Brevet FR2528074A1 — publié le 19831209

Procédé d'application d'une couche anti-corrosion et anti-usure sur les tiges de piston de vérins de travail utilisés en particulier dans des chantiers souterrains et analogues. La présente invention concerne un procédé d'application d'une couche anti-corrosion et anti-usure sur les tiges de piston de vérins de travail, destinés en particulier à être utilisés dans des exploitations souterraines, le fonçage horizontal de tunnels et analogues, selon lequel on commen- ce par déposer après un nickelage sans courant une couche de nickel, de préférence en utilisant de l'hypophosphite an tant qu'agent réducteur, puis l'on effectue un chromage dur dans un bain galvanique. Les couches d'un métal qui sont appliquées galvanique- ment ou sans utilisation de courant ne résistent en général et de façon connue qu'à des sollicitations de corrosion déterminées Il est connu de munir d'une couche protectrice en chrome dur la tige de piston d'étançons hydrauliques de mines ou de vérins de travail hydrauliques quelconques qui sont utilisés dans des chantiers souterrains ou dans des domaines d'utilisation apparentés ou encore dans des condi- tions d'utilisation analogues Du fait que la couche de chrome dur est relativement fragile et qu'elle peut courir le danger de se fissurer du fait des sollicitations méca- niques qui sont appliquées à l'étançon, on commence par déposer galvaniquement et au moins sur la tige du piston une couche de chrome dur sensiblement sans fissures, qui forme une sous-couche pour une couche de recouvrement se présentant sous la forme d'une couche de chrome dur à micro-fissures Les vérins de travail munis d'une couche protectrice combinée de ce type se sont révélés intéressants pour leur utilisation dans des chantiers souterrains Le chromage dur se car ct 3 rise rai ue rflsist;nc 3 elflv -e a 3 u l'usure ainsi que par sa résistance à la corrosion dans un milieu corrosif réducteur (atmosphèe industrielle d'anhydride sulfureux) Mais par ailleurs la résistance à la corrosion d'un chromage dur vis-à-vis d'une atmosphère oxydante et en particulier vis-à-vis d'une atmosphère contenant du chlo- rure n'est pas suffisante Dans des conditions d'utilisa- tion déterminées telles que celles que l'on rencontre surtout dans des chantiers souterrains, il peut arriver dans certains cas qu'après seulement quelques jours ou quelques semaines on constate des dégâts important dans les parties recouvertes d'un chromage dur, en particulier une corrosion localisée si prononcée qu'il faut mettre hors d'utilisation ou échanger les étançons ou les vérins de travail endommagés. Du fait de cette tendance, les points de travail des chantiers souterrains o l'atmosphère est surtout réductri- ce perdent de plus en plus d'importance Depuis longtemps, les atmosphères des galeries de mines se modifient de plus en plus et deviennent des atmosphères oxydantes contenant du chlorure Cette tendance doit être attribuée à des facteurs divers, et surtout aux mesures de plus en plus intensives utilisées pour combattre les poussières dans les chantiers souterrains. Le problème de la mise au point d'une couche protec- trice pour étançons et autres vérins de travail qui tout en ayant une forte résistance à l'usure résistent à la corro- sion aussi bien dans une atmosphère réductrice de galerie de mines que vis-à-vis d'une atmosphère oxydante contenant du chlorure n'a pas pu être résolu jusqu'ici de façon satisfaisante malgré les efforts considérables entrepris pour trouver une solution. Il est connu d'appliquer sur les tiges de piston de vérins de mines ou autres vérins de travail un revêtement protecteur de nickel à une ou plusieurs couches à l'aide du procédé de nickelage connu sans utilisation de courant Ce procédé est basé sur le principe d'une réduction des ions de nickel contenus dans le bain de nickel à l'aide d'un agent de réduction approprié Ce sont en particulier les procédés connus à l'hypophosphite, o l'on utilise comme agent réducteur un hypophosphite et en général un hypopho- sphite de sodium,qui se sont révélés valables Grace à ce procédé, on peut réaliser un revêtement protecteur sur la couche de nickel à teneur plus ou moins importante en phosphore qui se caractérise par une densité élevée et une absence sensible de pores ainsi que par une dureté, une résistance et une ductilité relativement élevées Ces revêtements protecteurs de nickel qui sont appliqués sans