Brevet FR2503740A1 — publié le 19821015

La présente invention a pour objet une technique de préparation et de protection de surfaces d'acier inoxydable dans la fabrication de t81e plaquée par laminage à chaud, dans laquelle les deux matériaux (acier de construction et acier inoxydable ainsi traité) sont laminés ensemble, après avoir été assemblés en un "sandwich". La présente invention est caractérisée par le fait qu' une couche métallique, déposée par électrophorèse à partir d'une suspension dans laquelle elle est contenue en dispersion sous la forme de particules ayant de préférence une structure compacte, est interposée entre les deux matériaux. Il est un fait bien'connu qu'avec les techniques classiques de placage par laminage à chaud, on rencontre en particulier de grandes difficultés à éviter l'oxydation de l'acier inoxydable, qui se traduit par une mauvaise union entre les matériaux ou rend leur union complètement impossible. Cette difficulté est encore aggravée par la dilatation thermique différente des matériaux constituants, ce qui fait que de grandes précautions doivent être prises dans la préparation du sandwich destiné au laminage. Dans l'état actuel de la technique, on résoud ce problême en éliminant au maximum possible l'air du lieu où le laminage doit être effectué, en adoptant une atmosphère réductrice dans le "sandwich" ou en revêtant l'acier inoxydable (par des méthodes électrolytiques, par soudage ou par charge explosive). la présente invention ouvre une voie moins coateuse et parfois meilleure pour le dépôt de la couche de protection, en comparaison des divers procédés classiques de revêtement appliqués antérieurement. La technique qui fait l'objet de la présente invention est caractérisée par une combinaison des opérations suivantes : - Préparation d'une suspension'de particules de métal dans l'alcool éthylique absolu, sous la forme de particules ayant une structure compacte (comme on peut l'obtenir par exemple en broyant la poudre avec le milieu de dispersion, par des procédés connus qui sont généralement considérés comme réduisant la tendance des particules à prendre une forme plate). - Mise en place de la tôle d'acier inoxydable en tant que cathode d'une cuve électrophorétique spéciale, dans laquelle la suspension précitée est introduite en continu, de façon à obtenir un dépôt superficiel. Il a été constaté qu'on obtient de bons résultats lorsque les particules de métal en suspension sont faites de nickel et/ou d'alliages de nickel. les particules en suspension peuvent être également faites dloxydes métalliques : dans ce cas, le dépôt électrophorétique exige un post-traitement dans une atmosphère réductrice, par exemple 10 d'hydrogène dans l'azote, à une température de 7500C et au-delà. La technique, qui peut être qualifiée de cataphorétique (c'est-à-dire un dépôt électrophorétique à la cathode), comprend également l'addition, à la suspension, d'un agent non contaminant (par exemple à base d'ions ferriques) capable de charger les particules par formation de ce qu'on appelle la "double couche électrique" selon un mécanisme bien connu. Il a été constaté que si l'on utilise la suspension suivant l'inzention et si on applique les conditions opératoires qui conviennent, on obtient un dépôt adhérent compact qui présente toutes les caractéristiques exigées pour l'application particulière considérée et qui, en conséquence, ne nécessite aucun autre traitement. Ce résultat doit être considéré comme inattendu, eu égard au fait que l'opinion générale, même des personnalités scientifiques qui font autorité, est que les techniques électrophorétiques ne peuvent donner des revêtements adhérents et compacts que si la substance déposée possède par inhérence du- pro- priétés adhésives (par exemple la peinture). S'agissant par contre de poudres inorganiques, on ajoutait jusqu'à maintenant des liants à la suspension que l'on voulait déposer, afin de doter le revêtement cataphorétique des caractéristiques voulues. Dans tous les cas, la nature de ces liants (organiques ou inorganiques selon les circonstances) était propre à décourager leur usage dans la technique particulière à laquelle se rapporte la présente invention. La raison en est que c,r et Si produiraient des effets nuisibles sur l'adhérence des matériaux utilisés pour le placage et sur leurs propriétés d'interface, par suite de la formation de substances gazeuses