Brevet FR2547217A1 — publié le 19841214

La présente invention concerne un procédé de production d'extrudats creux en aluminium destinés à être utilisés sous vide et, plus particulièrement, un procédé de production d'extrudats creux en aluminium utilisés sous un vide profond, comme par exemple des conduites d'accélération de particules pour synchrotrons et accélérateurs analogues. Le terme "aluminium" utilisé dans le présent mémoire englobe l'aluminium et ses alliages. Alors que les conduites de ce genre pour accélérer les particules sont principalement fabriquées en acier inoxydable, on a constate depuis peu 10 de temps que l'aluminium convient pour cette application et il a donc été employé dans ce but du fait qu'il offre des avantages par rapport à l'acier inoxydable Par exemple, l'aluminium est moins apte à induire la radio-activité, il permet une atténuation plus rapide de la radioactivité quand celle-ci a été induite, il possède des propriétés supérieures de conductivité thermique 15 et de conductivité électrique, il présente une surface ayant un plus faible taux de dégazage et il est plus léger et plus facile à travailler L'intérieur d'une conduite d'accélération de particules, à travers laquelle les particules doivent être entrainées à grande vitesse, doit être maintenu sous un vide profond, de sorte que la façon d'établir dans la conduite un degré élevé de 20 vide constitue un problème d'importance. Pour établir le vide dans la conduite d'accélération de particules, on commence habituellement par dégraisser la surface intérieure de la conduite avec un solvant organique ou un produit analogue', après quoi on soumet de façon répétée la conduite à un traitement de dégazage que l'on effectue a 25 environ 150 e C pendamt 24 heures environ En combinaison avec ce traitement, on soumet également la surface intérieure de la conduite à un traitement de nettoyage par;abarges daens de l'hydrogène gazeux, de 1 'argon gazeux, de l'oxygène gazeux ou un gaz similaire Cependant, le processus nécessite beaucoup de temps, il est inefficace et reste encore à améliorer en ce qui 30 concerne le degré du vide. Pour maintenir un degré élevé de vide dans la conduite d'accélération de particules, il est essentiel de réduire les quantités de gaz susceptibles d'être libéréespar-la paroi intérieure de la conduite quand cette dernière est disponible en tant que produit fini La Demanderesse a procédé 35 une recherche expéri*ntale sur ce point et elle a trduvé que l'état du revêtement de la surface intérieure des cenduites d'aluminium influait grandement sur-le degré du vide. Cormme cela est bien connu, l'aluminium est fortement enclin à l'oxydation et il y a formation d'un revêtement d'oxyde sur la surface par contact avec l'oxygène En outre, quand on le laisse au repos en présense d'eau ou d'humidité, une pellicule d'oxyde hydraté se forme à la surface Plus la température de la réaction de formation de l'exyde hydraté est élevée, plus Sea rosesnce de la pellicule d$oxyde birate se % pro"xcge Damns un environnement à haute température, il se forme une pellicule de boehmite, de bialite 10 ou d'un oxide hydraté analogue A la différence de la pellicule d'oxyde dalum Dini Ium qui est formée enl'absence d'eau, la pellicule d'oxyde hydraté est très granuleuse et poreuse et présente des pores de formes complexes En outre, la pellicule d'oxyde hydraté est épaisse. Quand des conduites en aluminium sont formées par un procédé classi15 que d'extrusion, une pellicule d'oxyde hydraté se forme sur la surface intérieure de la conduite par contact avec l'atmosphère qui contient de l'eau. La pellicule présente une épaisseur élevée car l'aluminium est exposé pendant l'extrusion à une température élevée qui accélère la réaction de formation de la pellicule d'oxyde hydraté La pellicule d'oxyde hydraté, possédant les caractéristiques précitées et ayant une grande épaisseur, adsorbe une quantité imeportante d'eau En outre, étant donmné qu'elle n'est pas compacte, la pellicule déposée sur l'extrudat obtenu, adsorbe