Brevet FR2385290A1 — publié le 19781020

La présente invention concerne un four pour le traitement thermochimique de métaux tels que, par exemple, de l'acier ou des alliages d'acier, et ce, par bombardement ionique. D'une manière générale, les fours habituellement utilisés à cet effet sont conçus de manière à pouvoir porter et maintenir le gaz servant au traitement à une pression très basse, par exemple de quelques Tors. Ils comprennent, en outre, une anode et une cathode qui sert de support aux pièces à traiter, ces électrodes étant reliée à un circuit d'alimentation en courant électrique continu à haute tension. A l'aide de ces fours, deux types principaux de fonctionnements peuvent être envisagés. Un premier type de fonctionnement consiste à établir, entre la cathode et l'anode, une différence de potentiel telle, qu'après une période transitoire, on se maintienne sur une portion de la courbe tension/intensité, propre à une décharge électrique dans le gaz contenu dans le four, proche du régime d'arc, cette portion étant généralement appelée "zone de décharge anormale". Un second type de fonctionnement consiste à utiliser, au lieu d'un courant continu, des impulsions de courant à haute tension, mais dont l'énergie totale a une valeur prédéterminée, calculée de manière à ce qu'il ne soit pas possible d'atteindre, dans la courbe de décharge tension/intensité, la zone correspondant au régime d'arc. Il est clair que dans un cas comme dans l'autre, la températu- re de traitement obtenue est fonction de la géométrie des pince. En conséquence, une des grandes difficultés de la nitruration ionique consiste en ce que l'on ne peut guère nitrurer simultanément que des pinces de géométrie très voisine. L'invention a donc pour but de supprimer oet inconvénient et de permettre le traitement simultané de plusieurs pives de géom4- trie différente, dans un même four de traitement. Par ailleurs, un gros problème que posent les procédés de trai- tement thermochimique par traitement ionique est le problème relatif à la formation d'arcs. On sait, en effet, que, principalement dans le cas du premier type de fonctionnement précédemment mentionné, du fait que le point de fonctionnement du four est proche de la zone de formation d'arcs, le risque d'une formation accidentelle d'arcs est relativement im- portant, et, malgré l'utilisation de système de protection fonctionnant à partir de détecteurs d'ares, le risque de détérioration des pièces est important. Ce risque est par ailleurs multiplié si l'on effectue un tral- tement simultané de plusieurs pièces ds géométrie différente. on axait, en effet, que la formation d'arcs est, entre autres, fonction de la géométrie des pièces (effet de pointes, etc...). L'invention a donc également pour but de supprimer ces incon- vénients et de permettre, sans augmenter les risques de formation d'arcs, le traitement simultané de plusieurs pièces de géométrie différente. Pour parvenir à ce résultat, l'invention propose un four de structure analogue aux fours à bombardement ionique classique mais qui comprend, au lieu d'une unique cathode, une pluralité de cathode des connectées en parallèle sur l'alimentation générale du four. Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit correspondant à chacune des cathodes, est équipé d'un système de détection d'un accroissement d'intensité, et de rupture d'arcs. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après à titre d'exemple non limitatif, avec référence au dessin annexé dans lequel : La figure unique est un schéma théorique du four de traitement thermique par bombardement ionique selon l'invention. Comme précédemment mentionné, le four représenté schématique- ment comprend une structure de four 1 à atmosphère réduite compor- tant, par exemple, une enceinte 2 thermiquement isolante et étanche, des moyens pour réaliser un vide relatif à l'intérieur du four, des conduits d'accès au gaz de traitement et un système de refroidisse- ment, Ce four comprend, en outre, une anode 3, ainsi qu'une pluralité de cathodes 4 conçues de manière à pouvoir supporter les pièces 5 à traiter. L'anode 3 est reliée à une borne d'une alimentation 6 hautetension - haute intensité, tandis que les cathodes 4 sont raccordées, en parallèle, à l'autre borne de ladite alimentation 6, par l'inter- médiaire d'ensembles de conmutation et de rupture d'arcs 7. Ainsi, si l'on désire effectuer un traitement thermique sur des pièces 5 de géométrie variable, on dispose chacune de ces pièces 5 sur des cathodes 4 respectives et l'on procède ensuite au traitement proprement dit par exemple selon l'un ou l'autre des susdits types de traitement, en interrompant sélectivement la durée de traitement desdites pièces en fonction de leur géométrie, au moyen du susdit ensemble de commutation 7. Les pièces sont maintenues dans le four tant que le traitement de la pièce nécessitant le plus long traitement n' est pas fini. Il est clair que si il se produit un début d'amorçage d'arcs sur une des pièces 5, par exemple en raison de sa géométrie