ou de l'altération de la composition superficielle. En conséquence, dans le cas particulier, l'état de la technique concernant la cataphorèse enseignait que, pour le dé p3t de poudres de métal, il était essentiel, soit d'ajouter des liants spéciaux, soit de recourir à des procédés de post-traitement faisant intervenir un frittage, un compactage, un alliage ou similaires. Or, contrairement aux indications antérieures de la technique, il a été découvert avec une certaine surprise que les conditions opératoires mises au point à propos du procédé de l'invention rendent parfaitement inutile un tel traitement supplémentaire. La présente invention propose également un mode de réalisation qui améliore l'effet protecteur du dépôt. Il consiste à utiliser une feuille (de métal ou d'alliage) de moins de 2 mm d'épaisseur, qui est appliquée sur le dép8t électrophorétique par soudage des bords sans utilisation de métal de soudure, par exemple en adoptant la technique TIG (tungstène-gaz inerte). La nature chimique de la feuille, ainsi que du dépôt intermédiaire sous-jacent, peuvent déterminer les caractéristiques particulières du produit, dans la couche intermédiaire entre le support et le matériau de placage. La présente invention ne se limite pas au procédé de dépôt de la matière de protection : elle s'étend en englobant également un dispositif qui s'est révélé extrêmement fonctionnel. Ce dispositif est représenté à titre d'exemple sur les figures 1 et 2. La figure 1 est une vue d'ensemble en perspective de la cuve d'électrophorèse, tandis que la figure 2 représente plus particulièrement le dispositif mobile qui porte la contreélectrode (anode). La suspension contenue dans le récipient en entonnoir S pénètre dans le réservoir parallélépipédique 1 qui est supporté par le socle 2 et est renforcé par des étançons 3 et par des ceintures 4. Une pompe V1, qui peut être par exemple du type péristaltique, refoule la suspension S dans le réservoir où la plaque d'acier inoxydable L est disposée de telle manière que sa face opposée à celle qui doit entre revêtue se trouve près de l'une des parois.La suspension coule sur la surface de la plaque X, puis quitte le réservoir par le trop-plein T et est recueillie dans le récipient S, à partir du fond duquel la suspension est recyclée vers la cuve. Cette forme de récipient assure une agitation suffisante de la suspension. La figure 1 montre également l'alimentation en courant continu. Pendant le dépôt électrophorétique, la contre-électrode est constituée par une feuille de métal 5 qui a à peu près la même largeur que la plaque à revêtir et qui est supportée par le dispositif mobile 6, susceptible de glisser de haut en bas dans le siège formé par deux guides à l'intérieur du réservoir. Le dispositif est équipé d'une conduite d'aspiration 7, raccordée à une pompe V2, pour la récupération de la suspension qui dépasse son niveau supérieur. La plaque qui doit être revêtue lors du traitement éiectrophorétique reste fixe, reposant sur le fond profilé en V du réservoir 1 (indiqué par des traits discontinus). Par contre, la contre-électrode (anode) est constamment en mouvement, à une vitesse de l'ordre de 50 cm/mn, au cours du traitement. le dispositif mobile est raccordé par u; collier 8 à un guide 9 fixé à la partie supérieure du réservoir et ses fonctions sont les suivantes - Maintenir la contre-électrode à une distance fixe constante de la plaque à revêtir. - Maintenir le niveau de La suspension à une distance constante de la contre-électrode (eela s'effectue par aspiration de la suspension qui, au fur et à mesure que le dispositif mobile descend progressivement vers le fond, déborde dans le dispositif et se rassemble dans la partie en V. Plus généralement, l'appareil suivant l'invention, pour le dépôt électrophorétique d'un revêtement protecteur sur des aciers inoxydables dans la fabrication de matériaux plaqués, se compose essentiellement des éléments suivants - Un réservoir de matière non conductrice, ayant essentiellement une forme parallélépipédique, dans lequel la plaque à revêtir est placée près de l'une des parois où elle sert de cathode. - Un dispositif pour l'introduction continue, par le fond, d'une suspension de la substance à déposer et un dispositif pour le déversement de la suspension en excès. - Une contre-électrode de métal, ayant sensiblement la même longueur que la largeur de la plaque, supportée