de l'eau, des hydrocarbures, de l'anhydride carbonique, de l'oxyde de carbone et des substances analogues contenus dans l'atmosphère et qui tendent à réduire le degré de vide De telles 25 substances ne sont pas entièrement éliminées par le traitement mentionné de nettoyage par décharges dans un gaz ou par le dégazage, mais restent partiellement adsorbées dans la pellicule La pellicule d'oxyde hydraté non seulement adsorbe ces sbet ces, ai elle et vr"qe-g alemeat l'elwiom à cause de ses caractéristiques précitées si bien que lesdites substances sont diffi 30 ciles à éliminer même par le processus de dégazage Ainsi ces substances emp Schent l'établissement d'un vide profond à l'intérieur de la conduite d'accélération de particules Par ailleurs, en chauffe la conduite d'aluminium telle qu'elle a été extrudée à une température élevée, puis on la refroidit dans de l'eau ou à l'air pour la faire durcir, de sorte qu'on confère à la 35 conduite une résistance mécanique améliorée La pellicule d'oxyde hydraté 25472 1 7 formée pendant l'extrusion se développe encore davantage pendant ce traitement alors que les substances réductrices du vide déjà adsorbées subissent une occlusion dans la pellicule. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients pré5 cités et de fournir un procédé de production d'extrudats creux en aluminium destinés à être utilisés sous vide, par exemple en tant que conduites d'accélération de particules à l'intérieur desquelles un vide profond doit être maintenu. L'invention a donc pour objet un procédé de production d'un extrudat 10 creux en aluminium destiné à être utilisé sous vide, et qui se caractérise en ce qu'il consiste à fermer hermétiquement l'extrémité avant ouverte d'un matériau façonné creux immédiatement après l'extrusion, -à couper le matériau faconné après qu'une longueur prédéterminée de celui-ci a été ultérieurement extrudée et, simultanément, fermer hermétiquement l'extrémité coupée, puis 15 à sectionner les extrémités fermées Avec ce procédé, la surface interieure de la partie creuse du matériau façonné est maintenue sensiblement hors de contact avec l'atmosphère pendant l'extrusion, en empêchant ainsi la formation de l'oxyde hydraté indésirable sur la surface intérieure mais en permettant, au lieu de cela, la formation d'une pellicule d'oxyde Cette pellicule d'oxyde, 20 qui est compacte et mince, risque beaucoup moins que la pellicule d'oxyde hydrat d'adsorber ou d'occlure les substances réductrices de vide De telles substance E même quand elles sont adsorbées ou occluses, sont faciles à extraire par un traitement de dégazage On peut donc maintenir l'extrudat, c'est-à-dire la conduite, sous un degré élevé de vide avec des quantités très fortement réduites de substances nuisibles dégagées par la surface intérieure de la conduite Ainsi on élimine ou on réduit l'importance du procédé fastidieux qui est habituellement nécessaire pour établir un degré amélioré de vide Les extrudats creux qu'on obtient par le procédé de l'invention ne sont pas seulement utilisés comme conduites d'accélération de particules mais aussi comme matériaux façonnés qu'on 30 doit maintenir sous un vide profond. Après que l'extrémité avant ouverte du matériau façonné a été hermétiquement fermée, il est particulièrement avantageux d'établir le vide dans la partie creuse du matériau façonné simultanément avec son extrusion plutôt que de poursuivre simplement l'opération d'extrusion Au lieu d'établir le 35 vide, on peut introduire un gaz inerte seul ou un mélange d'oxygène et d'un gaz inerte dans la partie creuse dès le point de départ de l'extrusion du matériau façonné Dans ce dernier cas, il est souhaitable que le mélange comprenne de 0,5 à 30 % en volume, de préférence de 1 à 10 % en volume, d'oxygène et que le complément-soit un gaz inerte Les gaz inertes qui convien5 nent sont normalement l'argon et l'hélium Du point de rue de l'aptitude à l'extrusion et de la résistance mécanique, les matériaux préférés pour les extrudats sont les alliages AA 6061, AA 6063 et des