utilisation de courant résistent également à la corrosion dans une atmosphère contenant du chlorure Cependant, leur résistance à la corrosion vis-à-vis d'une atmosphère réductrice d'anhydre sulfureux ne suffit pas. Les recherches qui ont été faites pour appliquer sur une couche de nickel déposée sans courant une couche de chrome dur résistant à l'usure n'ont eu aucun succès satis- faisant jusqu'-ici du fait que l'adhérence de la couche de chrome dur sur la couche de nickel est insuffisante et qu'il en découle qu'en cours d'utilisation il peut y avoir détachement ou écaillage de la couche de chrome dur à partir de la couche de nickel. L'invention a pour origine les recherches sus-mention- nées Son but principal est de créer un procédé simple à mettre techniquement en oeuvre et économique à utiliser, au moyen duquel il soit possible d'appliquer sur une couche de nickel qui a été déposée à l'aide du procédé connu de nickelage sans courant, en particulier du procédé connu à l'hypophosphite avec de l'hypophosphite de sodium comme agent de réduction, sur le matériau de base (acier) de la tige de piston, une couche de recouvrement en chrome dur et résistant à l'usure et présentant une adhérence suffisante de manière à obtenir comme résultat une couche combinée qui, tout en ayant une résistance à l'usure élevée, présen- te une résistance à la corrosion élevée aussi bien vis-a-vis d'une atmosphère réductrice (atmosphère industrielle) que vis-à-vis d'une atmosphère oxydante contenant du chlorure. Selon l'invention, ce problème est résolu du fait qu'avant l'application de la couche de chrome dur à micro- fissures on réalise une activation de la couche de nickel préalablement appliquée dans un bain d'acide sulfurique et par voie électrolytique. De façon surprenante, on a constaté que grâce à ce procédé on pouvait obtenir une adhérence parfaite de la couche de chrome dur à microfissures sur la couche dense de nickel, sans que l'hydrogène qui se forme pendant l'ac- tivation dans le bain de décapage à l'acide sulfurique et qui réduit l'oxyde de nickel sur la surface de la couche de nickel, se diffuse dans la couche de nickel et modifie de façon désavantageuse la couche de nickel du point de vue de ses propriétés mécaniques, en particulier de sa densité, de sa résistance et de ductilité Le revêtement protecteur obtenu selon l'invention résiste à des sollicitations' mécaniques élevées auxquelles la tige de piston d'un étançon ou d'un vérin de travail quelconque est soumise en cours d'utilisation Du point de vue de la résistance du revête- ment protecteur par rapport à une atmosphère contenant du chlorure, il est important de prévoir en tant que couche sous-jacente pour la couche de chrome dur à micro-fissures appliquée galvaniquement une couche de nickel qui se carac- térise surtout par une densité élevée et une absence sensible de pores tout en présentant simultanément une extensibilité élevée et suffisante et une absence de ten- sions Ces propriétés sont présentées particulièrement par des revêtements de nickel obtenus par le procédé connu de nickelage sans utilisation de courant à l'hyposulfite de sodium en tant qu'agent réducteur, ce revêtement se carac- térisant par une teneur plus ou moins importante en phos- phore en alliage avec le nickel A l'aide de la couche combinée de nickel et de chrome dur obtenue grâce à l'in- vention, on peut atteindre, comme mentionné, une résistance parfaite à la corrosion dans les conditions d'utilisation que l'on rencontre dans les chantiers souterrains et autres conditions d'utilisation comparables Bien que les couches de nickel appliquées sans utilisation de courant ne résis- tent pas à une atmosphère réductrice, la couche combinée obtenue selon l'invention présente une résistance parfaite vis-à-vis de cette atmosphère, comme inversement la couche combinée résiste également à la corrosion par des ions de chlorure Dans la couche combinée, la couche de chrome dur forme la protection anti-usure pour la couche de nickel qui est plus molle Aucun effet de flottement de la couche de chrome dur à micro-fissures sur la couche de nickel n'appa- raît lors des sollicitations mécaniques appliquées à l'étan- çon ou au vérin de travail. Le nickelage sans courant selon le procédé à l'hypo- phosphite sus-mentionné et utilisant de l'hypophosphite de sodium en tant qu'agent réducteur est, comme mentionné, connu dans la pratique et dans la littérature technique. Les propriétés