone de recouvrement.Le tableau 1 donne les résultats obtenus TABLEAU 1 Vitesse de défilement : Diamètre du fil : Epaisseur de la couche ) de revêtement ) ( . ) ( m/mn : mm . micromètres ) ( 0,2 40 ) ( - 72 ) ( : 0,5 : 220 ) ( : : ) 600 0,2 : 25 ) ( : ) ( : 0,5 : 60 ) Dans tous les cas, la couche d'aluminium ainsi réalisée était adhérente, régulière et dépourvue de fissures ou porosités.Les examens micrographiques ont montré l'absence de composés intermétalliques entre le revêtement et le substrat ; par ailleurs, les analyses chimiques de la couche de revêtement n'ont pas fait apparaître la présence de Fe, Cr ou Ni à des teneurs supérieures à celles de l'alumnium utilisé pour former le bain métallique à partir duquel le revêtement a été réalisé. Une deuxième série d'essais a ensuite été faite en portant la température du bain d'aluminium liquide à 7050C, les autres paramètres étant inchangés. Le tableau II donne les résultats obtenus TABLEAU II ( Vitesse de défilement Diamètre du fil : Epaisseur de la couche de revêtement ( m/mn : mm : micromètres ) ( ) 0,2 30 ( 72 . . ( 0 0,5 . 160 ) . , ( 600 0,2 14 ) . . ( 0,5 45 ) L'ensemble de ces résultats montre la très grande souplesse du procédé suivant l'invention qui permet en jouant sur les différents paramètres d'ajuster avec beaucoup de facilité les conditions opératoires en vue du but cherché. Comme cela a été dit plus haut, le procédé peut s'appliquer non seulement à des fils métalliques de tous diamètres mais aussi à des rubans, des meplats et des bandes métalliques. Il suffit d'adapter des moyens bien connus de l'homme de l'art pour faire défiler ces produits à travers le bain liquide et de donner aux orifices d'entrée et de sortie les formes et sections voulues pour réaliser le défilement de ces produits avec des jeux comparables à ceux qui ont été indiqués plus haut. Comme cela a été dit aussi, le procédé peut s'appliquer à toutes sortes de métaux ou alliages. On peut même envisager de recouvrir de cette façon des fils constitués par des métaux dont le point de fusion est inférieur à celui du métal de revêtement. Il suffit dans ce cas que la vitesse de défilement soit telle que le fil de métal à recouvrir ne fonde pas de façon notable pendant le passage à travers le bain liquide. C'est ainsi qu'on peut recouvrir des fils en alliages d'aluminium par de l'aluminium non allié ou un autre alliage d'aluminium. On peut ainsi protèger de la corrosion certains alliages d'aluminium à haute résistance par une couche d'aluminium pur. REVENDICATIONS 10) Procédé continu de recouvrement au trempé de fils, rubans ou bandes métalliques par un métal ou alliage métallique, caractérisé en ce que la température du fil, ruban ou bande est bien inférieure à celle du bain métallique à son entrée dans celui-ci, et en ce que les paramètres de température d'entrée du fil, ruban ou bande, dans le bain, de température du bain et de temps de séjour dans celui-ci, sont ajustés en fonction de l'épaisseur du fil ruban ou bande, de façon que la température superficielle de celui-ci au-dessous de la couche de revêtement à la sortie du bain soit encore inférieure ou au plus égale au point de fusion du métal ou alliage qui constitue le bain. 2") Procédé suivant 1 dans lequel la vitesse de défilement du fil, ruban ou bande dans le bain est supérieure à 0,5 mètres par seconde. 30) Procédé suivant 1 ou 2 caractérisé en ce que on effectue sur le fil, ruban ou bande à revêtir un traitement de surface préalable, tel qu'une oxydation, destiné à favoriser le mouillage ultérieur, par le métal ou alliage liquide de revêtement. 4 ) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit capable de contenir le métal ou alliage liquide de recouvrement pourvu d'un passage sensiblement vertical pour le fil, ruban ou bande à recouvrir, ce passage comportant un orifice d'entrée à la partie inférieure et un orifice de sortie à la partie supérieure, l'orifice de sortie comportant au contact du bain liquide un matériau non mouillable par celuilci. 5 ) Dispositif suivant 4 caractérisé en ce qu il est pourvu d'un moyen permettant d'établir et d'interrompre à volonté le contact entre le fil, ruban ou bande et le bain, et également d'ajuster la longueur du parcours du fil, ruban ou bande au contact du bain à la valeur désirée et aussi d'éviter l'écoule- ment du bain métallique liquide à l'exterieur. 6 ) Fil métallique comportant un revêtement également métallique réalisé au trempé caractérisé en ce qu'il nty a pas de couche de diffusion entre le fil et le revêtement. 70) Fil suivant 6 caractérisé en ce qu'il comporte une âme en acier ordinaire, allié ou inoxydable et un revêtement en aluminium ou alliage d'aluminium.