Brevet FR2321958A1 — publié le 19770325

La présente invention concerne un procédé de fabrication de tubes métalliques à haute résistanceS revtus de couches de protection en un autre métal. L'applicatian de couches de protection métalliques sur la face interne des tubes métalliques longs nta pu jusqu'ici se faire de façon satisfaisante que par immersion dans un bain constitué par le matériau de revêtement liquide. Ce procédé F qui est surtout utilisé pour la galvanisation des tubes d'acier, ne convient que pour des pièces soumises à de faibles sol-licitations. On ne connatt pas encore de procédé correspondant qui permette de réaliser le revêtement intérieur des tubes ou des cylindres à haute résistance et également résistant à la corrosion. La fabrication des corps de révolution revêtus de métal et soumis a de fortes sollicitations Deux se faire, par exemple, selon le brevet D? No l984O3, par un procédé de fluotournage, suivant lequel le traitement thérmique, qui est une trempe à structure austénitique, a lieu pendant que le flotournage/déroule. les tubes fabriqués avec ces procédés ou des procédés équivalents peuvent être utilisés1 par exemple, pour les tambours ou bols de centrifugeuses à gaz ou pour les chambres de combustion des fusées. Dans certains cas extrCmes ils ne sont cependant pas suffisamment résistants å la corrosion. On a alors découvert qu'une ttle d'acier revêtue d'un autre métal, par exemple l'aluminium, le nickel, le cadmium ou formage par le titane, rendue plus résistante par compression ou par rou- lage, puis ensuite, le-cas échéant, oxydée et/ou rendue étanche, se révèle titre un matériau bien plus résistant à la corrosion que la t81e d'acier non traitée. Stutilisation de ce procédé pour la fabrication de tubes rev8tus à l'intérieur ou doublés se heurte toutefois a' des difficultés considérables.Ce n'est que dans le cas des tubes relativement courts et à partir d'un diamètre de tube déterminé que l'on peut appliquer une couche métallique uniforme sur la surface interne des tubes d'acier que ce soit par électro-déposition ou par vaporisation sous vide poussé. Lorsque ce revêtement est appliqué par électrodéposition, il est presque impossible d'obtenir partout à ltintérieur d'un tube de petit diamètre relativement long , une densité de courant uniforme, qui détermine l'épaisseur de la couche. Même si l'on utilise des anodes auxiliaires, on ne peut pas faire que l'épaisseur de la couche ait l'uniformité voulue.Lorsqu'il s'agit de réaliser le revêtement intérieur de tubes longs d'un diamètre relativement faible, par vaporisation sous vide poussé, il n'est pas non plus possible d'obtenir une répartition parfaitement régulière du matériau à vaporiser sur toute la longueur du tube. C'est ici qu'intervient la présente inventif , dont ltobr jet est de fabriquer des tubes à haute résistance relativement longs, avec un rev8tement absolument résistant à la corrosion, même sur les surfaces internes. Cet objet est atteint, selon la présente invention'? au moyen d'un procédé du;genre mentionné -au début du présent brevet, par le fait que les surfaces d'un tube métallique relativement court sont revetues, totalement ou partlellement, de la couche de protection, par un procédé usuel, et- que le tube métallique est ensuite allongé ou étiré par fluotournage. Selon des développements de la présente inventions la couche de protection est appliquée soit par vaporisation sous vide poussé soit par électro-déposition. le procédé selon la présente invention offre l'avantage de permettre d'éviter les difficultés que l'on rencontre lorsque l'on veut appliquer un revetement intérieur à des tubes assez longs. Ce procédé a fait ses preuvess lors des essais effectués, qui ont montré que lton peut très bien appliquer sur la surface- interne de tubes métalliques assez courts des couches relativement épaisses d'un autre métal et conférer ensuite par fluotournage à ces tubes ainsi revêtus la longueur voulue qui peut atteindre plusieurs multiples de la longueur du tube d'origine.L'épaisseur que doivent avoir le tube et la couche de protection sont alors à déterminer dans le cours de la fabrication. leflutournage provoque en outre une augmentation de la compacité de la couche de protection ductile constituée par le métal appliqué , qui est ainsi rendu étanche. Selon des développements avantageux de la présente invention, il est proposé que le tube métallique soit en acier et la couche de protection en aluminium, nickel, cadmium ou titane, et que le rapport entre l'épaisseur de la paroi du tube et l'é-- paisseur de la couche de protection soit d'environ 1 s 0,01 à 0,1. Etant donné que l'on réalise, à partir des tubes fabri qués avec le procédé selon la présente inventions des éléments à haute résistance, on utilisera de préférence, comme matériau de base, des tubes d'acier de qualité supérieure, L'utilisation d'autres matériaux, tels que, par exemple, des alliages d'alu miniums de cuivre et de nickel; entre aussi néanmoins dans le cadre de la-présente invention.D'après les recherches effec tuées jusqu1ici, c'est l'emploi de l'aluminium, du nickel, du cadmium ou du titane pour la couche de protection qui est le plus approprié à la mise en oeuvre du procédé, les rapports in- diqués entre l'épaisseur de la paroi du tube et celle de la couche de protection ayant donné de bons ré-sultats. Les couches constituées par l-'application de ces matériaux ne se détachzat pas du tube lors du fluotournage et leurs epaisseurs diminuent de façon à peu près semblable.L'augmentation de la compacité de la couche métallique peut Entre poussée à un point tel que la couche de protection ayant subi le procédé de fluotournage soit aussi parfaitement étanche. Dans quelques cas d'application, on obtient, selon un mode de réalisation supplémentaire de la présente iix;rention, des revebtements de protection particulièrement efficaces contre la corrosion et l'érosion par les produits abrasif s, par