Brevet FR2540751A1 — publié le 19840817

SOUS-COUCHE FAVORISANT LE MAINTIEN EN PLACE D'UN REVETEMENT CONTENANT DU POLYTETRAFLUORETHYLENE, SUR UNE PIECE EN METAL ET PROCEDE D'OBTENTION D'UNE TELLE PIECE. Le revêtement d'une pièce en aluminium telle qu'un us- tensile pour la cuisson d'aliments constitue une opération bien connue et qui ne pose aucun problème insoluble. Parmi les différentes solutions connues, on peut citer celle qui prévoit la mise en place d'une sous-couche sur l'aluminium et la cuisson de cette sous-couche en un temps relativement rapide et à une température assez basse 600 à 6200 C. La cuisson menée ainsi est imparfaite, en ce sens que la sous-couche n'est pas entièrement vitrifiée et sa surface extérieure présente de nombreux cristaux à faces vives qui constituent autant de points-d'ancrage efficaces pour l'en- duit mis en place après et contenant du polytétrafluoréthylène ou analogue. Au contraire, le revêtement d'une pièce en métal autre que l'aluminium: acier, fonte et autres, pose des problèmes difficiles et, en tous cas, non résolus à ce jour. Des difficultés surviennent essentiellement en raison de traitements que la pièce en métal doit subir et qui sont, simultanément, néfastes à la sous-couche. Lorsqu'il s'agit de fonte, notamment, on est obligé de chauffer la pièce à environ 8000 C pendant un temps assez long. Or, aucune sous-couche connue ne supporte cette cuisson sans perdre en même temps ses cristaux à faces vives qui constituent les moyens d'ancrage de l'enduit au polytétra- fluoréthylène. On voit que la sous-couche doit présenter à la fois un état de surface particulier, pour remplir une mission mécanique d'accrochage, et des qualités physico-chimiques compatiblesavec les traitements que la pièce doit subir. L'effet mécanique d'accrochage résulte de la pénétra tion de l'enduit'au polytétrafluoréthylène dans les micro- 2 2540751 porosités de la sous-couche dont le nombre et la profondeur dépendent de la présence de cristaux intacts Cet effet ré- sulte aussi des cristaux à faces vives présents en surface et pénétrant, à la manière de crochets ou d'hameçons dans la matière constitutive de l'enduit. Or, sous l'effet de traitements rigoureux tels qu'une température élevée pendant un temps assez long, les cristaux disparaissent, ceux qui devraient être présents en surface étant étalés à plat, présentant une étendue continue à l'en- duit qui ne trouve plus ni passage pour s'y introduire ni relief pour s'y accrocher. La présente invention remédie tout particulièrement à cet inconvénient et permet de généraliser l'enduction de pièces avec un enduit au polytétrafluoréthylène, ou analo- gue, même lorsque ces pièces doivent subir des traitements rigoureux. A cette fin, l'invention a pour objet une sous-couche devant être disposée sur une pièce en métal portant-déjà un revêtement préalable de tout type connu, cette sous-cou- che devant favoriser le maintien en place d'un enduit sim- ple ou multiple contenant du polytétrafluoréthylène ou ana- logue, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux composants dont l'un contient essentiellement un produit que le revêtement préalable contient aussi, tandis que l'autre composant est de nature réfractaire, tel qu'un mélan- ge riche en alumine, l'enduit au polytétrafluoréthylène devant revêtir entièrement cette sous-couche. Selon d'autres caractéristiques de l'invention le produit que contiennent à la fois le revêtement préa- lable et la sous-couche est un mélange à haute fluidité à chaud et de nature peu réfractaire; le mélange a la composition suivante, les quantités étant exprimées en pourcentages du poids total de matières sèches fledspath 20 à 30 % silice 10 à 16 % borax 38 à 42 % sable blanc 12 à 16 % spath fluor _ 2 à 4 % kaolin 3 à 6 % phosphate tricalcique 0,7 à 1,1 % le mélange a la composition suivante, les quantités étant exprimées en pourcentages