Brevet FR2404325A1 — publié le 19790420

La présente invention concerne des électrodes, plus précisément des électrodes pour dispositifs d'aliumage qui sont utilisés pour enflammer les mélanges combustibles de gaz et de vapeur, par exemple dans des moteurs à combustion interne, des moteurs à turbines à gaz et des moteurs à réaction. Les chiffres donnés par une compagne aérienne disposant d'une flotte aérienne importante indiquent qu'avec le dispositif d'alumage habituel, pour chaque 1000 heures de vol l'indice des pannes approchait la valeur de 0,5. Egalement au courant de 11 année 1975, on a procédé a 250 remplacements non prévus de dispositifs d'dlumage. Dans pratiquement chaque cas l'érosion de l'électrode est responsable de la panne. Il est un but de la présente invention de réaliser un dispositif d'allumage qui comporte des électrodes quine sont pas soumisesace degré élevé d'érosion et de pannes. En considérant le modele d'électrode , les propriétés souhaitables suivantes des électrodes doivent être gardées a l'esprit: (a) résitance à l'oxydation (b) résistance à érosion de l'arc (c) résistance élevée à la contamination par le plomb et le soufre, et (d) stabilité élevée a température élevée, de préférence une température de fusion ou de décomposition superieu- re a 14000C est nécessaire. Dans la demande de brevet du Royaume-Uni No. 39578/77, on décrit l'utilisation d'un ou plusieurs composés intermétalliques pour améliorer la résistance à l'usure et a la corrosion même à des températures élevées sur des supports métalliques et en particulier sur des articles tels que des aubes de turbines formées en alliage de résistance mécanique élevée. Selon un aspect de la présente invention, on propose une électrode dont au moins une partie de la surface de travail comprend un ou plusieurs composés intermétalliques de la formule générale AxBy où A est Be, Al, Sc, Y et un des lanthanides, Si, Ti, Zr, Hf, Th, V, Nb ou Ta et B est Ru, Rh, Pd, Ir ou Pt et où x et y sont des nombres entiers ; 1. Selon un second but de la présente invention, le dispositif d'alumage comprend deux ou plusieurs éLectrodes séparées par un corps d'isolant ou de matériau semi-conducteur et comprenant des surfaces de travail exposées entre lesquelles des étincelles peuvent passer où au moins une partie de la surface de travail des surfaces d'une ou plusieurs des électrodes comprend un ou plusieurs composés intermétalliques de la formule générale AxBy ou A est Be, Al, Sc, Y, les lanthanides, Si, Ti, Zr, Hf, Th, V, Nb ou Ta et B est Ru, Rh, Pd, Ir ou Pt et ou x et y sont des nombres entiers > = 1. Les symboles x et y habituellement sont des nombres entiers entre 1 et 5. Une liste de composés intermétalliques donnant les points de fusion ou les températures de dissociation est décrite dans le tableau 1. On préfère employer des phases intermédiaires nominales AB des éléments Nb et Ta avec Rh et Ir. Dans toutes combinaisons (quelles qui soientlesvaleurs de x et y) on a trouvé que ces composés étaient les modes de réalisation les plus convenables pour les matériaux d'électrodes habituellement disponibles. Ils snt inhabituellement ductiles. Les détails sont donnés dans le tableau 2. Ces quatres combinaisons cependant ne sont pas les seules préférées dans tous les cas. D'autres sont AlPt3 AlPd et RuZr.Une liste plus complète est comme suit: Composés de Ir -HfIr3 HfIr Hf5Ir3 Hf2Ir TaIr3 TaIr NbIr3 Nb3Ir NbIr TiIr TiIr3 Ti3Ir VIr3 V3Ir Vir Composés de Ru W3Ru2 PrRu2 TiRu CeRu2 ZrRu LaRu2 Composés de Pd TaPd TaPd3 TaPd2 LIoPd3 HoPd Ho4Pd5 DyPd3 DyPd Dy4Pd5 ErPd3 ErPd