Brevet FR2298405A1 — publié le 19760820

il est courant de recouvrir de particules de carbure dur les surfaces de coupe ou d'abrasion des outils d'u@ @inage de l'acier, dans le but d'augmenter aussi bien la durée de service, de ces outils, que leur efficacité. Jusqu'à présent, des particules cémentées de carbure de tungstène, de grosseurs variables en fonction de l'utilisation de l'outil, ont été bra sées sur le corps de celui-ci, appelé usuellement substrat. Un procédé de brasage connu consiste à placer simplement sur le substrat un mélange de poudre d'un composé de brasage au cuivre et de particules cémentées de carbure dur,et à le porter dans un four à une température suffisante pour que ce composé fonde, coule sur les particules de carbure et y adhère en les fixant au substrat. Ce procédé n'est pas applicable si les sur faces de ce substrat sont courbes ou font un certain angle avec l'horizontale. Un autre procédé usuel consiste à projeter au pistolet un mélange chaud de poudre de composé de brasage et de particules de carbure sur le substrat, souvent recouvert préalablement de cotte poudre. Il a été décrit par exemple dans le brevet des E.U.A. N 2 906 612. Mais les poudres de brasage au cuivre présentent un certain nombre d'inconvénients, notamment parce qu'elles forment une liaison relativement faible entre les particules de carbure et le substrat, en raison du fait que leur rigidité et leur point de fusion sont faible; Il a donc été tenté d'utiliser un liant plus énergique. Il existe depuis quelque temps des gangues ou liants qui sont des alliages d'acier inoxydable contenant du ni tel et parfois du cobalt.. Ces liants sont en général projetés à chaud, au pistolet., 'se brevèt des E.U.A. N 3 248 189, par exemple, décrit l'application d'un liant à base de nickel; de chrome et de bore par pulvérisa tion à chaud, de manière à former une couche de liaison. Puis, un mélange chaud de ce liant et de particules de carbure est projeté sur cette couche, de manière à rendre ces particules so lidaires du substrat. Mais lesdites particules tendent à trop s'oxyder et à ne pas adhérer à la gangue ou liant fondu. Elles rebondissent donc souvent, au lieu d'adhérer, quand elles sont projetées. Il a été tenté d'empêcher cette oxydation par utilisation d'un dispositif de pulvérisation non oxydant. Entant donné qu1il est difficile de "mouiller" les particules de carbure au moyen de ces liants, il a encore été tenté d'utiliser avec eux une matière de brasage au cuivre, qui a une plus grande tendance à mouiller ces particules. Le brevet des E.U.A. N 3 378 361 par exemple décrit un procédé de ce genre, dans lequel on projette d'abord au pistolet le liant sur le substrat de façon à y former une couche de liaison, puis on applique sur celle-ci, au pistolet, une petite quantité de poudre de brasage au cuivre fondue, généralement en même temps que les particules de carbure.Si la quantité de cette poudré est limitée, la "soudure" obtenue est donc un brasage au cuivre plus une liaison par la gangue, ce qui renforce la liaison entre ces particules et le substrat. Il faut déterminer soigneusement 1a quantité de la brasure au cuivre parce que, 8til y en a trop, la liaison est trop faible, et, s'il y en a trop peu, les particules se détachent. De toute façon, il faut opérer soigneusement et par ailleurs la liaison reste relativement faible et seule une mince couche de particules se fixe au substrat. Les deux principaux inconvénients des procédés connus de revttement de substrats par des particules de carbure résident donc dans le fait que, avec une poudre de brasure au cuivre, la liaison tend à entre faible et il n'est possible d'appliquer que de minces couches de particules, et que, avec un composé ne contenant pas de cuivre, l'oxydation des particules fait qu'il est difficile de les fixer. l'invention concerne donc un procédé qui remédie aux inconvénients ci-dessus des procédés connus. Ce procédé consiste à projeter au pistolet sur le substrat une gangue ou liant sans cuivre, fondu, sans ltempêcher de stoxy- der, mais au contraire en augmentant sa teneur normale en oxydes, par exemple en utilisant un chalumeau oxy acétylénique. Ensuite, après avoir refroidi ce liant, on applique un adhésif poisseux, par exemple un mélange de glycérine et d'eau. Puis on répand sur la surface des particules de