par un dispositif mobile qui se déplace dans l'intervalle entre la plaque et la paroi non voisine, parallèlement à celle-ci, à une distance fixée constante. - Une conduite d'aspiration, aboutissant au point le plus bas à l'intérieur du dispositif mobile, pour évacuer par aspiration la suspension qui pénètre dans le dispositif tandis que celui-ci se déplace de haut en bas, assurant ainsi que le niveau de la suspension sera maintenu à une distance constante de la contre-électrode. Si la hauteur de la plaque à revêtir est supérieure à un mètre ou si la suspension n'est pas suffisamment stable, cette dernière peut être introduite par des buses de pulvérisation fixées au dispositif mobile à une distance fixe au-dessous de la contre-électrode. Les jets de pulvérisation assurent une meilleure distribution de la suspension sur toute la largeur, ainsi qu'une plus grande homogénéité de la suspension au cours du traitement. Le même effet peut d'ailleurs être obtenu dans une certaine mesure en inversant le sens de circulation de la suspension dans les deux pompes V1 et V2 indiquées sur le schéma explicatif. il a été donné jusqu'ici une description générale de l'invention. Il est maintenant offert, à l'aide des exemples qui suivent - qui sont proposés à titre d'explication et ne doivent aucunement être interprétés comme restrictifs -, une description plus détaillée des buts, caractéristiques et avantages de l'invention. EEMmJ3 i.- L'unie des surfaces d'une plaque d'acier inoxydable ferrique AISI 405, mesurant 120 x 210 x 20 mm, a été nettoyée par grenaillage. Puis la plaque a été revêtue, conformément à la présente invention, dans la cuve électrophorétique qui fait l'objet de l'invention, alimentée avec une suspension de 20 g/l de poudre de nickel dans l'alcool éthylique absolu. L'énergie électrique était délivrée à 400 V par cm de distance entre les électrodes. On a obtenu un dépôt adhérent et compact de nickel, de quelque 15 microns d'épaisseur. la surface d'une plaque d'acier austénitique AISI 304, mesurant 120 x 210 x 16 mm, a été soumise exactement au même traitement. Les deux plaques résultantes ont été appliquées séparément sur deux panneaux découpés d'acier au carbone de 90 mm d'épaisseur et soudées directement avec deux cordons bordants, à l'aide d'électrodes à forte teneur en Ni. les sandwiches asymétriques obtenus de cette manière ont été chauffés à 11800C et 12200C et laminés dansun laminoir à trois étages, depuis une épaisseur initiale totale de 110 et 106mm jusqu'à une épaisseur finale de 25 mm en huit passes. Chaque sandwich a donné une plaque plaquée qui, à l'examen aux ultra-sons, s'est révélée parfaitement saine. Il a été constaté que la liaison à l'interface entre le matériau de base et le matériau revêtu, était inespérément bonne, avec des valeurs respectives de 39 kg/mm2 et 34 kg/mm2. Les conditions au niveau de l'interface acier au carbone/acier AISI 405 de la première des deux plaques plaquées sont illustrées par la microphotographie de la figure 3 (x320), obtenue au microscope électronique à balayage et indiquant les profils de concentration du chrome (courbe en S) et du nickel (courbe avec crête). EXEMPLE 2. En procédant dans les mêmes conditions que dans l'exem- île 1 et en utilisant un morceau de tôle d'acier AISI 304 de mêmes dimensions que celui de l'exemple 1, mais avec une suspension composée de 20 g/l d'oxyde de nickel dans l'alcool absolu et avec une alimentation en courant continu de 400 V par centimètre de distance entre les deux plaques, on a obtenu un revêtement homogène, compact et adhérent. Ce revêtement a été réduit au moyen d'un mélange de 10% de R2 dans l'azote à 8000C et la tôle ainsi revêtue a été utilisée pour fabriquer un "sandwich" asymétrique qui a été laminé à chaud de la même manière que dans l'exemple 1. L'examen aux ultra-sons a montré que le matériau plaqué résultant était sain. Des essais de cisaillement, pratiqués sur la tôle plaquée, ont donné une valeur de 32 kg/mm2. EXEMPLE 7. Deux plaques d'acier AISI 304 de 15 mm d'épaisseur, présentant des surfaces sablées et mesurant 1 m2 environ, ont été revêtues sur l'une de leurs faces conformément à l'invention, une couche de nickel étant déposée par électrophorèse à partir d'une suspension dans l'alcool éthylique absolu. Une feuille d'acier décarburé, de 0,7 mm d'épaisseur, a été appliquée sur l'une des plaques revêtues, puis a été soudée