Brevet FR2495626A1 — publié le 19820611

L'invention concerne un matériau de revêtement pul- vérulent pour le revêtement de pièces par voie thermique, contenant un mélange mécanique de poudre métallique et de poudre de carbure dur. Il est connu de munir des pièces de machine soumises à une forte usure d'un revêtement, appliqué par voie ther- mique, contenant des carbures métalliques durs afin d'en augmenter la résistance à l'abrasion et aux chocs. Par exemple, on obtient un tel revêtement par projection simul- tanée de carbure de tungstène, WC ou W2C, lié par du cobalt, et d'un alliage métallique en poudre en faisant fondre la couche ainsi formée soit au cours de la projection soit postérieurement à celle-ci. Au cours de ce procédé, les carbures ont toutefois tendance à s'oxyder et à former des phases intermétalliques du type M6C dans la zone de transi- tion entre les particules de carbure et l'alliage qui constitue la matrice dans laquelle ces particules sont en- robées. Ces phases intermétalliques sont très cassantes et provoquent la rupture des particules de carburé en cas de chocs ou de coups. On constate en outre, lors de l'applica- tion d'un tel revêtement, indépendamment du poids spécifique des carbures de tungstène et de la répartition des particules, une forte tendance à la sédimentation des particules de carbure, de sorte que, dans le cas de couches relativement épaisses, ayant par exemple une épaisseur égale ou supérieure à 1,0 mm, il se produit un enrichissement en particules de carbure dans la zone de liaison entre le matériau de base de la pièce et le revêtement. Ceci se traduit par le fait que le revêtement n'est pas homogène du point de vue de ses propriétés physiques et qu'il présente notamment une sur- face appauvrie en carbure dont la résistance aux chocs et à l'abrasion est insuffisante. L'invention a pour but la réalisation d'un matériau permettant la fabrication de revêtements ayant une résistance très élevée à l'abrasion et aux chocs et, plus particuliè- rement, de couches qui présentent des propriétés physiques, -2- homogènes dans toute leur épaisseur même dans le cas o ces couches ont une épaisseur relativement grande. A cet effet, le matériau de revêtement selon l'in- vention, qui contient un alliage mécanique de poudre de carbure dur, est caractérisé par le fait que la poudre métallique consiste en un alliage auto-décapant à base de Ni, Fe ou Co et que le carbure dur consiste un alliage, obtenu par fusion,à base de carbure de tungstène, cet al- liage renfermant, en pourcentage pondéral, 3 à 7 % C, O à 3 % Fe et au plus 2 % d'autres éléments d'alliage, le reste étant constitué par le tungstène, les grains de car- bure dur présentant un enrobage en un métal ayant un point de fusion plus élevé que celui dudit alliage auto-décapant, la granulométrie de ces grains de carbure dur enrobés étant inférieure à 75 pim et la proportion de poudre de carbure dur en mélange avec la poudre métallique étant comprise entre 10 et 95 pourcent en poids. Conformément à une première forme d'exécution par- ticulièrement avantageuse de ce matériau, l'alliage auto- décapant a la composition pondérale 0,2 - 18 % Cr; 1,5 - 4,5 % B; 1,0 - 4,5 % Si; 0,1 - 1,5 % C; 0,2 - 20 % Fe; reste Ni. Selon une autre forme d'exécution particulièrement avantageuse de ce matériau, l'alliage auto-décapant a la composition pondérale: 10 - 35 % Cr; 0,2 - 30 % Ni; 0,05 - 1,5 % C; 0 - 1,5 % W; 0 - 10 % Mo; reste Co. De préférence, l'enrobage des grains de carbure dur est constitué par une quantité, correspondant à 2 à 20 % en poids, par rapport à la poudre de carbure dur, de Ni, Fe ou Co. Egalement de préférence, l'alliage à base de carbure de tungstène fritté a la composition pondérale 3,5 - 5,5 % C; au plus 0,2 % Fe; au plus 0,1 % autres éléments; reste Ni. Avantageusement, la granulométrie des grains de -3- carbure dur enrobés est inférieure à 62 >im. La proportion de poudre de carbure dur dans le mélange avec la poudre métallique est, de préférence, com- prise entre 40 et 80 %. On a constaté que, de manière surprenante, l'uti- lisation d'une poudre d'alliage à base de carbure de tungs- tène fritté dont les grains sont enrobés, notamment par du nickel, du fer ou du cobalt, dans les proportions et avec les granulométries particulières indiquées ci-dessus, permet d'éviter la sédimentation des particules de carbure dur lors de l'application du revêtement et empêche prati- quement toute formation de composés du type M 6C. En outre, une éventuelle structure aciculaire de la phase à base de carbure de tungstène, obtenue par fusion,permet d'augmenter la tenacité de la couche et, ainsi, d'améliorer sa résis- tance aux impacts et aux chocs. De préférence, on effectue l'enrobage des grains par l'un des procédés connus, chimiques, électrochimiques, par CVD (dépôt par réaction chimique en phase vapeur), PVD (dépôt par processus physique à partir de la phase vapeur), par agglomération ou par agglomération avec frit- tage ultérieur. Les exemples qui suivent illustrent quelques cas particuliers de mise en oeuvre et d'utilisation du matériau selon l'invention, étant bien entendu que ceux-ci peuvent être variés à volonté tout en restant dans le cadre des revendications. Exemple 1 On prépare par fusion, dans un four à induction, un alliage, à base de carbure de tungstène, ayant la com- position suivante: 4,0 % C; 0,3 % Fe, reste W, puis on le concasse dans un broyeur à marteaux et on tamise le produit résultant du concassage de façon