Er42d5 YPd3 YPd Y4Pd5 ZrPd3 ZrPd ZrPd2 Nb2Pd NbPd3 GdPd3 AlPd AlPd2 ,SmPd3 TiSd3 TiSd4 MnPd ThPd3 ThPd BePd YbPd Yb3Pd4 CePd3 EuPd3 Si4Pd9 SiPd Composés de Rhodium TaRh3 TaRh NbRh3 NbRh NdRh3 NdRh2 Nd4Rh3 Composés de Platine HfPt5 HfPt3 ZrPt3 ZrPt Zr2Pt TiPt3 TiPt V3Pt VPt YPt YPt5 Älpt3 AlPt A13Pt2 A13Pt5 Al2Pt De nombreux composés intermétalliques ayant la formule AxBy sont miscibles l'un dans l'autre et lorsque deux ou plusieurs composés intermétalliques sont utilisés peuvent être sous forme d'un mélange. Les dispositifs d'allumage spécialisés habituels employesdans les véhicules sur neige, les scies â channe, les moteurs a performance élevée et en particulier 1 moteurs a piston pour avion habituellement utilisent des électrodes HT en métal précieux tel que l'iridium ou le platine ou un alliage de métal précieux tel que l'alliage de platine- iridium, l'alliage de platine- tungstène - oxyde de thorium ou un alliage d'or-palla*ium parmi d'autres. D'autres modes de réalisation moins coûteux sont constamment recherches et dans le passé une certaine attention avait été accordée au ruthénium.Les materiaux intermétalliques sebn la présente invention ont été fabriqués avec succès en forme convenable pour a la fois des électrodes HT avec espace d'air et des électrodes HT avec semi-conducteur et on a trouvé qu'elles étaient plus durables que soit Ru ou le tungstène comme il est montré dans l'exemple suivant: Exemple En utilisant une électrode de Ru comme électrode deréférence des essais ont été réalisés en employant une unité d'4lumage opérant avec espace d'air fournissant 22-26 KV vers la pointe avec une énergie stockée par dispositif d'aiumage de 4 joules. La fréquence des étincelles était calibrée jusqu'a 2. La température contrôlée du four autour des pointes était de 6000C. De telles conditions étaient choisies pour simuler un moteur JT9D Turbofan. Après 24-heures de production d'étincelles en continu , l'électrode de référence Ru montrait des signes significatifs d'érosion a l'arc. Les électrodes intermétalliques de Pt3Al, NbIr et TaIr montraient une régression minimum des bords due a l'érosion et un faible signe d'attaque par oxydation. Les électrodes ont été réalisés par moulage par aspiration sous forme d'aiguilles. Des résultats similaires ont dté obtenus en utilisant des électrodes réalisées avec les matières intermétalliques suivantes : NbRh, TaRh, TiPt, TaPt, TaPd, HfPt3 et TaRh3. Dans une turbine , un dispositif d'allumage selon l'invention peut être du type avec déchargement de surface ou semi-conducteur . I1 peut également être capté pour être utilisé avec des systèmes de tonsion élevée avec espace d'air. Les composés intermétalliques utilisés peuvent être appliqués sur un alliage d'un métal de base peu coûteux selon un nombre aonnu de techniques. Des exemples sont le dépôt chimique de vapeur, la pulvérisation cathodique et le placage (suivi par un traitement de diffusion spécifique). Ils sont normalement appliqués a l'électrode de HT bien que dans certaines applications à la fois des électrodes de HT et de terre peuvent être revêtues ou être réalisées en ces matéraux dont il est question. Si les matériaux dont il est question sont utilisés comme revêtement, une durabilité maximum peut être obtenue avec des épaisseurs se situant entre 2 et 15 microns. D'autres applications pour lesquelles les électrodes selon l'invention conviennent particulièrement sont: les bougies pour automobiles Cà la fois les électrodes centrales et/ou de terre), les bougies pour moteurs à piston d'avion (où elles peuvent être des électrodes de