de base de ce procédé ressortent par exemple de l'article "Stromloses Dickvernickeln nach dem Kanigen-, Durni-Coat und Nibodurverfahren" paru dans International Nickel de janvier 1971. Selon la présente invention, l'activation de la couche de nickel appliquée sans courant est réalisée par-voie électrolytique par polarisation cathodique dans un bain d'acide sulfurique (bain de décapage) Dans ce cas, il est recommandé de réaliser l'activation dans un bain d'acide sulfurique contenant de 5 à 20 % en volume et de préférence % en volume environ d'acide sulfurique à une température de 25 à 600 C, et de préférence d'environ 500 C, et avec un courant ayant une densité linéaire d'environ 10 à 60 A/dm 2, et de préférence d'environ 30 à 40 A/dm 2. Le procédé de l'invention est mis particulièrement avantageusement en oeuvre en commençant par introduire la pièce (tige de piston) munie d'un revêtement de nickel dans le bain d'acide sulfu;'i-lue sans courant, et dc n_ rcttrú ensuite sous tension qu'après une durée de repos déterminée d'au moins 2 minutes environ et de préférence de 3 minutes environ pour réaliser la polarisation cathodique dans le bain d'acide sulfurique électrolytique Grâce à ce procédé, il y a d'abord décapage et activation de la couche de nickel pendant la première phase au cours de laquelle le courant électrique ne passe pas dans le bain d'acide sulfu- rique, alors que pendant la seconde phase, c'est-à-dire après la mise sous tension, l'hydrogène qui se forme dans le bain d'acide sulfurique électrolytique oxyde l'oxyde de nickel se trouvant sur la surface de la couche de nickel en nickel pur et éventuellement détache, dans une faible mesure, les graisses, huiles ou analogues pouvant encore adhérer sur la couche de nickel Grâce à cette manière de procéder, on peut augmenter l'adhérence de la couche de chrome à micro-fissures appliquée galvaniquement sur la couche de nickel sous-jacente Du même point de vue, il est avantageux en outre de prévoir pendant la polarisation cathodique dans le bain d'acide sulfurique au moins une interruption de courte durée du courant, de préférence pendant une durée d'au moins 3 à 5 secondes Grâce à cette interruption de courte durée du courant, le bain d'acide sulfurique repose par échappement de l'hydrogène et il y a simultanément réduction de la possibilité de diffusion de l'hydrogène dans la couche de nickel Avantageusement, on peut utiliser le procédé en réalisant d'abord dans le bain d'acide sulfurique par lequel passe le courant une polari- sation cathodique pendant une durée d'environ 2 à 3 minutes, suivie par une interruption du courant pendant une durée d'au moins 3 à 5 secondes, puis par une nouvelle mise sous tension pour une autre polarisation cathodique pendant une durée de 2 à 3 minutes environ. Après l'activation qui vient d'être décrite, les pièces (tiges de piston) sont avantageusement lavées dans de l'eau déionisée à une température d'environ 40 QC à 601 C, et de préférence d'environ 500 C, pour éliminer la solution du bain d'acide sulfurique des pièces. Après l'activation de la couche de nickel qui vient d'être décrite, on réalise le chromage dur à micro-fissures de façon traditionnelle et par voie galvanique Dans ce cas, il est recommandé de commencer par plonger les pièces munies de la couche de nickel et après activation, le courant étant coupé, dans le bain de chrome dur galvanique et de ne brancher le courant qu'après avoir plongé les pièces Cette mesure améliore l'adhérence de la couche de chrome dur à micro-fissures sur la couche de nickel Après plongée des pièces dans le bain de chrome dur galvanique, il est avantageux de faire monter lentement le courant, c'est-à-dire sur une période d'au moins 30 à 60 secondes, jusqu'à la densité désirée De préférence, on obtient ce résultat en faisant passer le courant à environ la moitié de sa densité linéaire pendant les premières 20 à 30 se- condes environ, et de préférence à 25 A/dm 2, puis en le faisant monter pendant les 20 à 40 secondes qui suivent jusqu'à la densité linéaire définitive pour le chromage dur qui est de préférence d'environ 50 A/dm 2. En outre, l'invention concerne un vérin de travail, en particulier un étançon hydraulique, utilisé dans des chan- tiers souterrains et autres conditions d'utilisation compa- rables telles que le perçage de tunnels et analogues, et dont la tige de piston est munie d'une couche protectrice qui résiste à l'usure et à la