du poids total de matières sè- ches: feldspath 25 % silice 13 % borax 39,6 % sable blanc 14 % spath fluor 3 % kaolin 4,5 % phosphate tricalcique 0,9 % 100,0 % la sous-couche comprend trois composants, le premier con- tenant un produit commun à la sous-couche et au revêtement préalable, le deuxième étant un émail à point de fusion différent de celui du premier composant et le troisième étant un mélange de matières crues réfractaires dont la plus grande partie est formée d'alumine ou analogue; les trois composants ont des points de fusion étagés comme suit et exprimés en degrés centigrades premier composant 740 à 7800 C deuxième composant 590 à 6300 C troisième composant au-dessus de 1 0000 C le mélange formé par le premier et le deuxième composant comprend au moins un produit ayant un pouvoir dissolvant vis-à-vis des oxydes de fer; le produit que contiennent à la fois le revêtement préala- ble et la sous-couche étant présent dans le revêtement préalable pour environ 40 % en poids dudit revêtement, ce même produit se trouve dans la sous-couche pour environ % en poids, le deuxième composant représentant environ 30 % en poids et le troisième représentant environ 40 % en poids, L'invention a également pour objet un procédé pour ap- pliquer un enduit simple ou multiple, contenant du polyté- trafluoréthylène sur au moins une face d'une pièce en fonte cuite portant déjà un revêtement préalable ainsi que, le cas échéant, une couche d'émail sur au moins une autre face, caractérisé en ce que l'on recouvre la face devant recevoir l'enduit avec une sous-couche régulière contenant un compo- sant identique à l'un de ceu x du revêtement préalable et un composant réfractaire, que l'on porte le tout à une tempé- rature d'environ 8000 C, qu'après refroidissement on stocke éventuellement la pièce à l'abri de la poussière, que l'on met en place un enduit contenant du polytétrafluoréthylène et que l'on porte le tout à une température d'environ 4300 C. Selon un mode de réalisation particulier de ce procédé, l'enduit contenant du polytétrafluoréthylène étant du type à trois couches dites couche de base, couche intermédiaire et couche de finition, on place la couche de base après re- froidissement et stockage éventuel et on la sèche, on place ensuite la couche intermédiaire et-tout de suite après la couche de finition, puis on porte le tout à une température d'environ 4300 C. L'invention sera mieux comprise par la description dé- taillée ci-après faite en référence au dessin annexé Bien entendu, la description et le dessin ne sont donnés qu'à titré d'exemple indicatif et non limitatif. La figure 1 est une vue schématique montrant en coupe une petite partie d'une pièce en fonte dont une face porte un revêtement préalable et une sous-couche conforme à l'in- vention, avant cuisson de celle-ci mais après cuisson de la pièce; La figure 2 est une vue schématique montrant la même petite partie après cuisson de la sous-couche; La figure 3 est une vue schématique montrant la même petite partie finie, c'est-à-dire après mise en place d'un enduit multiple (à trois couches) contenant du polytétra- fluoréthylène; La figure 4 est une vue schématique partielle en coupe d'une pièce en fonte obtenue conformément à l'invention sous forme d'un récipient en fonte émaillée tel qu'une cocotte. En se reportant au dessin, on voit sur la figure 1 une petite partie d'une pièce en fonte 1 dont l'une des faces dite "extérieure" porte un émail à cuire 2 L'autre face dite "intérieure" porte un revêtement préalable 3 et, sur celui-ci on a disposé une sous-couche 4. Le revêtement préalable 3 est, dans la pratique, appe- lé une "masse" Cette masse a pour but de recouvrir la pièce en fonte l après refroidissement consécutif à sa coulée dans un moule. En effet, la fonte contient du carbone qui donne des combinés graphitiques, et il faut éliminer ce carbone car sa présence lors