le fait que la couche de protection subit une'post-oxydation après lefluo touinne et que la couche d'oxyde est ensuite rendue ultérieure ment étanche. On peut en outre améliorer encore le procédé se lon la présente invention par le fait que l'on prévoit aussi une mince couche intercalaire sur le tube métallique, avant l'application de la couche de protection. Si un traitement ther mique est nécessaire pour obtenir lne résistance élevée ou pour mieux exécuter le fluotournage, cette couche intercalaire permet dTé viter qu'il ne se produise - l'interface, par suite de réac- tions entre le matériau de base et la couche de protection, des composés intelmétalliques indésirables ou des phases de fragilité, génératrices d'avaries. Les tubes fabriqués selon la présente invention peuvent être utilisés dans de nombreux éléments de construction soumis à de fortes sollicitations, par exemple les bols ou tambours de centrifugeuses, les tubes de lancement des fusées ou les réservoirs pour substances corrosives9 les épaisseurs des couches de protection peuvent autre comprises entre 5 et 100 le choix des matériaux employés pour la couche de protection dépend naturellement de l'utilisation ultérieure;Etant donné que l'aluminium et le cadmium sont relativement faciles à appliquer sur les tubes d'acier et assurent dans de nombreux cas une bonne résistance à la corrosions on choisira de préférence ces matériaux, par exemple lorsque les éléments de construction terminés ne seront soumis qu'à de faibles sollicitations. thermiques. Cependanta si ces éléments doivent supporter des sollicitations thermiques élevées, on utilisera le nickel ou le titane pour former les couches de protection. La présente invention sera expliquée plus en détail à l'aide de deux exemples. Exemple 1 Un tube d'acier MARAGING à haute résistance, de 150 mm de- diamètre, présentant une épaisseur de paroi de 1,8 mm et une longueur de 300 mm, est revQtu d'une couche intercalaire de 5 Fm et d'une couche de protection de 100 Zm en aluminium. Ce revêtement est appliqué par vaporisation sous vide poussé à des pressions de 10-6 à 10-4 Torr. Le tube ainsi revêtu est ensuite allongé, par un procédé i fluotournage usuel,à une longueur de 1500 mm, avec une épaisseur de paroi de 0,35 mm, l'épaisseur de la couche de protection se trouvant réduite, à peu près dans la meme proportion que l'épaisseur du tube, à 22 Am. La couche intercalaire en titane, qui se réduit elle aussi, à peu près dans la même proportion, à environ 2 Fm, empoche qu'il ne se forme un composé intermétallique entre le fer et l'aluminium pendant le durcissement à chaud, de sorte que la structure et la résistance du tube d'acier restent inchangées.Si cela est nécessaire la couche de protection en aluminium du tube subit encore une oxydation anodique dans un bain électrolytique, les surfaces externes du tube pouvant entre recouvertes d'un cache pendant cette opération. La couche dtoxydation anodique d'environ 10 Fm d'épaisseur, produite par ce procédé, peut ensuite être rendue étanche dans une eau distillée à 95 - 1000 C. Ce traitement donne à la couche de protection une dureté d'environ 400 daN/mm2 et offre une protection optimale contre la corrosion chimique et mécanique. Exemple 2 Un tube acier correspondant à l'exemple 1 subit un traitement préalable de manière connue et est ensuite revêtu d'une couche de nickel de 120 #m d'épaisseur dans un bain de sulfamate de nickel sans additif Avec in bain présentant un pH de 4, une température de 50 C et une densité de courant cathodique de 6 A/dm2 on obtient des revêtements extensiblesZ d'une dureté VIOKERS de 167 daN/mm2 , et avec une teneur en soufre maximale de 0,005 % .Par fluotournage du tube revêtu con formément à l'exemple 1, on réduit l'épaisseur du revêtement de nickel à 26 Sm. Pour que la résistance à la corrosion chimique et mécanique soit accrue, le tube est alors revote, sur sa face interne, d'une couche de chrome dur de 20 #m d'é paisseur. On utilise à cet effet un électrolyte courant à l'acide chromique, avec une concentration d'acide chromique de 250 g/l de Cr02 et une teneur de 1% en un autre acide rapportée à la concentration d'acide chronique. On procède avec des- densités de courant cathodique de 45 A/dm2 et une température de bain de 55 C. La couche de chrome dur présente une dureté VICEERS de 1200 daN/mm2 . Par suite de la structure à mailles fines de sa fissuration, elle offre, en interaction avec la couche de nickel qui se trouve en dessous, une protection optimale contre la corrosion. R E V E N D I C A T I O N S 14 Procédé de fabrication de tubes métalliques à haute résistance, revêtus de couches de protection en un autre métal, caractérisé en ce que les surfaces d'un tube métallique relativement court sont revêtues, totalement ou partiellement, de la couche de protection; par un procédé usuel, et que le tube métallique est ensuite allongé ou étiré par flournage. 2. Procédé selon la revendication 1; caractérisé en ce que la couche de protection est appliquée par vaporisation sous vide poussé. 39 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la couche de protection est appliquée par électro-dpo- sition. 4* Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3t caractérzsé en ce que le tube métallique est en acier et la couche de protection en aluminium nickel; cadmium ou titane 5 Procédé selon l'une quelconque des reve-ndications 1 à 4, caractérisé en ce que le rapport entre l'épaisseur de la paroi du tube et l'épaisseur de la couche de protection est dtenviron 1 p 0,01 à Oil 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé en ce que la couche de protection subit une post-oxydation après le fluotournage et que la couche d'oxyde est ensuite rendue étanche. 7. Procédé selon la revendication 1 et une ou plusieurs des revendications 2 à 6 , caractérisé en ce que l'on prévoit aussi une mince couche intercalaire sur le tube métallique avant l'application de la couche de protection.