Brevet FR2516550A1 — publié le 19830520

La présente invention a pour objet un matériau de pulvérisation thermique à la flamme constitué par un mélange d'un alliage de matrice pulvérulent, contenant du bore et ayant un point de fusion inférieur à 10000 C, et de particules d'un matériau métallique d'apport ayant un point de fusion supérieur à 15000 C. On connait déjà des matériaux de pulvérisation thermique à la flamme qui se prêtent, notamment, à l'utili- sation pour la production de couches de protection résistantes à l'usure sur des substrats métalliques et qui sont constitués par un mélange d'un alliage de matrice contenant du bore avec des matériaux d'apport tels que le molybdène, le tungstène, le carbure de tungstène, etc. Habituellement, les particules du matériau d'apport se présentent sous une forme quelconque, irrégulière, notamment sous forme de particules ayant des arêtes vives ou sous forme de lamelles, la granulométrie des particules variant à l'intérieur d'un domaine inférieur à 20 microns. Dans ce cas, les couches sont appliquées le plus souvent par pulvérisation au plasma ou à la flamme avec ou sans mise en fusion ultérieure. On a toutefois constaté que les propriétés de résistance à l'usure ainsi que les caractéristiques de frottement des couches habituelles ne sont pas satisfaisantes et qu'il se produit même souvent une destruction des parties de machine correspondantes. L'invention a pour but de fournir un matériau de pulvérisation thermique à la flamme, du genre mentionné ci- dessus, permettant de produire des couches de protection ayant des propriétés de résistance à l'usure par frottement ainsi que des caractéristiques de glissement par contact métal sur métal nettement améliorées, en vue d'augmenter ainsi la durée de vie des pièces munies de ce revêtement. -2- Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à la forme du matériau spécifiée dans la partie caractérisante de la revendication 1 Les revendications 2 à 6 indiquent des formes de réalisation préférentielles de ce matériau La revendication 7 concerne un procédé préférentiel d'utilisation du matériau selon l'invention. L'invention a, en outre, pour objet une pièce métallique revêtue conformément à ce procédé. L'invention découle de la reconnaissance du fait que, lors de l'application ou de la mise en fusion d'une couche de protection du genre mentionné ci-dessus, il se forme à la surface des particules de matériau d'apport, c'est-à-dire dans la couche limite entre ces particules et l'alliage de matrice, des phases dures constituées de borure qui sont à l'origine d'un notable effet de fragilisa- tion et qui peuvent même provoquer, en service, le détache- ment de ces particules de la couche Cet effet est d'autant plus prononcé lorsque les particules présentent beaucoup d'arêtes vives ou même lorsqu'elles ont la forme de lamelles, ou bien dans la cas o la granulométrie des particules est si faible que, lors du traitement thermique choisi pour l'application de la couche, les couches dures de borure recouvrent complètement les particules noyées dans la couche ou leur parties présentant des arêtes vives. On a maintenant découvert que, grâce à l'utilisation de particules sphériquesayant un diamètre relativement élevé, c'est-à-dire de 20 à 150 microns, de préférence de à 150 microns, on peut réduire la formation de borure à une couche superficielle mince des particules, cette formation ayant lieu,dans cette couche superficielle de manière très régulière, et qu'il est en outre possible d'obtenir des caractéristiques de résistance à l'usure et de glissement exceptionnellement bonnesgrâce à une teneur de 30 à 80, de préférence 40 à 60, en % en poids, du matériau 3- d'apport dans le mélange. La figure unique du dessin annexé représente une coupe micrographique d'une couche de protection conforme à l'invention, cette couche étant constituée de particules sphéroldales de molybdène 1, ayant une granulométrie de à 88 microns dans un alliage de matrice 2 dont la composition en pourcentage pondérai est la suivante: 1,5 B 2,4 Si 2 Fe 12 Cr Reste Ni A la périphérie des particules de molybdène, on observe une mince couche de borure de molybdène 3. La poudre d'alliage de matrice avait une granulo- métrie comprise dans le domaine de 20 à 125 microns et la teneur en particules de molybdène s'élevait à 30 % en poids du mélange. La couche a été appliquée par