carbure, de manière à former une couche d'épaisseur désirée et le tout est "cuit" dans un four, en atmosphère non oxydante, pendant une durée suffisante pour faire fondre le liant et le faire adhérer aux particules, mais pas assez longue pour désoxyder complètement ce liant. Les inconvénients dus à la brasure au cuivre sont suppri- més, puisqu'elle n'est pas utilisée. L'adhésif utilisé cristallise avantageusement à la chaleur de la cuisson, de façon à rendre poreux le liant solidifié. Des pores sont aussi formés par les oxydes contenus dans ce liant, qui fondent plus lentement et qui de plus en augmentent la du rets. Il est désirable que le liant soit pores, parce qu'alors la surface de coupe ou d'abrasion est meilleure. Les particules de carbure ne peuvent s'oxyder, ce qui serait gênant, parce que tendant à nuire à leurs propriétés de couple, puisqu'elles sont appliquées à froid et non plus proje- tées à chaud. L'invention sera décrite plus 6L détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels : la figure : représente un substrat dont la surface a été nettoyée et rendue rugueuse; la figure 2 représente le doit de la couche de liant sur ce substrat; la figure 3 représente l'adhésif appliqué temporairement sur le liant refroidi; la figure 4 représente les particules de carbure appliquées sur la couche de liant et retenues par l'adhésif; la figure 5 représente l'opération de liaison, par cuisson dans un four faisant fondre le liant, l'unissant aux particules et cristallisant l'adhésif; et la figure 6 est une coupe à grande échelle laissant apparattre les pores du liant. Le substrat 10 peut entre un outil classique de coupe ou d'abrasion de métaux, tel qu'une lame de scie, les dents d'une fraise, un outil de brochage, de surfaçage, etc. L'arête ou la surface de coupe, ou la surface d'abrasion de cet outil, qui est normalement en acier, doit être recouverte d'une épaisseur prd- déterminée de particules cémentées d'un carbure dur, tel que le carbure de tungstène. Divers métaux relativement durs sont utilisés de manière classique pour former le substrat des outils et poinçons. Les métaux plus tendres, l'or, l'argent, l'aluminium, le cuivre, le laiton et le zinc, ne sont pas utilisés à cet effet. Par ail- leurs, le point de fusion de substrat doit être plus élevé que celui de la gangue ou liant. Il doit être supérieur à I 2000C pour un liant du genre précisé plus loin. La première opération consiste, comme précédemment, à net toyer de manière classique la surface à recoirvrir, de façon à en retirer les matières étrangères, la poussière, la graisse, un enduit antérieur, etc. Il est aussi classique de rendre cette surface assez rugueuse en la meulant ou en la bombardant de par ticules trempées, afin d'améliorer sa liaison mécanique avec le liant. Lorsque Ie substrat a été nettoyé et rendu rugueux, une couche de liant 11 y est appliquée, de préférence par pulvérisa- tion à chaud. La figure 2 représente par exemple le dépôt de la couche 11 au moyen d'un chalumeau 12 produisant un jet 13. Il est possible d'utiliser à cet effet divers genres classiques de chalumeaux ou de pistolets. Un chalumeau oxy-acétylénique cons- titue un pistolet commode et bon marché, dans la flamme duquel les particules du liant sont projetées de façon à fondre et à stappliquer au substrat en une couche uniforme. Cette opération oxyde encore plus le liant. Les liants existants sont en général des alliages au nickel chrome, tel que celui qui est vendu par la Société Alloy iMetals, Inc., de Troy, Michigan, sous la marque "Amdry-750", et qui a, en poids, la composition suivante : silicium 4% chrome 16,5,' fer 4% bore 3,8% nickel le complément Un autre liant approprié, vendu sous la marque "Metco" Thermo Spray Powder N 15 F, est un alliage au nickel-chrome dont l'analyse est donnée à la page 8 d'une brochure intitulée "The Metco Flame Spraying Processn, publiée par la Société Metallizing Engineering Company, Inc.,Westbury, New-York en 1960, et qui a été décrit dans le brevet N 3 378 361 précité. Son point de fusion est compris entre environ 1 065 et 1 1200C. Celui de la poudre "Amdry-750" décrite ci-dessus est compris entre 1 065 et 1 095 C. Les caractéristiques importantes de ces liants sont (a) qu'ils ne contiennent pas de cuivre; (b) que leur point de Su- sion est voisin de 1 1000 + 550C (c'est-à-dire inférieur