alliages analogues AlMg-Si. Les extrémités fermées opposées peuvent être sectionnées avant ou après le transport de l'extrudat creux à l'emplacement o il doit être utilisé. Si le vide n'estpas établi dans la partie creuse ou si aucun gaz inerte n'est introduit dans cette partie pendant l'extrusion, une petite quantité d'air pénètre dans le matériau façonné avant qu'il soit fermé hermétiquement à son extrémité avant ouverte, mais l'extrudat résultant présente un vide suffisamment important Même si un vide est établi dans la partie creuse ou si un 15 gaz inerte est introduit dans celle-ci, la partie creuse contient une quantité d'oxygène suffisante pour former une pellicule compacte d'oxyde. Quand on introduit un mélange d'oxygène et de gaz inerte dans le rapport précité dans la partie creuse du matériau façonné, l'épaisseur de la o pellicule d'oxyde formée est d'environ 20 à 30 A Si l'on opte pour d'autres 20 procédés, l'épaisseur de la pellicule sera évidemment beaucoup plus faible. En conséquence, dans le cas o l'extrudat est maintenu au repos dans l'atmosphère pendant une longue période de temps après que ses extrémités fermées opposées ont été sectionnées, la pellicule d'oxyde se développe jusqu'à l'établissement d'un équilibre dans l'environnement atmosphérique, en permet25 tant ainsi la formation d'une pellicule grossière d'oxyde hydraté sur la pellicule compacte d'oxyde qui a été formée dans l'environnement non oxydant La présence conjointe des deux pelliculesrisque alors d'aboutir à l'obtention d'un vide légèrement moins poussé Dans un tel cas, il est souhaitable d'utiliser le procédé d'introduction du mélange gazeux dans la partie creuse du 30 matériau façonné. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va être faite ci-après en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale montrant un extru35 dat creux en aluminium en cours de production; la figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle effectuée suivant la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe qui correspond à la figure 2 et qui montre un autre extrudat utilisé en combinaison avec l'extrudat de la figure 2 pour la réalisation d'une conduite d'accélération de particules; et la figure 4 est une vue en coupe longitudinale montrant l'extrudat qui contient un mélange gazeux hermétiquement enfermé dans celui-ci. La figure 1 représente une extrudeuse qui comporte un récipient connu 1, un bloc de poussée 2, une tige 3, une filière mâle à orifice 4, une 10 filière femelle à orifice 5, un porte-filière 6 et un sommier 7 La filière mâle 4 présente en son centre une sortie 8 d'injection de gaz Un canal à gaz 10, qui s'étend à partir d'une entrée de gaz 9 ménagée dans l'extrémité inférieure du porte-filière 6 jusqu'à la sortie 8, est formé dans la filière mâle 4 et le porte-filière 6 L'extrémité libre d'un tuyau 12, reliée à un-réservoir de gaz 15 11 est raccordée à l'entrée de gaz 9 Des extrudats creux 13 et 14, qui sont représentés en coupe transversale sur les figures 2 et 3 et qui servent à la construction d'une conduite d'accélération de particules sont produits par l'extrudeuse Les filières destinées à produire les extrudats 13 et 14 sont naturellement conformées chacune selon la forme de l'extrudat qu'on désire obtenir Des extrudats 13 et 14, d'une longueur prédéterminée, sont reliés l'un à l'autre en alternance pour former une conduite sans fin (non représentée) servant à accélérer des particules. Les extrudats 13 et 14 présentent respectivement des parties creuses et 16 pour le passage des particules, qui ont des sections transversales 25 elliptiques L'extrudat 13 comprend une partie creuse d'établissement du vide 17 qui est adjacente à la partie creuse 15 Les parties creuses 15 et 17 sont séparées par une cloison 27 présentant des orifices de communication situés à des intervalles prédéterminés L'extrudat 13 est muni de deux canaux d'eau de refroidissement 18 sur un c 8 té de la partie 15 de passage de particules, alors 30 que l'autre extrudat 14 comporte un canal d'eau