Brevet FR2474058A1 — publié le 19810724

L'invention concerne une poudre pour la fabrica- tion d'une couche protectrice, notamment résistante à l'abra- sion, par projection thermique, utilisable en particulier pour la fabrication de telles couches sur des parties d'une installation de fabrication du papier, notamment le cylindre de séchage d'un yankee-dryer. D'autres applications sont la fabrication de couches utilisées pour augmenter la durée de vie de pièces soumises à une abrasion telles qu'un cylindre de séchage du papier, un arbre tournant, un galet de renvoi d'une installation de laminage à froid, etc... Les couches résistantes à l'usure connues, en alliages relativement durs, présentent de fortes tensions propres qui entraînent un risque élevé de formation de fissures. Ce risque existe aussi bien lors de l'application de la couche sur le substrat que lors d'une charge thermique survenant en cours d'utilisation. En outre, les couches connues à haute résistance à l'usure, telles que celles qui renferment des carbures ou des oxydes durs, ont de mauvaises propriétés de friction qui rendent problématique ou impossible leur utilisa- tion sur des pièces soumises à des frottements, à cause du rayage qui en résulte. L'invention a pour but d'éliminer ces inconvénients et de permettre l'obtention d'une couche résistante à l'abrasion, ayant une faible tension interne propre et une longue durée de vie ainsi que de très bonnes propriétés de friction. A cet effet, les poudres selon l'invention présentent les caractéristiques spécifiées dans la revendica- tion 1. Des variantes de l'invention sont décrites dans les autres revendications. D'autres particularités, propriétés et avantages de l'invention ressortent de la description qui va suivre et des exemples donnés ci-dessous. Il est à noter quç Hv désigne -2- la dureté d'après Vickers et que le coefficient de frottement statique est défini pour l'alliage sous forme solide, c'est- à-dire moulée, projetée ou similaire. De manière générale, il y a lieu de remarquer que, grâce à la structure lamellaire de la couche obtenue par les poudres selon l'invention présente d'excellentes propriétés de friction et s'use de manière régulière. En choisissant de façon adéquate les poudres d'alliage entrant dans la composi- tion du mélange, on peut adapter de manière très précise les propriétés de la couche au genre d'utilisation envisagé, c'est-à-dire conférer à la couche les propriétés mécaniques, telles que le coefficient de frottement et la résistance à l'usure, ainsi que les propriétés physiques, telles que l'as- ticité, l'absence de tensions internes, etc., désirées. On peut ainsi également satisfaire de manière optimale aux exigences généralement contradictoires qui consistent à rechercher une haute résistance à l'usure et de bonnes propriétés de friction. On utilise avantageusement des poudres ayant la granulométrie habituelle. Leur projection peut être effectuée par tout procé- dé connu, par exemple, au moyen d'un chalumeau de projection à la flamme oxyacétylénique, d'un pistolet de projection à l'arc électrique ou d'une torche à plasma. On peut également, notam- ment dans le cas de l'utilisation d'alliages de fer, produire la couche au moyen d'un pistolet de projection à fil. On obtient des lamelles plus ou moins grossières ou fines selon le procédé de projection utilisé. Dans tous les cas, la couche est pro- duite par projection sans opération de fusion ultérieure, le substrat étant revêtu d'une couche de liaison de type usuel. Grâce au fait que l'on peut maintenir les tensions propres de la couche à un niveau bas, il est possible de fabri- ques des couches ayant une épaisseur allant jusqu'à 10 mm alors que, dans les couches de type connu, ayant une dureté- supérieure à 400 Hv, l'apparition de microfissures provoquées par les tensions internes est pratiquement inévitable à partir d'une épaisseur de l'ordre de 1,5 mm. Grâce à sa structure, la couche produite selon l'invention résiste également aux -3- charges thermiques qui se Produisent en cours d'utilisation. Les propriétés qui viennent d'être indiquées se manifestent en particulier dans les exemples d'utilisation indiquées ci-dessous. Exemple 1 Un cylindre de séchage du papier ayant un diamètre de 4,5 m et étantsoumis à l'effort de frottement de la racle à une température de travail