Brevet FR2540889A1 — publié le 19840817

PROCEDE POUR FORMER UN REVETEMENT RESISTANT A L'USURE SUR LA SURFACE D'UN SUBSTRAT METALLIQUE La présente invention a pour objet un procédé pour former, sur la surface d'un substrat métallique, un revêtement résistant à l'usure, constitué par une matrice d'alliage métallique a haute ténacité dans laquelle sont dispersés des grains d 1au moins un matériau d'apport, tel qu'un composé réfractaire dur, choisi parmi les carbures, les nitrures, les borures, les oxydes et les siii-ciures des éléments suivants :Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta Mo, W et Cr,ce matériau d'apport ayant une dureté supérieure à celle de cet alliage, Les procédés connus jusqu'à présent pour former un revêtement du genre qui vient d'être mentionné sur la surface d'un substrat métallique ne donnent pas entière satisfaction. L'un de ces procédés consiste à former ce revêtement par projection thermique, au moyen d'un appareil de projection à flamme, à arc ou à plasma, d'une poudre constituée par un mélange mécanique de particules d'alliage de matrice et de grains de matériau d'apport. Ce procédé présente l'inconvénient que la proportion maximale de matériau d'apport dans le revêtement obtenu est relativement faible, par exemple, au plus égale à 30% en poids par rapport au poids total du revêtement. Ceci résulte du fait que, kors de la projection, les particules de matériau d'apport restent à l'état solide alors que les particules de l'alliage de matrice sont au.moins partiellement fondues Par conséquent, lorsque les particules du mélange projeté arrivent en contact avec la surface du substrat métallique, une certaine proportion, qui peut etre importante, des particules de matériau d'apport rebondis- sent sur le substrat et ne restent pas dans la couche formée par collage des particules de l'alliage de matrice sur le substrat.Ceci se traduit par une perte en matériau d'apport qui augmente le cout de la mise en oeuvre du procédé. D'autre part, du fait que la résistance à l'usure du revEte- ment est une fonction directe de la proportion en matériau d'apport, la limitation de cette proportion se traduit par une limitation de la résistance à l'usure du revêtement. Selon d'autres procédés connus, on forme le revêtement par projection thermique de matériaux introduits dans la flamme, le plasma ou l'arc sous forme de tiges pleines constituées par une dispersion de grains du matériau d'apport dans l'alliage de matrice ou bien sous forme de tiges creuses ou tubes en alliage de matrice dont l'intérieur est rempli de grains de matériau d'apport, ou encore sous forme d'agglo mérats composites renfermant des grains du matériau d'apport entourés par l'alliage de matrice. Ces procédés présentent l'inconvénient de nécessiter une préparation spéciale, onéreuse, du matériau à projeter. De façon générale, tous les procédés connus susmentionnés présentent l'inconvénient supplémentaire que le matériau d'apport est introduit, lors de la projection dans la flamme, l'arc ou le plasma, en même temps que le matériau d'alliage de matrice, ce qui peut entralner des reactions chimiques indésirables de ce matériau se traduisant par une détérioration des propriétés du revêtement obtenu, notamment en ce qui concerne sa résistance à l'usure. D'aube part, le fait que le matériau d'apport-soit projeté thermiquement en méme. temps que le matériau de matrice peut se traduire par une certaine diffusion de ce matériau dans la matrice ce qui peut également affecter les propriétés du revêtement -obtenu. L'invention a pour but d'eliminer les inconvenients qui viennent d'être mentionnés en permettant l'obtention d'un revêtement pouvant renfermer une proportion de matériau d'apport dur bien supérieure à celle que l'on peut atteindre par les procédés connus, par exemple de l'ordre de 80% en poids.A cet effet, le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que l'on forme, sur la surface du substrat, une couche de matrice, par projection, au moyen d'une torche à plasma, de particules d'un alliage métallique de composition correspondant à celle de cette matrice, en faisant passer ces particules à travers le plasma de fa çon à provoquer leur fusion au moins partielle, et que l'on dépose sur cette couche des grains du matériau d'apport alors que la couche de matrice est au moins en partie dans un état de fluidité suffisante pour que ces grains pénètrent dans cette. couche. Comme dispositif de projection thermique a torche à plasma, on peut utiliser tout dispositif