à obtenir une poudre de granulométrie inférieure à 75 pm. Après tamissage, on enrobe, par voie électrochimique, les particules de carbure dur par un revêtement de 10 % de nickel. -4- On mélange ensuite la poudre de carbure dur ainsi obtenue, en proportion 60 %/ 40%, avec un alliage ayant la composition: 0,2 % C; 3,0 % Si; 1,5 % B; 4,5 % Cr; 1,0 % Fe, reste Ni. On projette ce mélange de poudres sur une pièce de machine, au moyen d'un pistolet de projection, puis on refond la couche ainsi obtenue. Lors de l'usinage ul- térieur de la pièce, par meulage et polissage, ainsi que lors de son utilisation dans la machine, on n'a constaté aucun phénomène d'arrachement des constituants durs du revêtement. L'examen au microscope n'a pas révélé la pré- sence de phase intermétallique cassante dans la zone de transition entre la matrice métallique formée et les par- ticules d'alliage à base de carbure de tungstène obtenuparfusion. La durée de vie de la pièce de machine ainsi revêtue a été triplée par rapport à celle d'une pièce identique munie d'un revêtement de type habituel. Exemple 2 On concasse, dans un broyeur à billes, un alliage à base de carbure de tungstène,obtenu par fusion, dans un four à induction, et dont la composition est la suivante ,5 % C; 2,8 % Fe; 1,0 % V, reste W. Après quoi, on enrobe les particules d'alliage, par agglomération en utilisant un stéarate, d'une couche de poudre de cobalt correspondant a 20 % du poids de cet alliage. On élimine ensuite le stéarate, par évaporation dans un four, et on fritte la poudre de carbure dur à une température de 1300 14000C, sous atmosphère réductrice. Après quoi, on tamise la poudre ainsi obtenue, de manière à amener sa granulométrie au des- sous de 45 um, et on la mélange avec un alliage ayant la composition: 1,0 % C; 25,0 % Cr; 15,0 % Ni; 5,0 % Mo; reste Co, dans la proportion 30 % de poudre de métal dur pour 70 % d'alliage métallique. On utilise ce mélange de poudres pour recouvrir une pièce d'usure par pulvérisation à la flamme avec refusion simultanée. Après une longue période d'utilisation de la -_ pièce dans des conditions dans lesquelles elle est soumise à des chocs et des coups, on n'a pas observé de fissuresou de creusures dans la pièce. Parexamen au microscope, on met en évidence une répartition homogène des particules de carbure dur dans la couche de revêtement. Exemple 3 On prépare par fusion, dans un four à arc, un alliage à base de carbure de tungstène, ayant la composi- tion suivante: 3,0 % C; 1,5 % Fe; 1,0 % Mo; 0,5 % V; 0,2 % Nb; reste W, puis on concasse l'alliage ainsi obtenu, par un procédé connu. On amène, par tamisage, la poudre résultant du concassage à une granulométrie inférieure à 63 Pm, puis on la recouvre de 2 % de nickel, par CVD. On mélange la poudre de carbure dur ainsi obtenue avec une poudre d'alliage métallique auto-décapant, ayant la composition: 1,0 % C; 17,0 % Cr; 3,1 % B; 4,2 % Si; ,0 % Fe; reste Ni, dans la proportion 80 % de poudre de carbure dur pour 20 % d'alliage auto-décapant. On applique ce mélange, au moyen d'un dispositif de projection à plasma, sur une pale de ventilateur, de manière à former un revêtement ayant une épaisseur de 1,0 mm, puis on refond ce revêtement au four sous atmosphère de gaz protecteur. Après usinage, la couche ainsi obtenue ne présente ni creusures ni fissures. On n'a pas observé, même au bout d'une longue période d'utilisation, des défauts attribuables à la formation d'une phase fragile. - 6 - REVENDICATIONS 1. Matériau de revêtement pulvérulent pour le revê- tement de pièces par voie thermique, contenant un mélange mécanique de poudre métallique et de poudre de carbure dur, caractérisé par le fait que la poudre métallique consiste en un alliage auto-décapant à base de Ni, Fe ou Co et que le carbure dur consiste en un alliage, obtenu par fusion, à base de carbure de tungstène, cet alliage renfermant, en pourcentage pondéral, 3 à 7 % C, 0 à 3 % Fe et au plus 2 % d'autres éléments d'alliage, le reste étant constitué par le tungstène, les grains de carbure dur présentar:t un enrobage en un métal ayant un point de fusion plus élevé que celui dudit alliage auto-décapant, la granulométrie de ces grains de carbure dur enrobés étant inférieure à 75 P, et la proportion de poudre de carbure dur en mélange avec la poudre métallique étant comprise entre 10 et 95 pourcent en poids. 2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'alliage auto-décapant a la composition pondérale: 0,2 - 18 % Cr; 1,5 - 4,5 % B; 1,0 - 4,5 % Si; 0,1 - 1,5 % C; 02, - 20 % Fe; reste Ni. 3. Matériau selon la revendication 1, caractérisé par la fait que l'alliage auto-décapant a la composition pondérale: 10 - 35 % Cr; 0,2 % Ni; 0,05 - 1,5 % C; 0 - 1,5 %O W; 0 - 10 % Mo; reste Co. 4. Matériau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enrobage des grains de carbure dur est constitué par une quantité, correspondant à 2 à 20 %c en poids, par rapport à la poudre de carbure dur, de Ni, Fe ou Co. 5. Matériau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'alliage à base de carbure de tungstène fritté a la composition pondérale: 3,5 - 5,5 % C; au plus 0,2 % Fe; au plus 0,1 % autres éléments; reste -Ni. 6. Matériau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la granulométrie des grains de carbure dur enrobés est inférieure à 62 pim. 7. Matériau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la proportion de poudre de carbure dur dans le mélange avec la poudre métallique est comprise entre et 80 %.