Brevet FR2451948A1 — publié le 19801017

I1 est souvent nécessaire dans la technique de disposer de pièces comportant simultanément une dureté superficielle élevée et une excellente résistance à la corrosion par l'eau de mer ou autres agents analogues. Tel est notamment le cas des roulements à billes appelés à travailler en atmosphère marine. Un premier moyen utilisé à cet effet consiste à élaborer des alliages spéciaux qui possèdent ces propriétés. On a ainsi imaginé de tels alliages à base de cobalt, chrome et tungstène, renfermant en outre un peu de carbone et qu'on a désignés du nom drAlacrites ou de Stellites. Ils ont l'inconvénient d'entre très coûteux et en outre leur dureté est telle qu'il est pratiquement impossible de les usiner par les procédés usuels ; il faut opérer au diamant ou à la meule, ce qui augmente encore le prix de revient des pièces finalement obtenues. Un autre moyen réside dans l'établissement sur la pièce déjà usinée d'un recouvrement régulier renfermant du chrome, du cobalt, du tungstène et parfois du nickel ou certains seulement de ces metaux, avec éventuellement une certaine proportion de carbone. C'est ainsi qu'on peut opérer par la méthode dite de "Slurry-Coating" et qui consiste à disperser dans un vernis organique des poudres des métaux ou autres qu'on désire utiliser en couche superficielle, à étaler sur la pièce le vernis ainsi préparé, puis à chauffer celleci à une température suffisante pour décomposer le vernis (dont le carbone peut être absorbé par les métaux ou au contraire être brb- lé dans l'atmosphère du four) et pour que les constituants de la poudre se combinent en partie avec le métal de base de la pièce, lequel est généralement constitué par de l'acier pur ou allié. Cette façon de procéder est très économique, mais elle comporte l'inconvénient, de mal se prêter à la réalisation de couches protectrices efficaces similaires aux alliages massifs précités. On peut encore déposer le recouvrement par voie électrolytique, en procédant ensuite à un traitement thermique pour assurer une bonne liaison entre la couche superficielle et le métal de base ainsi qu'une bonne compacification de cette couche elle-m8me, mais jusqu'ici l'on s'est heurté à deux inconvénients, savoir la migration en surface de ce métal et la fissuration de la couche de recouvrement, de sorte que les résultats obtenus ont été imparfaits, du moins pour la résistance à liteau de mer. La présente invention vise à établir un procédé par dépôt électrolytique et traitement thermique subséquent qui permette d'obtenir une couche protectrice de recouvrement très dure, substantiellement insensible à l'action de l'eau de mer et agents analogues, qui ne comporte pratiquement pas de métal de base sur sa face extérieure et qui ne présente aucun risque de fissuration au cours du service normal de la pièce intéressée. Conformément à l'invention l'on utilise un bain d'électrolyse renfermant des sels de cobalt et de tungstène, mais substantiellement pas de sels de chrome, et dans lequel on maintient en suspension des particules de carbure de tungstène, à l'aide de ce bain l'on dépose sur la pièce une couche ayant au moins 10 microns d 'é- paisseur et l'on traite thermiquement la pièce ainsi recouverte à une température assez peu élevée et pendant un temps suffisamment court pour que la proportioh de métal de base apparaissant en surface soit inférieure à environ 2%. La composition du bain d'électrolyse est avantageusement la suivante CoSO41 71120 250 g/l CoC12, 6H20 21 g/l H3B03 30 g/l Na2WO4, 2H20 20 g/l WC (en poudre) 200 g/l La température du bain est maintenue à environ 750C et son pH entre 4 et 5,5, la densité de courant est fixée substantiellement 1 A/dm2, l'agitation est assurée par un barreau magnétique entraI- né à 300 tXmn sur le fond de la cuve.Dans ces conditions l'on obtient au bout d'une heure une couche d'à peu près 20 microns d'épaisseur. I1 est d'ailleurs possible de prolonger quelque peu la durée de l'opération pour arriver à 25 microns, ce qui peut entre préférable dans certains cas particuliers. I1 ne semble pas qu'il y ait avantage à réaliser des épaisseurs plus importantes. Le traitement thermique de la pièce recouverte est préférablement choisi de manière à assurer en même temps celui du métal de base qui la constitue. Si l'on se réfère à cet égard à deux aciers particuliers qui se sont avérés convenir parfaitement à cet égard et qui pour cette raison semblent devoir étre préférés, savoir le 100 C 6 et le Z 100 CD, l'on