corrosion, et qui est réali- sée en particulier selon le procédé de l'invention Selon l'invention, le recouvrement protecteur est constitué par une couche de nickel de haute densité, dureté et ductilité, qui est appliquée au moyen d'un procédé connu de nickelage sans utilisation de courant, et en utilisant de l'hypo- phosphite comme agent réducteur, et qui présente une épais- seur de 20 à 60 ym, de préférence de 30 à 40 Fm, et qui porte une couche de chrome à micro-fissures dont l'épais- seur est de 20 à 80 Fm environ, et de préférence de 30 à 40 m La couchede chrome dur à micro-fissures peut également etre appliquée à l'aide du procédé de chromage dur galva- nique connu. REVENDICATIONS 1 Procédé d'application d'une couche anti-corrosion et anti-usure sur les tiges de piston de vérins de travail, destinés en particulier à être utilisés dans des exploita- tions souterraines, le fonçage horizontal de tunnels et analogues, selon lequel on commence par déposer après un nickelage sans courant une couche de nickel, de préférence en utilisant de l'hypophosphite an tant qu'agent réducteur, puis l'on effectue un chromage dur dans un bain galvanique, caractérisé en ce qu'avant l'application de la couche de 1 o chrome dur à micro-fissures on réalise une activation de la couche de nickel préalablement appliquée dans un bain d'acide sulfurique et par voie électrolytique. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'activation est réalisée dans un bain d'acide sulfuri- que contenant de 5 à 20 % en volume et de préférence 10 % en volume environ d'acide sulfurique à une température de 25 à 600 C, et de préférence d'environ 50 C, et avec un courant ayant une densité linéaire d'environ 10 à 60 A/dm 2, et de préférence d'environ 30 à 40 A/dm 2. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on commence par introduire la pièce munie d'un revêtement de nickel dans le bain d'acide sulfurique sans courant, et en ce qu'on n'applique ensuite la tension qu'après une durée de repos déterminée d'au moins 2 minutes environ et de préférence de 3 minutes environ pour réaliser la polarisation cathodique dans le bain d'acide sulfurique électrolytique. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pendant la polarisation cathodique dans le bain d'acide sulfurique on prévoit au moins une interruption de courte durée du courant, de préférence pendant une durée d'au moins 3 à 5 secondes. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on réalise d'abord dans le bain d'acide sulfurique par lequel passe le courant une polarisation cathodique pendant une durée d'environ 2 à 3 minutes, suivie par une interrup- tion du courant pendant une durée d'au moins 3 à 5 secon- des, puis par une nouvelle mise sous tension pour une autre polarisation cathodique pendant une durée de 2 à 3 minutes environ. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les pièces sont lavées après l'activation dans de l'eau déionisée à une température d'environ 400 C à 601 C, et de préférence d'environ 501 C. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les pièces sont plongées après l'activation, le courant étant coupé, dans le bain de chrome dur galvanique, et en ce que seulement ensuite on branche le courant dans le bain de chrome dur. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on fait monter lentement le courant dans le bain de chrome dur galvanique jusqu'à la densité linéaire désirée. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on fait monter le courant pendant les premières 20 à 30 secondes environ à la moitié de sa densité linéaire, et de préférence à environ 25 A/dm 2, puis pendant environ les 20 à 40 secondes suivent jusqu'à la densité linéaire défini- tive pour le chromage dur qui est de préférence d'environ 50 A/dm 2. Vérin de travail, en particulier étançon hydraulique, dont la tige de piston est munie d'une couche protectrice qui résiste à l'usure et à la corrosion, et qui est réali- sée de préférence selon le procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 à 9, le recouvrement protecteur étant constitué par une couche de nickel de haute densité, dureté et ductilité, qui est appliquée au moyen d'un procédé connu de nickelage sans utilisation de courant, caractérisé en ce que la couche de nickel dont l'épaisseur est de 20 à 60 rm, de préférence de 30 à 40 rm, supporte une couche de chrome à micro-fissures dont l'épaisseur est de 20 à 80 v t et de préférence de 30 à 40 rm.