de l'ordre de 2500C, doit habituel- lement, c'est-à-dire dans le cas o ce cylindre est muni d'une couche de revêtement contenant du molybdène et du chrome, être démonté et réparé au bout de trois à quatre mois d'utilisation. Une couche fabriquée avec une poudre selon l'invention permet d'augmenter la durée de vie jusqu'à trois à quatre ans. La couche a une épaisseur de 4 mm et elle est produite par projec- tion, au moyen d'un chalumeau oxyacétyl(n ique, à partir d'un mélange de poudresd'alliages A et B, dont la composition est indiquée ci-dessous, en proportion dans le mélange A: B = 60: 40, exprimée en pourcentage pondéral. La composition des alliages est exprimée en pourcentage pondéral, dans tous les exemples. Alliage A (Hv 450) Alliage B (Hv 400) Cr 20,0 Cr 16,0 Mo 5,0 C 0,2 W 0,5 Ni 2,0 Si 1,0 Fe reste c 1,5 Ni reste Exemple 2 Dans une installation de laminage à froid de tôles, on recouvre, au moyen d'un chalumeau oxyacétylénique, un galet de renvoi d'une couche ayant une épaisseur de 3 mm, constituée par un mélange de poudres d'alliages A et B dont la composition est indiquée ci-dessous, la proportion de ces poudres dans le mélange étant A:*B = 70: 30. La durée de vie du galet a ainsi été décuplée grâce, notamment, a la présence d'une phase martensitique formée lors de la projection. - 4 - Alliage A (Hv 350) Alliage B (Hv 280) W 5,0 Ni 4,0 Cr 28,0 Cr 11,0 Mo 2,0 Si 0,5 Si 1,0 Fe reste C 1,0 Co reste Exemple 3 En utilisant une torche à plasma, on recouvre un arbre ayant un diamètre de 300 mm, tournant dans un palier glisseur, d'une couche de 2 mm d'épaisseur, formée à partir d'un mélange des poudres d'alliages A et B dont la composition est indiquée ci-dessous et dont la proportion dans le mélange est A: B = 80: 20. On décuple ainsi la durée de vie de l'arbre par rapport à celle d'un arbre en acier de type usuel. Alliage A (Hv 420, iEs 0,08) Alliage B (Hv 250, us 0,15) Ni 2,0 Cr 20 Cr 27,0 Ni Reste W 8,0 Si 0,5 C 1,5 Co reste Exemple 4 On recouvre les glissières d'un chariot\ glissant à grande vitesse et sous faible pression,d'une couche composée d'un mélange de poudres d'alliages A et B dont la composition est indiquée ci-dessous et dont la proportion dans le mélange est A: B = 70: 30. On obtient ainsi une remarquable amélio- ration de la résistance à l'usure par frottement. Alliage A (Hv 250, "s 0,11) Alliage B (Hv 160,,es 0,06) Ni 36 - Cr 5 Fe reste Ni reste -5- Bien que, dans la plupart des cas d'utilisation, le domaine de dureté optimal soit compris entre 200 et 500 Hv, on peut également utiliser, conformément à l'invention, des alliages ayant une dureté allant jusqu'à 650 Hv. La différence de dureté entre les alliages est de préférence d'au moins Hv. La différence minimale entre les coefficients de frottement statique est de préférence de 0,02mu. En outre, les poudres d'alliages sont de préférence exemptes de borece qui permet, d'une part, d'éliminer le risque de formation d'une phase dure et, d'autre part, d'empêcher la formation d'oxyde entre les lamelles voisines qui serait susceptible de provoquer un glissement des lamelles l'une sur l'autre sous l'effet d'une charge de pression. D'une façon générale et plus particulièrement lorsque l'on utilise des poudres d'alliages à base de fer comme constituant de moindre dureté, il est opportun d'utiliser des alliages qui subissent une transformation de leur structure interne au cours de l'opéra- tion de projection. De préférence, cette transformation de structure est une transformation s'accompagnant d'une augmen- tation de volume. Dans un alliage de fer il peuú s'agir d'une transformation martensitique qui s'est aussi révélée très utile pour éviter les tensions propres de la couche. Des résultats particulièrement favorables peuvent être obtenus en utilisant les poudres ayant les compositions spécifiées dans les revendications 11 à 20. Le rapport entre les quanti- tés de poudres d'alliages différents est en général compris entre 90: 10 et 10: 90, et de préférence entre 70: 30 et : 70, en pourcentage pondéral. -6- REVENDICATIONS 1. Poudre de projection pour la fabrication, par projection thermique sur un substrat, d'une couche hétérogène de structure lamellaire dans laquelle des lamelles adjacentes sont formées d'alliages différents parmi au moins deux alliages, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un mélange mécanique d'au moins deux alliages choisis parmi un alliage de nickel et/ou de cobalt et/ou de fer, ayant des duretés différentes comprises dans le domaine de 200 à 650 Hv et/ou, considérés sous forme moulée, projetée ou similaire, des coefficients de frottement statique différents compris dans le domaine de 0,01 à 0,3muS. 2. Poudre selon la revendication l,caractérisée en ce qu'au moins l'un des alliages du dit mélange est choisi parmi des alliages subissant une modification de structure lors de la projection thermique. 