peut operer à 8500C pour le premier et à 10100C pour le second, la durée de ce chauffage étant de 30 minutes dans les deux cas et la pièce etant ensuite trempée à l'huile. En procédant ainsi l'on obtient des pièces qui remplissent parfaitement les conditions requises. Les caractéristiques de leur recouvrement sont substantiellement les suivantes teneur en Co 70 à 75% en poids teneur en W 13 à 15% en poids teneur en particules de WC 15 à 20% en poids dureté après traitement 500 à 550 Vickers On a soumis des échantillons ainsi préparés à des essais d'immersion et émersion alternées dans l'eau de mer, à des mesures de couplage galvanique suivant la méthode d'Evans, ainsi qu'à des essais par frottement dans l'eau (test Faville). Les résultats ont été très s-atisfaisants. On a notamhlent releyé qu'il n'apparaissait pratiquement pas de piqûres et qu'il n'y avait aucune trace de fissuration.Au contraire dans des échantillons où l'on avait volontairement exagéré la température et/ou la durée de traitement, ou bien encore qui comportaient une épaisseur de couche nettement trop faible, on observait des piqûres catastrophiques dues à l'apparition en surface de fer provenant du substrat. Par ailleurs une trop forte teneur en carbure de tungstene (WC) semble nuire aux qualités de frottement. Finalement la couche convenablement réalisée remplit la double fonction d'un alliage massif résistant à l'eau de mer et celle d'une barrière à l'encontre de la diffusion du fer en surface. Les essais ont en outre démontré que la présence de chrome non seulement n'était pas nécessaire mais en outre s' avérait nuisible en ce sens qu'elle semble de nature à provoquer l'apparition de fissures dans la couche finalement obtenue. I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n' a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. R E V E N D I C A T O' N S 1. Procéde pour recouvrir une pièce métallique d'une couche réalisée par dépit électrolytique de cobalt, de tungstène et de carbone, puis par traitement thermique du dépôt ainsi réalisé, caractérisé en ce qu'il consiste - à utiliser un bain d'électrolyse renfermant des sels de cobalt et de tungstène, mais substantiellement pas de chrome, dans lequel on maintient en suspension des particules de carbure de tungstène ; - à réaliser sur la pièce à l'aide de ce bain un dépôt composite dur - et à traiter thermiquement ce dépôt pour assurer sa compacification et sa liaison avec le métal de base - l'épaisseur de la couche étant suffisamment forte, la température de traitement suffisamment peu élevée et la durée de celui-ci suffisamment courte pour que la proportion de métal de base apparaissant en surface soit inférieure à 2%. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le métal de base de la pièce est constitué par un acier du genre de ceux dénommés 100 C 6 et Z 100 CD. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le bain d'électrolyse renferme du sulfate et du chlorure de cobalt. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que le bain renferme du tungstate de sodium. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que le bain renferme une proportion de particules de carbure de tungstène inférieure à 300 g/l. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que le pH du bain est maintenu entre 4 et 5,5. 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le pH du bain est assuré par addition d'acide borique. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que la composition du bain d'electrolyse est approximativement la suivante CoS04, 7H20 250 g/l CoC12, 5H20 21 g/l H3B03 30 g/l Na2WO4, 21120 20 g/l WC (en poudre) 200 g/l 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce qu'on utilise le bain à une températu 2 re d'environ 750C et sous une densité de courant d'environ 1 A/dm2. 10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce qu'on réalise le dépit électrolytique à une épaisseur comprise entre 20 et 25 microns. 11. Procédé suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce qu'on effectue le traitement thermique du dépôt électrolytique de manière qu'il réalise simultanément celui du métal de base de la pièce. 12. Procédé suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que dans le cas d'un acier du genre 100 C 6 on opère le traitement thermique à environ 8500C pendant 30 minutes. 13. Procédé suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que dans le cas d'un acier du genre Z 100 CD 17 on opère le traitement thermique à 10100C pendant 30 minutes.