de refroidissement 19 sur un c 8 té de sa partie creuse 16 Les canaux 18 et 19 présentent une petite section circulaire L'extrudat 13 présente des rainures 20 et 21 destinées à recevoir un fil gainé de chauffage servant à dégazer l'extrudat, la rainure 20 étant située entre les deux canaux 18 et 19 sur un coté de la partie creuse d'établis35 sement du vide 17 L'autre extrudat 14 est pourvu d'une rainure analogue 22 sur 254721 7 l'autre coté de sa partie creuse 16. Pour produire l'extrudat creux 13, on procède comme suit On commence par nettoyer les filières avec un produit caustique et on extrude une billette 23 en AA 6063 homogénéisée à 560 C pendant 3 heures, à une température de 500 C et à une vitesse de 10 m/mn sans employer aucun lubrifiant Simultanément avec l'extrusion, on injecte dans les parties creuses du matériau façonné 13 en cours d'extrusion, un mélange gazeux 24 de 7 % en volume d'oxygène, le complément étant de l'argon, sous une pression de 2 à 3 105 Pa, à partir du réservoir 11 et à travers le tuyau 12, le canal 10 et la sortie 8 Après qu'un 10 tronçon court de matériau 13 a été extrudé, on ferme hermétiquement son extrémité avant ouverte à l'aide d'une presse pour former une partie d'extrémité fermée 25 comme représenté sur la figure 1 Après qu'une longueur prédéterminée a été extrudée avec fourniture continue du mélange gazeux 24, on sectionne le matériau façonné 13 à l'aide d'une cisaille et, en même temps, on ferme hermé15 tiquement l'extrémité sectionnée du tronçon pour former ainsi l'autre extrémité fermée 26 On laisse ensuite refroidir intensément le matériau façonné 13 dans l'air jusqu'à 250 C avec le mélange gazeux 24 retenu dans celui-ci, puis on le refroidit spontanément et ensuite on le soumet à un effort de tension pour le rectifier Ultérieurement, on fait vieillir le matériau façonné résultant à 20 180 C pendant 6 heures Finalement, on sectionne les extrémités fermées 25 et 26 du matériau 13 sans utiliser ni huile ni soufflage d'air et on obtient ainsi un extrudat creux d'un format prédéterminé On prépare l'autre extrudat creux 14 de la meme manière si ce n'est qu'on utilise des filières différentes. L'extrudat porte sur sa surface intérieure une pellicule d'oxyde 25 mince et compacte Quand on dégaze l'extrudat à 150 C pendant 24 heures et qu'ensuite on contr 8 le le degré de vide, le taux de dégazage réalisé atteint -il 2 -132 1,31 10 Pa ú/s cm ( 103 torr '/s cm 2) On peut attribuer ce résultat à un phénomène tout à faitihattendu, à savoir aux caractéristiques de la pellicule intérieure d'oxyde, et plus précisément au fait que cette pellicule fonctionne 30 comme une pompe à vide pour adsorber les gaz qui restent à l'intérieur ues extrudats. REVENDICATIONS 1 Procédé de production d'un extrudat creux en aluminium destiné à être utilisé sous vide, caractérisé en ce qu'il consiste à fermer hermetiquement l'extrémité avant ouverte d'un matériau façonné creux immédiatement après l'extrusion, à couper le matériau façonné après qu'une longueur prédéterminée de celui-ci a été ultérieurement extrudée et, simultanément à fermer hermétiquement l'extrémité coupé, puis à sectionner les extrémités fermées. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on établit le vide dans la partie creuse du matériau façonné au cours de l'étape d'extru10 sion qui fait suite à la fermeture de l'extrémité avant ouverte. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on introduit un gaz inerte dans la partie ereuse du matériau façonné dès le point de départ de l'extrusion. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on intro15 duit un mélange d'oxygène et d'un gaz inerte dans la partie creuse du matériau façonné dès le point de départ de l'extrusion. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le mélange comprend de 0,5 à 30 % en volume d'oxygène, le complément étant constitué par un gaz inerte. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le mélange comprend de 1 à 10 % en volume d'oxygène, le complément étant constitué par un gaz inerte.