de la cuisson de l'émail 2 devant recou- vrir la pièce en fonte 1 ou, même, lors de l'utilisation de la pièce 1, entraînerait par chauffage le dégagement de gaz sous forme de bulles qui détruiraient l'émail 2 et rendrait la pièce 1 impropre à tout usage. Pour éliminer le carbone, il faut cuire la pièce à environ 8000 C et l'homme de métier sait qu'il faut, au préa- lable, recouvrir la pièce 1 avec la masse 3 qui est une fine couche, de 20 à 30 umd'épaisseur, d'un matériau très dur qui empêche la formation à la surface de la pièce d'oxydes de fer (Fe O, Fe 203 et parfois, Fe 304). Ce matériau est, par exemple, un mélangefritté de sable (silice), de borax et de mica associé à un émail non glacé, généralement appelé une "fritte". Ici, cet émail ou fritte, est formé de feldspath 20 à 30 % en poids silice 10 à 16 % " -borax 38 à 42 % sable blanc 12 à 16 % " " spath fluor 2 à 4 % " kaolin _ 3 à 6 % " " phosphate tricalcique 0,7 à 1,1 % " " Selon un exemple avantageux, on retiendra les quantités suivantes feldspath 25 % en poids silice 13 % " " borax 39,6 %" sable blanc 14 % " " spath fluor 3 % kaolin 4,5 % " phosphate tricalcique 0,9 % " Conformément à l'invention, la sous-couche 4 contient aussi cet émail ou fritte. Le rôle de cette sous-couche 4 est de fournir des moy- ens d'accrochage à l'enduit au polytétrafluoréthylène tout en étant elle-même bien ancrée à la masse 3. C'est pourquoi la sous-couche 4 contient un composant bien adapté à la fixation à la masse 3 et un composant bien adapté à l'accrochage de l'enduit. La sous-couche 4 est appliquée sur la masse 3, laquelle comprend des fondants qui favorisent un meilleur accrochage mécanique, notamment grâce à leur association avec un ou plusieurs produits ayant un pouvoir dissolvant vis-à-vis des oxydes de fer. Avant application, la sous-couche 4 se présente sous forme de barbotine de densité de 1,720. Après cuisson de cette sous-couche 4, comme expliqué plus loin, elle doit présenter une épaisseur de 90,ui 15 u. La cuisson de la sous-couche 4 se fait à-790 'C + 10 'C pendant environ dix minutes. Cette cuisson a une grande importance et il faut veil- ler au maintien de la température à 100 C près et au temps de cuisson qui doit être aussi constant que possible. Après cette cuisson, les pièces peuvent être stockées à l'abri des poussières avant de recevoir l'enduit au polyté- trafluoréthylène mais elles ne doivent pas être posées les unes sur les autres car cela pourrait endommager l'état de surface de la sous-couche 4. Cet état de surface est très important et on a tenté d'en donner une représentation symbolique sur la figure 2. Les composants fondants de la sous-couche 4 ont pénétré dans les micropores de la masse 3, du fait de leur haute fluidité à chaud et de leur caractère peu réfractaire. Les composants réfractaires de la sous-couche 4 ne sont pas vitrifiés et déterminent en surface un réseau de cristaux à surfaces vives 5. Chaque cristal dépassant sera inséré dans l'enduit qui sera déposé sur la souscouche 4 et formera un point d'accrochage. Mais cette surface ne doit pas être trop rugueuse Elle doit présenter de 250 à 300 pointes par pouce carré, donnant à l'ensemble un "profil" régulier dont dépend l'uniformité de l'enduit au polytétrafluoréthylène. On fait en sorte que la sous-couche ne contienne aucun métal lourd tel que: plomb, cadmium, baryum, arsenic, sélé- nium, mercure, argent, etc. Sa teneur en fluor est inférieure à 0,03 milligrammes au pouce carré et sa teneur en lithium est inférieure à 0,1 milligrammes par pouce carré. On voit qu'une sous-couche-4 conforme à l'invention est une heureuse combinaison entre un émail pur et un composite standard. Outre la fritte définie ci-dessus, la sous-couche 4 comprend un émail dont le point de fusion est différent de celui de la fritte ( 6101 C au lieu de 7600 C pour la fritte). Un tel mélange procure un effet satiné pour