fin film métallique), et tout milieu où un humage durable de gaz de combustion ou de vapeur est nécessaire. Egalement, les composés intermétalliques cassants peuvent être incorporés dans une matrice ductile sous forme d'une dispersion intermétallique. TABLEAU 1 Composés intermétalliques (A x PGM)y) classés dans l'ordre decrossant de leur température de fusion ou de dissociation. Composé TF( C) Composé TF( C) Composé TF(OC) Composé TF ( C) HfIr3 2470 TaRh (&alpha; 1) 1860 TiPd3 1550 NdRh2 1420 TaIr3 2450 d-VIr 1850 ErPd 1540 Nd4Rh3 1420 HfIr 2440 TiPt 1833 CeRu2 1539 Yb3Pd4 1415 NbIr3 2435 V3Pt(g) 1800 A13Pt2 1521 ThPd 1412 W3Ru2 2300 HoPd3 1730 Ti3Ir(S 1520 Y4Pd5 1410 TaPd 2200 Zr2Pt 1727 MnPd 1500 AlPd2 1410 HfPt5 2175 Hf2Ir 1720 ThIr's > 1500 A12Pt 1406 ZrPt3 .2154 DyPd3 1710 ThPt's > 1500 Dy4Pd5 1400 TiRu 2150 ErPd3 1710 ThPd3 > 1500 Si4Pdg 1400 TiIr 2140 YPd3 1700 VPt 1500 SiPd 1400 HfPt3 2130 PrRu2 1681 ZrPd2 1480 Nb3Ir 2125 ZrPd3 1670 HoPd 1480 TaIr (&alpha; 1 ) 2120 TaPd2 1670 BePd 1465 Ir3Ti (&gamma; ) 2115 Nb2Pd 1650 A13Pt5 1465 ZrPt 2104 GdPd3 1630 YbPd 1460 ZrRu 2100 AlPd 1630 TiPd4 1452 &alpha; - VIr3 2100 Smpd3 1620 YPd 1450 TaRh3 (&alpha; 1) 2100 NdRh3 1600 Er4Pd5 1450 NbIr (&alpha; 2) 1985 ZrPd 1600 DyPd 1450 -TiPt3 1953 NbPd3 1600 CePd3 1437 NbRh3 1950 YPt 1595 LaRu2 1431 Hf5Ir3 1930 YPt5 1595 NbRh (&alpha; 3) 1430 i-V3Ir 1930 AlPt3 1556 Ho4Pd5 1430 TaPd3 1920 AîPt 1554 EuPd3 1425 TABLEAU 2 Détails des phases résistantes mais ductiles trouvés dans les systèmes Ta-Rh, Ta-Ir, Nb-Rh et Nb-Ir. Système Phase Structure cristal- Domaine de Com- Décomposition ductile ductile line position stable ~~~~~~~~~~~~~~ Ta-Rh &alpha; 1 orthorhombique ou 53,5-615 at . de péritectoëde hexagonal ? Rh à 1300 C ~1860 C Ra-Ir &alpha; 1 l orthorhombique 50,4% at. Ir Péritectique -1950 c et 618 ~212 c at. Ir a 212O0C Nb-Rh &alpha; 2 Tetragonal 51,5 a 52,5% at. péritectoïde Ll0 AruCu Rh à 1200 C ~ 1360 C &alpha; 3 Orthorhombique ~54,0 à 55,0 % Péritectoïde &alpha;1 (Ta-Rh) at. Rh a 12000C 14300C 4 4 Orthorhombique N56 a 58,5% at. Péritectoide B19 AuCd à 1400 C ~ 1600 C Eutectoïde ~ 1340 C Nb-Ir d2 Orthorhombique 54,5 à 59,5% at. Péritectolde &alpha; 1 (Ta-Rh) Ir à 1700 C ~ 1985 C Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux électrodes qui viennent d'être décrites uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. Revendications: 1. Electrode caractérisée en ce qu'au moins une partie de la surface de travail de celle-ci comprend un ou plusieurs composés intermétalliques ayant la formule générale AxBy ou Aest Be, Al, Sc, Y , l'un des lanthanides , Si, Ti, Zr, Hf, Th, V, Nb outra et B est Ru, Rh, Pd, Ir, ou Pt et où x et y sont des nombres entiers > r 1. 2. Electrode selon la revendcation 1, caractérisée en ce que x et y ti 5. 3. Electrode selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que Ia matière est un mélange de deux ou plusieurs composants intermétalliques 4. Electrode selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisée en ce qu'au moins une partie de la surface de travail est revêtue d'une matière comprenant un ou plusieurs des composés intermétalliques spécifiés. 5. Electrode selon la revenication 4, caractérisée en ce que le revêtement a une épaisseur de 2 à 15 microns. 6. Dispositif d'agumage pour mélange de combustibles gazeux comprenant deux ou plusieurs électrodes séparées par un corps d'isolant ou de matériau semi-conducteur et ayant des surfaces des travail exposées entre lesquelles passent des étincelles, chaque électrode étant une électrode selon l'une quelconque des revendications I a 6.