le procédé de pulvé- risation à la flamme connu sous la marque "Procédé EUTALLOY" de la Société CASTOLIN S A, avec une épaisseur de 3 mm, avec mise en fusion simultanée du matériau de pulvérisation, sur un substrat en acier du type Crlo 4 On a constaté que la couche peut être utilisée dans des conditions telles qu'elles résistent à une abrasion par frottement jusqu'à une pression de 50 M Pa, alors que, lors de l'utilisation des couches de protection habituelles du même genre, il se produit déjà un déchaussement des particules de molybdène lorsque la pression de frottement atteint 10 M Pa Il s'est révélé que l'on peut obtenir des résultats particulièrement bons lorsqu'on effectue la pulvérisation à la flamme avec mise en fusion simultanée,du fait que le temps de contact des particules de matériau d'apport dans 251 ? 6550 -4- l'alliage de matrice en fusion est,dans ce cas, relativement court, dont il résulte que la diffusion du bore avec for- mation de phase borure à la surface-des particules est très faible et régulière Dans le cas d'une mise en fusion ultérieure, ce temps de contact est notablement plus long, alors que, dans le cas d'une couche obtenue par pulvérisation au plasma ou à la flamme sans mise en fusion, il se produit une moins bonne liaison métallique de cette couche avec le substrat ainsi qu'entre l'alliage de matrice et les particules de matériau d'apport enrobées dans la couche. Pour la plupart des applications dans lesquelles de bonnes propriétés de glissement sont requises, c'est le molybdène qui constitue le matériau d'apport préféré. Toutefois, le tungstène, le carbure de tungstène ou des mélanges de différents matériaux d'apport entrent également en ligne de compte dans le matériau de pulvérisation selon l'invention Comme alliage de matrice, on utilise de pré- férence des alliages ayant la composition suivante, exprimée en pourcentage pondéra 1: ( 1) 1 4 B 5 Si o 10 Fe 0 20 Cr 0 10 W et/ou Mo 0 5 Cu Reste Ni ( 2) 0,5 3,5 B 0,5 4,5 Si 0 5 Fe 30 Cr 0 12 W et/ ou Mo 40 Ni Reste Co 2 516550 -5- De la description qui précède, il découle que l'invention permet de produire, sur des substrats métalliques, notamment sur des parties de machines soumises à de très fortes sollicitations de frottement par glissement au contact de pièces antagonistes métalliques, une couche ayant de très bonnes propriétés de glissement ainsi qu'une résistance à l'usure très élevée,ce qui permet une notable augmentation de la durée de vie de ces pièces. -6- REVENDICATIONS 1 Matériau de pulvérisation thermique à la flamme constitué par un mélange d'un alliage de matrice pulvérulent, contenant du bore et ayant un point de fusion inférieur à 1000 C, et de particules d'un matériau métallique d'apport, ayant un point de fusion supérieur à 1500 C, caractérisé par le fait que les particules du matériau d'apport sont de forme sphérique et ont une granulométrie de 20 à 150 microns, la teneur en ce matériau d'apport étant de 30 à 80 %, en poids, du mélange. 2 Matériau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la teneur en matériau d'apport est de à 60 %, en poids, du mélange. 3 Matériau selon la revendication 1 ou la reven- dication 2, caractérisé par le fait que l'alliage de matrice a la composition suivante, exprimée en pourcentage pondéral: 1 4 B 1,5 5 Si 0 10 Fe 0 -20 Cr O 10 W et/ou Mo 0 5 Cu Reste Ni 4 Matériau selon la revendication 1 ou la reven- dication 2, caractérisé par le fait que l'alliage de matrice a la composition suivante, exprimée en pourcentage pondéral: 0,5 3,5 B 0,5 4,5 Si 0 5 Fe 30 Cr O 12 W et/ou Mo 40 Ni Reste Co -7- Matériau selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait que l'on utilise le molybdène comme matériau d'apport 6 Matériau selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait que l'on utilise, comme matériau d'apport, du tungstène, du carbure de tungstène ou un mélange de molybdène et/ou de tungstène et/ou de carbure de tungstène. 7 Utilisation du matériau selon l'une des reven- dications précédentes pour la production d'une couche de protection résistant à l'usure par frottement métal sur métal, sur un substrat métallique, caractérisé par le fait que l'on applique cette couche de protection par pulvéri- sation thermique à la flamme de ce matériau,avec mise en fusion simultanée. 8 Pièce métallique munie d'une couche de protection produite conformément à la revendication 7.