les émaux de revêtements, c'est-à-dire produit une certaine porosité qui est, ici, une qualité essentielle pour faciliter l'ac- crochage de l'enduit. La sous-couche 4 comprend aussi un composite de matières crues dont de l'alumine pour environ 70 % afin de donner à la sous-couche une composante réfractaire, devant donner naissance au réseau de cristaux à surfaces vives 5, qui ne peuvent exister que parce qu'ils sont en une matière qui ne fond pas aux températures de traitement. Lorsque la masse 3 contient environ 60 % d'un mélange fritté de sable, de borax et de mica et environ 40 % de la fritte décrite plus haut, cette dernière se trouve aussi- dans la sous-couche 4 mais à raison de 30 % environ Le second émail à point de fusion différent est présent pour environ 30 % aussi et le composite réfractaire riche en alu- mine pour 40 % environ. Le composite réfractaire contient beaucoup d'alumine ( 70 %) car outre ses cristaux réfractaires, elle présente l'avan- tage d'augmenter la viscosité et la dilatation des éléments de sous-couche 4, ce qui rapproche *son coefficient de dila- tation de celui de la fonte. Tous ces matériaux entrant dans la composition de la sous- couche 4 sont broyés avec 50 % en poids d'eau. La barbotine est passée au tamis de 400 mailles par pouce carré et doit être amenée à un refus de 11 centimètres cubes, plus ou moins 1 centimètre cube Pour une prise de 50 centi- mètres cubes, le restant de la mouture est inférieur à 38 y. Les caractéristiques physiques de la cristallisation à la surface de la sous-couche 4 ontune importance capitale, comme on l'a vu, pour l'accrochage de l'enduit Or, ces caractéris- tiques dépendent pour une grande part de la granulométrie des matériaux et l'on doit veiller à sa constance. A titre d'exemple, on peut procéder ainsi Dans un broyeur de 55 litres, on introduit 34 kilos de billes, dont 70 % ont un diamètre de 30 millimètres et 30 % ont un diamètre de 50 millimètres. Le broyeur est entraîné à 68 tours/minutes et l'on charge le broyeur avec 15 kilos de matières sèches. Si toute la quantité produite n'est pas utilisée, il faut remettrele reste en suspension et éviter tout dépôt dû à la sédimentation car cela changerait les caractéristiques granulométriques. Lorsque la sous-couche 4 est cuite et se présente comme l'évoque la figure 2, on peut mettre l'enduit en place. Pour illustrer l'invention, on a retenu l'exemple d'un enduit multiple à trois couches: une couche de base 6, une couche intermédiaire 7 et une couche de finition 8 (fig 3). On commence par appliquer la couche de base 6 et on la fait sécher Puis on applique la couche intermédiaire 7 et, tout de suite après, la couche de finition 8. On procède alors au chauffage de l'ensemble à environ 430 o C. La pièce est terminée. Sur la figure 4, on voit une partie d'une pièce réelle 10 telle qu'un récipient creux du genre cocotte. A l'extérieur, se trouve l'émail de décor 2, placé sur la pièce de fonte 1 Contre celle-ci, mais sur la face inté- rieure, se trouve la masse 3, puis la sous-couche 4 et, enfin les trois couches de l'enduit au polytétrafluoréthylène 6, 7 et 8. Ainsi réalisé, le récipient présente tous les avantages de la fonte et tous les avantages des enduits au polytétra- fluoréthylène: nettoyage aisé, pas d'accrochage des ali- ments, etc. On a choisi d'illustrerl'invention en décrivant l'appli- cation à une pièce en fonte émaillée mais, comme on l'a in- diqué plus haut, l'invention s'applique à l'enduction de pièces en tous métaux et, en particulier, aux récipients en acier tels que casserolles, faitouts et analogues. REVENDICATIONS 1 Sous-couche devant être disposée sur une pièce en mé- tal ( 1) portant déjà un revêtement préalable de tout type connu, cette sous-couche devant favoriser le maintien en place d'un enduit simple ou multiple contenant du polytétra- fluoréthylène, ou analogue, caractériséeen ce qu'elle comprend au moins deux composants dont l'un contient essen- tiellement un produit que le revêtement préalable ( 3) con- tient aussi, tandis que l'autre composant est de nature réfractaire, tel qu'un mélange riche en alumine, l'enduit devant revêtir entièrement cette sous-couche ( 4). 