d'au moins 1000C à celui du substrat), et (c) qu'ifs sont fluants (effet capillaire). Cette dernière propriété est une caractéristique du liant fondu qui forme une pellicule mince pendant la "cuisson" ou volatilisation de l'agent de liaison. C'est là une caractéristique importante, car les particules de carbure ne sont pas profondément noyées dans le liant. Par conséquent, lorsque l'outil a été utilisé un certain temps, cette pellicule s'use et on ttre entièrement profit du revote ment de carbure, parce que le liant retient ces particules. Sans cette caractéristique, les particules seraient complètement enrobées et tomberaient après usure du liant qui les recouvre. Ces liants métalliques, qui présentent ces diverses caractéristiques, dont "L'Amdry-750" et le "N6tco 15 F" sont des alliages contenant un ou plusieurs des éléments suivants : carbine, silicium, chrome, bore, fer, nickel, molybdène, cobalt et tungstène. Dans les alliages à base de nickel, la proportion en poids de ce dernier dépasse en général 62%. Celle du cobalt dans les alliages à base de cobalt est en général supérieure à 40% et, dans les alliages à base de carbure de tungstène, la proportion de celui-ci dépasse généralement 30%, bien qu'il soit possible d'utiliser un liant en tungstène pur (99,5%). Lorsqu'un chalumeau opy-acétylénique est utilisé pour appliquer le liant, celui-ci tend à s'oxyder dans une certaine mesure en particulier sur sa surface apparente. Au lieu de chercher comme précédemment à empocher cette oxydation, le procédé selon l'invention produit plus d'oxydes. Lorsque la couche de liant a été appliquée, elle est refroidie et une couche 14 d'un adhésif organique est déposée sur elle, comme le représente la figure 3. La nature de cet adhésif peut varier considérablement, mais son principal rele consiste à mnintenir temporairement les particules de carbure qui seront appliquées ensuite. Il a aussi pour relue d'aider à rendre le liant poreux. Il doit donc titre poisseux lorsqu'il a été déposé et de préférence il doit cristalliser à la chaleur. Il est préférable d'utiliser un adhésif qui se volatilise complètement à la température du four. L'adhésif qui semble le meilleur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est un mélange de glycérine ordinaire et d'eau. La glycérine tend à se cristalliser à la chaleur, en rendant le liant poreux et peut recristalliser à la surface de ce liant. D'autres adhésifs organiques appropriés sont des mélanges d'eau et d'amidon, les adoucissants pour textiles, les empois et une huile minérale ou l'huile de ricin. Tous ces produits donnent une surface poisseuse après avoir été appliqués et se volatilisent à la température du four, mais ils ne sont pas considérés comme étant aussi avantageux que le mélange de glycérine et d'eau, parce qu'ils content plus cher et ne sont pas aussi efficaces pour rendre le liant poreux. Après avoir déposé la couche d'adhésif, on répand sur elle des particules d'un carbure dur, que cet adhésif retient. Il est possible de faire varier l'épaisseur de la couche de particules en appliquant l'adhésif à une plus grande épaisseur et en répandant un plus grand nombre de ces particules. Les particules 15 envisagées dans la présente invention sont en carbures cémentés ou frittés, généralement de tungstène, que l'on trouve dans le commerce. Il est possible d'utiliser des particules de carbure contenant, non seulement du tungstène, mais aussi du titane, du tantale, du molybdène et meme de faibles quantités de fer, de ni ckel, de cobalt et de chrome. Les caractéristiques importantes sont (1) qu'elles soient très dures et (2) que leur point de fusion soit bien supérieur à celui du liant. Ce point de fusion est avantageusement supérieur à 1 3700C si le liant fond à environ 1 100 C. La granulométrie des particules peut aller de 4 à moins de 0,05 mm suivant l'utilisation à laquelle l'outil est destiné. Elle peut avoir essentiellement une seule et même valeur, par exemple 0,42 mm, au lieu de varier dans de larges limites. Cependant, avec les grosses particules, il faut en général que l'adhésif soit plus poisseux ou plus énergique. L'opération suivante consiste à placer le substrat recou- vert des diverses couches dans un four qui est maintenu à une température assez élevée pour faire fondre le liant et volatili ser l'adhésif. Le liant 11 est