ou de la présente d'impuretés, le système de détection d'arcs 7 associé à la cathode 4 sur laquelle repose cette pièce, détectera cet amor- çage et coupera le circuit de ladite cathode 4, et ce, sans interrompre le traitement des autres pièces disposées sur les autres cathodes. On notera que, dans le oas où le traitement thermochimique s'effectue en établissant, entre chacune des cathodes 4 et l'anode 3, une succession d'impulsions de tensions à haute tension et à énergie limitée, ces impulsions peuvent être émises en synchronisme sur chacune des cathodes 4 à partir d'une source d'alimentation commune0 Toutefois, si la géométrie des pièces est très différente, il est possible de décaler les impulsions émises pour chacune des cathodes, et de régler en fonction de cette énergie des impulsions correspondant à chacune des cathodes. I1 est en outre possible, Si l'on désire effectuer des traitements différents sur chacune des -pièces, de faire varier la période entre chaque impulsion d'une cathode à l'autre, ce résultat pouvant être obtenu à partir d'un gêné- rateur unique et d'un système de commutation tonctionnant en diviseur de fréquence, qui supprime périodiquement des impulsions. On notera enfin que le four selon l'invention peut comprendre une alimentation permettant de fournir, dans un premier temps, une tension continue calculée de telle manière que le point de fonctionnement du four se situe dans la zone de décharge anormale de la courbe tension/intensité de chacun des couples anode/cathode du fouir, mais en un point suffisamment éloigné de la zone de formation d'arcs pour éliminer le plus possible la possibilité de formation d'un arc, et de fournir dans un deuxième temps une succession d'il- pulsions à haute tension mais à énergie limitée, au coure de chacune desquelles le point de fonctionnement des couples anode/cathode se déplace sur la courbe tension/intensité -jusqu'en un point limite suffisamment éloigné de la zone de iormation dtarcs pour que la formation d'un arc ne puisse pas se produire. REYENI)ICATION Four de traitement thermochimique de métaux tels que, par exemple, de l'acier ou des alliages d'acier, et ce, par bombardement ionique, ce four comprenant donc une structure telle que l'on puisse porter et maintenir le gaz servant au traitement à une pression très basse, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une anode et plusieurs cathodes sur lesquelles on peut disposer les pièces à traiter, ladite anode et lesdites cathodes étant reliées à au moins une source d'alimentation à haute tension au moyen de circuits séparés montés en parallèle, et en ce que ladite source d'alimentation est conçuede manière à ce que le point de fonctionnement du four se trouve en dessous de la zone correspondant au régime d'arc. 2.- Four de traitement thermochimique selon la revendication t, caractérisé en ce que les susdits circuits comprennent des ensembles de commutation et/ou de rupture d'arc branchés en paral lèle. 3.- Four de traitement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la susdite alimentation est prévue de manière à ce que le point de fonctionnement de chacun des couples anode-cathode se situe sur la courbe tension/intensité, dans une zone proche de la zone de formation d'arc. 4.- Four de traitement selon ltune des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la susdite alimentation est prévue de manière à émettre des impulsions de tensions, mais dont l'énergie totale a une énergie prédéterminée, calculée de manière à ce qu'il ne soit pas possible d'atteindre, dans la courbe de décharge tension/ intensité, la zone correspondant au régime d'arc. 5.- Four de traitement selon l'une des revendications précé dentela, caractérisé en ce que la susdite alimentation est prévue pour fournir, dans un premier temps,une tension continue calculée de telle manière que le point de fonctionnement du four se situe dans la zone de décharge anormale de la courbe tension/intensité de chacun des couples anodes-cathode du four mais en un point suffisamment éloigné de la zone de formation d'arc pour éliminer, le plus possible, la possibilité de formation d'un arc, et de fournir dans un deuxième temps une succession d'impulsions à haute tension mais à énergie limitée, au cours de chacune desquelles, le point de fonctionnement des couples anode--cathode se déplace sur la courbe tension/intensité jusqu'en un point limite suffisamment éloigné de la zone de formation d'arc pour éliminer le plus possible la possibilité de formation d'un arc, et de fournir dans un deuxième temps une succession d'impulsions, à haute tension mais à énergie limitée, au coure de chacune desquelles, le point de fonctionnement des couples anode-cathode se déplace sur la courbe tension/intensité Jusqu'en un point limite suffisamment éloigné de la zone de formation d'arc pour que la formation d'un arc ne puisse pas se produire. 6.- Four de traitement selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la période des impulsions relatives à chacune des cathodes est variable.