2 Sous-couche selon la revendication 1, caractérisée en ce que le produit que contiennent à la fois le revête- ment préalable ( 3) et la sous-couche ( 4) est un mélange à haute fluidité à chaud et de nature peu réfractaire. 3 Sous-couche selon la revendication 2, caractérisée en ce que le mélange a la composition suivante, les quantités étant exprimées en pourcentages du poids total de matières sèches: feldspath 20 à 30 % silice 10 à 16 % borax 38 à 42 % sable blanc 12 à 16 % spath fluor 2 à 4 %- kaolin ' 3 à 6 % phosphate tricalcique 0,7 à 1,1 % 4 Sous-couche selon la revendication 3, caractérisée en ce que le mélange a la composition suivante, les quantités étant exprimées en pourcentages du poids total de matières sèches: feldspath 25 % silice 13 % borax 39,6 % sable blanc 14 % spath fluor 3 % kaolin 4,5 % phosphate tricalcique 0,9 % % Sous-couche selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend trois composants, lé premier contenant un produit commun à la sous-couche ( 4) et au revêtement préa- lable ( 3),-le deuxième étant un émail à point de fusion dif- férent de celui du premier composant, et le troisième étant un mélange ou composite, de matières crues à très haut point de fusion, dont la plus grande partie est formée d'alumine ou analogue. 6 Sous-couche selon la revendication 5 caractérisée en ce que les trois composants ont des points de fusion étagés comme suit et exprimés en degrés centigrades premier composant 740 à 7800 C deuxième composant 590 à 6300 C troisième composant au-dessus de 1 000 %C 7 Sous-couche selon la revendication 5, caractérisée en ce que le mélange formé par le premier et le deuxième compo- sant comprend au-moins un produit ayant un pouvoir dissol- vant vis-à-vis d'oxydes de fer. 8 Sous-couche selon la revendication 5, caractérisée en ce que le produit que contiennent à la fois le revêtement préa- lable ( 3) et la sous-couche ( 4) étant présent dans le revê- tement préalable ( 3) pour environ 40 % en poids dudit revê- tement ( 3), ce même produit se trouve dans la sous-couche ( 4) pour environ 30 % en poids, le deuxième composant représentant environ 30 % en poids et le troisième représentant environ % en poids. 9 Procédé pour appliquer un enduit, simple ou multiple, contenant du polytétrafluoréthylène ou analogue, sur au moins une face d'une pièce en métal ( 1) portant déjà un revêtement préalable ( 3) ainsi que, le cas échéant, une cou- che d'émail ( 2) sur au moins une autre face, caractérisé en ce que l'on recouvre la face devant recevoir l'enduit avec, une sous-couche ( 4) régulière contenant un composant identi- que à l'un de ceux du revêtement préalable ( 3) et un compo- sant de nature réfractaire, que l'on porte le tout à une tem- pérature d'environ 800 'C, qu'après refroidissement on stocke éventuellement la pièce ( 1) à l'abri de la poussière, que l'on met en place un enduit contenant du polytétrafluoréthy- lène ou analogue et que l'on porte le tout à une température d'environ 430 C, puis, enfin, qu'on laisse refroidir la pie- ce ( 1) qui est, ainsi, terminée. 10 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'enduit contenant du polytétrafluoréthylène étant du type à trois couches dites: couche de base ( 6), couche in- termédiaire ( 7) et couche de finition ( 8), on place la cou- che de base ( 6) après refroidissement et stockage éventuel et on la fait sécher, on place ensuite la couche intermé- diaire ( 7) et, toute de suite après, la couche de finition ( 8), puis on porte le tout à une température d'environ 430 C, puis on laisse refroidir la pièce ( 1) qui est, ainsi, ter- minée.