le long des bords sans utilisation de métal de soudure. les deux plaques ainsi préparées, l'une revêtue de nickel et l'autre revêtue de nickel puis protégée par la feuille, ont été utilisées pour préparer un "sandwich" presque symétrique suivant la figure 4. Celle-ci est une vue schématique en coupe des matériaux assemblés en "sandwich" suivant cet exemple.A et B sont les matériaux de base et a et b les matériaux de placage. le revêtement de Ni électrophorétique est désigné par c, tandis que la feuille de protection appliquée sur la plaque b est désignée par d. Une couche d'agent de séparation à base de Cr203 a été appliquée aux deux surfaces non traitées e (par une technique connue), afin de faciliter la séparation à la suite du laminage à chaud. Les surfaces ont été placées face contre face, puis soudées le long des bords avec un cordon de soudure continu. le "sandwich" a été fermé par l'insertion de quatre pièces d'acier au carbone désignées par f, puis soudé le long des bords par application d'une technique connue. Après chauffage à 12200C dans un four à creuset, le "sandwich" a été laminé dans un laminoir à inversion à quatre étages, depuis une épaisseur initiale totale de 250 mm jusqu'à une épaisseur finale de 50 mm. Après séparation, les deux plaques plaquées se sont révélées saines à l'examen aux ultra-sons de la surface entière. Des essais de cisaillement ont -donné respectivement des. résul 2 tats de 39 et de 32 kg/mm2. - REVENDICATIONS 1.- Procédé poule dépôt d'un revêtement protecteur sur des aciers inoxydables dans la fabrication de matériaux plaqués par laminage à chaud, caractérisé par a combinaison des opérations suivantes - Préparation d'une suspension composée de poudres de métal et/ou d'oxyde de métal en dispersion dans l'alcool ethylique absolu, sous forme de particules chargées électriquement; - Mise en place de la plaque d'acier inoxydable en tant que cathode dans une cuve d'électrophortse spéciale, dans laquelle la suspension précitée est introduite en continu, de manière à obtenir un dépôt. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que-la suspension est préparée par broyage de la poudre avec le milieu de dispersion et en ce que les particules en suspension sont chargées par un agent non contaminant. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la suspension contient, en tant que particules de métal, du nickel et/ou des alliages de nickel et/ou des oxydes de nickel. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que lorsque le dépôt est obtenu à partir de suspensions qui contiennent également des oxydes, des dispositions sont prises pour un post-traitement de réduction à l'état métallique. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' une feuille de métal ou d'alliage, ayant de préférence une épaisseur comprise entre 0,2 et 2 mm, est appliquée sur le dépôt métallique. 6.- Dispositif pour le dépôt électrophorétique;- d'une couche de protection sur des aciers inoxydables dans la fabrication de matériaux plaqués, caractérisé en ce qu'il comprend - Un réservoir(1)de matière non conductrice, ayant dans l'essentiel une forme parallélépipédique, dans lequel la plaque à revêtir(B)est placée près de l'une des parois, où elle joue le rôle de cathode. - Un dispositif pour l'introduction continue, par le fond du réservoir, d'une suspension de la substance à déposer et pour le déversement de la suspension en excès. - Une contre-électrode de métal(5),dont la longueur est pratiquement égale à la largeur de la plaque(L), supportée par un dispositif mobile (9? qui se déplace dans l'intervalle entre la plaque et la paroi non voisine parallèle à celle-ci, à une distance constante fixée. - Un tuyau d'aspiration (7) dans le dispositif mobile pour aspirer, à partir du point le plus bas de celui-ci, la suspension qui y pénètre en conséquence du débordement lors de son déplacement de haut en bas, ce qui garantit dans l'essentiel que le niveau de la suspension restera à une distance constante de la contre-électrode. 7.- Procédé selon l'une quélconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que-le dépôt électrophorétique est obtenu en plaçant la plaque d'acier inodydable(l)en tant que cathode dans une cuve d'électrophorèse, cette plaque restant fixe et reposant sur le fond du réservoir, tandis que la contreélectrode (anode 5) est déplacée de haut en bas au cours du processus de revêtement.