3. Poudre selon les revendications 1 ou 2, carac- térisée en ce que le dit domaine de dureté s'étend de 200 à 500 Hv. 4. Poudre selon les revendicationsl, 2 ou 3, caractérisée en ce que les dites duretés diffèrent d'au moins Hv et les dits coefficients de frottement statique dif- fèrent d'au moins 0,02u. 5. Poudre selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que la dureté d'un premier alliage du dit mélange est comprise entre 200 et 450 Hv et de pré- férence entre 200 et 380 Hv, et la dureté d'un deuxième alliage du dit mélange est comprise entre 350 et 650 Hv et de préférence entre 350 et 500 Hv. 6. Poudre selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisée en ce qu'elle est constituée, d'une part, par une poudre d'alliage à base de nickel et/ou d'un alliage -7- de cobalt, dont la dureté est voisine de la limite supérieure du domaine des valeurs de dureté de l'ensemble de la poudre, et, d'autre part, par une poudre d'alliage à base de fer dont la dureté est voisine de la limite inférieure de ce domaine. 7. Poudre de projection selon l'une des revendi- cations précédentes, caractérisée par le fait que les poudres d'alliage sont exemptes de bore. 8. Poudre selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisée par le fait que les poudres d'alliage à base de fer sont choisies de façon telle qu'elles subis- sent une transformation de leur structure interne au cours de l'opération de projection. 9. Poudre selon la revendication 8, caractérisée par le fait que la transformation de structure s'accompagne d'une augmentation de volume. 10. Poudre selon la revendication 8, caractérisée par le fait que la transformation de structure est une transfor- mation martensitique. 11. Poudre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle est constituée par des poudres d'alliage de Ni, Cr, Mo, Si et C, d'une part, et de Fe, Cr et C, d'autre part. 12. Poudre selon la revendication1l, caractériséepar le fait que la poudre d'alliage Ni-Cr-Mo-Si-C renferme une addition de tungstène. 13. Poudre selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisée par le fait que la poudre d'alliage Fe-Cr-C renferme une addition de nickel. 14. Poudre selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée par le fait qu'elle est constituée par des poudres d'alliage de Co, Cr, W, Si et C, d'une part, et de Fe, Cr et C, d'autre part. 15. Poudre selon la revendication 14, caractérisée par le fait qu'au moins l'une des deux poudres renferme une addition de nickel. -8- 16. Poudre selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée par le fait qu'elle est constituée par des poudres d'alliage de Ni, Cr, W, Si et-C, d'une part, et de Fe, Cr et C, d'autre part. 17. Poudre selon la revendication 16, caractérisée par le fait que la poudre d'alliage Fe-Cr-C renferme une addition de nickel. 18. Poudre selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle est constituée, d'une part, par une poudre d'alliage de Co, Cr, Mo, Si et C, dont la dureté est voisine de la limite supérieure du domaine des valeurs de dureté de l'ensemble de la poudre, et, d'autre part, par une poudre d'al- liage de Ni-et Cr dont la dureté est voisine de la limite infé- rieure de ce domaine. 19. Poudre selon la revendication 18, caractérisée par le fait que la poudre d'alliage Co-Cr-Mo-Si-C renferme une addition de nickel. 20. Poudre selon l'une des revendications 18 et 19, caractérisée par le fait que la poudre d'alliage Ni-Cr renferme une addition de fer. 21. Poudre selon l'une des revendications 5 à 20, caractérisée par le fait que le rapport des quantités des deux poudres d'alliage, exprimées en pourcentage pondéral, est compris entre 90: 10 et 10: 90. 22. Poudre selon la revendication 21, caractérisée par le fait que ledit rapport est compris entre 70: 30 et 70.