fluant, c'est-à-dire qu'il tenà à enrober les particules 15 qui s'y enfoncent, et à les recouvrir dlune mince pellicule, comme le représente la figure 5.En même temps, l'adhésif disparaît en séchant ou en se vaporisant, et peut former des cristaux t6, qui tendent à monter à la surface ou à s'y recristalliser. Ces cristaux, ainsi que ceux qui restent dans le liant, créent des pores 17 dans ce dernier quant il s 'est solidifié (figure 6). Ceux qui se forment à la surface peuvent être enlevés à la brosse après cuisson. La température du four doit rester inférieure an point de fusion du substrat, de façon à ne pas l'affecter, mais, puisque la durée de cuisson est courte, par exemple de 15 à 20 minutes à environ 1 065 à 1 1 200C, cette cuisson n'a généralement pas d'effet nuisible sur ce substrat. Le four peut @ comporter une atmosphère réductrice, composée essentiellement par exemple d'bydrogène et d'azote, protégeant les particules de carbure de ltoxydation et réduisant certaines parties oxydées du liant. En laissant des oxydes dans ce dernier, on maintient sa dureté, parce que ces oxydes aident à le rendre poreux. La quantité d'oxydes peut varier considérablement en fonction des résultats désirés. En variante, il peut ttre avantageux dans certains cas d'utiliser un four à vide. la condition essentielle cst que le four ne soit pas oxydant et protège les particules de carbure de l'oxydation. L'hydrogène d'un four à atmosphère réductrice rend cette atmosphère décar burante, ce qui tend à recuire les oxydes Par ailleurs l'humi- dité peut être la cause de difficultés dans un four réducteur, notamment par temps humide. Un four à vide supprime ces difficultés. Ce vide peut entre de I à 150 microns de mercure, mais il est avantageusement compris entre 0,1 et 10 microns environ. Après cuisson, le substrat est refroidi, ce qui donne le produit fini Le procédé selon l'invention a pour résultat de supprimer complètement les brasures classiques au cuivre. Sa caractéristique essentielle réside dans le fait qu'il n'est pas un procé- dé de brasage au cuivre et que le liant métallique est exempt de ce métal. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit sans sartir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fixation de particules cémentées dSun carbure dur à la surface d'un substrat métallique, caractérisé par le fait que l'on applique sur ce substrat, à l'état fondu, une couche d'une gangue ou liant métallique exempt de cuivre, dont le point de fusion est voisin de 1 1000C et est inférieur à ceux des particules et du substrat, on applique au liant une couche d'une matière adhésive organique poisseuse et non métallique, pouvant se volatiliser complètement dans un four à atmosphère non oxydante, on répand les particules sur cette couche adhésive, de façon à en former une couche qui est retenue par cet adhésif, on cuit le substrat recouvert de ces couches dans un four à atmosphère non oxydante à une température inférieure au point de fusion du substrat, mais assez élevée pour volatiliser l'adhésif et pour faire fondre le liant de façon que celui-ci s 'unis- se aux particules et se soude audit substrat, puis on refroidit ce dernier. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le four est un four à vide, dont la pression de l'air est maintenue entre 0,1 et 100 microns de mercure. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le liant est un alliage métallique oxydable, et qu'on l'applique par proJection dans la flamine d'un chalumeau oxy-acétylénique, de façon à en oxyder au moins partiellement la surface apparente. 4. Procédé selonla revendication 3, caractérisé par le fait qu'on crée dans le four une atmosphère réductrice et qu'on réduit partiellement, mais non complètement, les oxydes du liant. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le liant est composé d'un alliage ferreux au nickelchrome, ce nickel étant plus particulièrement oxydable pendant que le liant est pulvérisé à chaud. 6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le liant est un alliage qui contient un ingrédient choi si dans le groupe comprenant du nickel, du chrome ou du cobalt, mais exempt de cuivre, ledit ingrédient pouvant s' oxyder à la température de pulvérisation à chaud. 7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'adhésif est un mélange de glycérine et d'eau.