connu. Cependant, on peut avantageusement effectuer le dépôt de la couche de matrice au moyen d'une torche à plasma agencée de manière à produire simultanément un arc transféré et un arc non transféré. De préférence on effectue le dépôt des grains de matériau d'apport immédiatement après la formation de la couche de matrice, alors que celle-ci est encore au moins partiellement à l'état fondu. Conformément à un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux du procédé, on effectue simultanément le dépôt des grains de matériau d'apport sur la couche de matrice au fur et à mesure de la formation de cette couche, en faisant avancer progressivement le front de la couche de matrice le long de la surfacé du substrat et en faisant écouler les grains du composé réfractaire à proximite immédiate et en retrait du front de la couche de matrice, ces grains étant distribués à l'extérieur du plasma mais à l'intérieur d'une nappe de gaz inerte protecteur. L invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Ce dispositif est caractérisé par le fait qu'il comprend un distributeur de poudre disposé au dessous d'un récipient de poudre1 ce distributeur comprenant un organe transporteur de poudre comprenant un tambour entrainé en rotation à vitesse réglable, la périphérie de ce tambour étant munie d'alvéoles réceptrices de poudre, ce tambour étant disposé dans un logement, au dessous-du réservoir de poudre, de façon que la poudre puisse s'écouler par gravité dans le logement et soit recueillie dans les alvéoles du tambour au fur et à mesure de la rotation de celui-ci, une trémie réceptrice de poudre étant disposée de façon que la poudre entraînée dans les alvéoles du tambour s'y décharge, cette trémie étant prolongée par un conduit d'écoulement de poudre raccordé à une torche à plasma comprenant un dispositif d'alimentation en alliage métallique destiné à constituer la matrice du revêtement résistant à l'usure, indépendant de l'alimentation en matériau d'apport. L'invention sera mieux comprise grâce à la description détaillée qui va suivre, donnée à titre d'exemple, en se référant au dessin annexé dans lequel la figure unique représente une vue schematique en coupe d'une partie du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La partie du dispositif représentée au dessin comprend un réservoir 1 pour le matériau d'apport pulvérulent et un distributeur 2 de matériau d'apport placé au dessous du réservoir 1. Le distributeur 2 comporte un logement 3 relie à une trémie 4 , qui constitue la partie inférieure du réservoir 1, par un conduit d'amenée de poudre 5. Le logement 3 est de forme cylindrique mais comporte une partie élargie 6 dans laquelle débouche le conduit 5, de sorte que le matériau d'apport pulvérulent provenant du réservoir 1 s'accumule dans cette partie 6 sans remplir tout le logement 3. Un tambour rotatif 7, entraîné par un moteur (non représen te), est placE dans le logement 3 avec son axe de rotation légèrement décentré par rapport à l'axe du cylindre du logement 3. La périphérie du tambour 7 est muni d'alvéoles 8 ayant une forme telle que lorsque le tambour 7 tourne dans la direction indiquée par la flèche 9, du matériau d'apport pulvérulent est entraîné par ces alvéoles et déversé à l'extérieur du logement 3 dans un réceptacle conique 10. Le réceptacle 10 est placé à l'extrémité d'un conduit d'alimentation 11 raccordé, par exemple au moyen d'un conduit flexible, à la torche à plasma (non représentée) servant à l'application de la couche d'alliage de matrice sur la surface du substrat. Un tuyau d'admission 12 de gaz protecteur (par exemple de mélange d'argon et hydrogène) débouchant par une buse 13 au dessus du réceptacle 10 permet d'amener un courant de gaz protecteur, insuffle sous faible pression dans le conduit 11. Ainsi, le matériau d'apport entraîne dans ce conduit 11 est entouré d'une atmosphère protectrice ce qui permet d'éviter toute oxydation de ce matériau au moment où il-est distribué sur la couche d'alliage de matrice. En faisant varier la vitesse de rotation du tambour 7, on peut règler de manière très précise le débit d'alimentation en matériau d'apport, par exemple entre 15 grammes et 120 grammes par minute dans le cas ou ce matériau est constitué par du carbure de tungstène concassé sous forme de grains ayant une granulométrie de 0,4 à 0,8 millimètres L'interruption de l'alimentation s'effectue simplement par arret de la rotation du tambour 7. La partie inférieure du logement 3 est munie d'un prifice de vidange 14 obturé par un couvercle amovible 15. Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne de manière indépendante du dispositif d'alimentation de la torche à plasma en poudre d'alliage de matrice. Cependant, il peut être avantageusement juxtaposé à ce dernier dispositif. Exemple : En utilisant le dispositif d'alimentation qui vient d'être décrit et une torche à plasma alimentée par un courant électrique d'une intensité de i50 Ampères, on forme, sur la surface d'une vis d' rchimède d'alimentation en acier, une couche de matrice en alliage de composition suivante (exprimée en pourcentage pondéral) : Cr Cr : 28 W:4 C 1,2 Co : reste Le débit d'alimentation en alliage de matrice étant de 10 grammes/minute,on déplace la torche à plasma de façon à obtenir une couche de matrice déposée à l'état fondu ayant une épaisseur de l'ordre de 3 millimètres. Simultanément, on applique, au moyen du dispositif d'alimentation qui vient d'être décrit, du carbure de tungstène WC, concassé sous forme de grains de 0,4 à 0,8 millimètres, sur la couche de matrice avec un débit d'alimentation de 5 grammes/ minute, de façon que l'arrivée des grains de carbure de tungstène s'effectue à environ 5 millimètres en arrière de la zone d'application de l'arc transféré de la torche à plasma sur la pièce. On obtient ainsi un revêtement formé par une couche composite d'alliage de matrice contenant, sous forme dispersée de manière homogène, environ 50 % en poids de carbure de tungstène WC. Ce revêtement présente une résistance à l'usure très élevée. REVENDICATIONS 1. Procédé pour former, sur la surface d'un substrat métallique, un revêtement résistant l'usure, constitué par une matrice d'alliage métallique à haute ténacité dans laquelle sont dispersés des grains d'au moins un matériau d'apport, tel qu'un composé réfractaire dur, choisi parmi les carbures, les nitrures, les borures, les oxydes et les siliciures des éléments suivants :Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W et Cr, ce matériau d'apport ayant une dureté supérieure à celle de cet alliage, caractérisé par le fait que l'on forme, sur la surface du substrat, une couche de matrice, par projection, au moyen d'une torche plasma, de particules d'un alliage métallique de composition correspondant à celle de cette matrice, en faisant passer ces particules à travers le plasma de façon à provoquer leur fusion au moins partielle, et que l'on dépose sur cette couche des grains du matériau d'apport alors que la couche de matrice est au moins en partie dans un état de fluidité suffisante pour que ces grains pénètrent dans cette couche. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on effectue le dépôt de la couche de matrice au moyen d'une torche à plasma agencée de maniere à produire simultanément un arc transféré et un arc non transféré. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on effectue le dépôt des grains de matériau d'apport immédiatement après la formation de la couche de matrice, alors que celle-ci est encore au moins partiellement à l'état fondu. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on effectue le dépôt des grains de matériau d'apport sur la couche de matrice au fur et à mesure de la formation de cette couche1 en faisant avancer progressivement le front de la couche de matrice le long de la surface du substrat et en faisant écouler les grains du composé réfractaire à proximité immédiate et en retrait du front de la couche de matrice, ces grains étant distribués à l'extérieur du plasma mais a l'intérieur d'une nappe de gaz inerte protecteur. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un distributeur de poudre disposé au dessous d'un récipient de poudre, ce distributeur comprenant un organe transporteur de poudre comprenant un tambour entraîné en rotation à vitesse réglable, la périphérie de ce tambour étant munie d'alvéoles réceptrices de poudre, ce tambour étant disposé dans un logement, au dessous du réservoir de poudre, de façon que la poudre puisse s'écouler par gravité dans le logement et soit recueillie dans les alvéoles du tambour au fur et a mesure de la rotation de celui-ci, une trémie réceptrice de poudre étant disposée de façon que la poudre entraînée dans les alvéoles du tambour s'y décharge, cette trémie etant prolongéeparun conduit d'écoulement de poudre raccordé à une torche à plasma comprenant un dispositif d'alimentation en alliage métallique destiné à constituer la matrice du revêtement résistant à l'usure, indépendant de l'alimentation en matériau d'apport.