Brevet FR2556070A1 — publié le 19850607

Procédé de fabrication d'une garniture mécanique d1étanchéité pour machine rotative u7 s La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une garniture mécanique d'étanchéité pour machine rotative, ce procédé étant d'un type dans lequel on fixe une pièce d'étanchéité, constituée par un matériau céramique, sur un support métallique. Dans certaines machines rotatives qui doivent fonctionner dans des conditions spéciales, ltétanchéité entre la partie fixe et la partie tournante est difficile à réaliser. Par exemple certaines pompes rotatives doivent véhiculer des fluides corrosifs, ou doivent fonctionner à haute température, ou enfin doivent présenter une très grande résistance à l'usure. Pour résoudre les problèmes qui se posent alors, il est connu d'utiliser pour la construction de ces machines des garnitures mécani- ques d'étanchéité constituées d'un matériau céramique. Ces garnitures doivent avoir une dimension relativement importante pour pouvoir être fixées, par des moyens mécaniques connus, sur la partie fixe ou sur la partie tournante de ces machines. Compte-tenu du prix élevé des matériaux céramiques utilisés pour la réalisation de ces garnitures, on a cherché à diminuer le prix de revient en réalisant des garnitures mécaniques composites formées d'un support métallique sur lequel est fixée une pièce d'étanchéité en céramique dont les dimensions sont réduites à celles strictement nécessaires pour assurer la fonction d'étanchéité au contact des deux parties de la machine en rotation mutuelle. On a proposé de réaliser la fixation de la pièce céramique d'étanchéité sur le support par collage et par brasure. Mais il est apparu que la fixation par collage présente l'inconvénient de diminuer la résistance mécanique et la tenue en température. La fixation par brasure nécessite une opération longue et délicate de métallisation des pièces céramiques, cette métallisation devant s'accompagner de plusieurs traitements thermiques. D'autre part, les matériaux de brasure utilisés sont des métaux précieux tels que le titane. Enfin ces brasures présentent aussi l'inconvénient d'etre trop sensibles à la corrosion et d'avoir une résistance insuffisante à la température compte-tenu des différenoes de coefficients de dilatation entre les céramiques et les métaux utilisés. La présente invention a pour but de réaliser une garniture mécanique composite d'étanchéité pour machines rotatives ne présentant pas les inconvénients de celles proposées dans l'art antérieur. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une garniture mécanique d'étanchéité pour machines rotatives, du type spécifié ci-dessus, caractérisé en ce que la pièce d'étanchéité est fixée sur le support par un pressage à chaud de cette pièce sur un substrat métallique, la température du pressage étant inférieure à la température de fusion du substrat, le pressage à chaud étant suivi d'un refroidissement à la température ambiante, le matériau métallique du substrat étant choisi suffisamment mou pour absorber les contraintes provoquées par les différences de dilatation pendant le refroidissement. Des modes particuliers de mise en oeuvre du procédé selon la présente invention sont décrits ci-dessous, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique représente la disposition des éléments d'une garniture mécanique juste avant l'opération de pressage à chaud. Sur cette figure, un support métallique 1, de forme générale tubulaire selon un axe 2, est disposé verticalement sur un socle horizontal 3. L'extrémité supérieure du support 1 comporte un évidement intérieur 4 cylindrique, sur le fond duquel est posé une rondelle métallique 5 de forme annulaire. Sur la face supérieure de la rondelle 5 est placée une pièce d'étanchéité 6 également de forme annulaire. La pièce d'étanchéité 6 est constituée par un matériau céramique tel qu'un carbure de silicium, une alumine, un sialon, un nitrure de silicium ou un carbure de titane. On rappelle que le sialon est une céramique de silicium et d'aluminium comportant de l'oxygène et de l'azote. Le matériau métallique constituant le support 1 peut être par exemple une fonte, un acier, un acier inoxydable, un acier allié, une alliage léger ou un métal euivreux. Le matériau métallique constituant la rondelle 5 est un métal mou dont le point de fusion est inférieur à celui du matériau dont est constitué le support 1. Le matériau constituant la rondelle 5 peut être par exemple formé d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium, de plomb, de fer, de nickel, de cobalt ou de cuivre. De préférence, on place l'ensemble représenté sur la figure dans une enceinte sous vide, sous atmosphère neutre ou sous atmosphère réductrice. Puis on chauffe cet ensemble à une température voisine mais inférieure au point de fusion du matériau constituant la rondelle 5. Simultanément, on exerce une pression sur la pièce d'étanchéité 6 dans le sens des flèches 7. Puis on laisse refroidir l'ensemble à la températureambiante. On ne constate aucune rupture au cours du refroidissement, car le métal constituant la rondelle est suffisamment mou pour absorber les contraintes provoquées par les différences de dilatation entre la pièce céramique et le support métallique. Après refroidissement, la pièce d'étanchéité est solidement fixée sur le support par l'intermédiaire du substrat constitué par la rondelle intermédiaire en métal mou. Lorsque le matériau constituant le Support métallique est suffisamment mou, comme l'aluminium, il est possible d-'effectuer le pressage à chaud de la pièce céramique sur le support directement, sans utiliser de rondelle intermédiaire. Dans ce cas c'est le bord du support en contact avec la pièce céramique qui constitue le substrat métallique assurant la liaison entre la pièce et le support. Une garniture mécanique obtenue par le procédé selon l'invention peut être fixée par l'intermédiaire de son support, à l'aide de moyens de fixation connus, sur une première partie d'une machine rotative, de façon que la pièce d'étanchéité vienne s'appliquer sur une deuxième partie de cette machine en contact rotatif avec la première partie, cette pièce assurant l'étanchéité entre les deux parties. A titre indicatif, deux exemples de procédé de fabrication de garnitures mécaniques sont donnés ci-dessous. 1er EXEMPLE Le support est en acier inoxydable, la pièce d'étanchéité en carbure de silicium et la rondelle intermédiaire en aluminium. Après dégraissage des éléments, l'ensemble tel que montré sur la figure est placé dans une enceinte sous un vide de 10 2 torr environ. 2 L'ensemble est ensuite chauffé à 6100C etune pression de 125 Kg/cm est appliquée simultanément selon la direction des flèches 7 pendant 30 mi nutes. On obtient après refroidissement une garniture composite dont la 2 résistance à l'arrachement de la pièce céramique est de 530 Kg/cm2. 2ème EXEMPLE Le support est constitué par un superalliage de nickel-chrome, la pièce céramique est en sialon et la rondelle intermédiaire en aluminium. Après dégraissage des éléments, l'ensemble est placé dans une enceinte sous une atmosphère d'argon hydrogénée, contenant 10% d'hydrogène. L'ensemble est ensuite chauffé à 6000C et une pression de 130 Kg/cm2 est appliquée selon la direction des flèches 7 pendant 15 minutes. On obtient une liaison céramique-métal dont la résistance à l'arrachement est de 505 Kg/cm2. Dans le cas où la -garniture doit etre en contact avec un fluide corrosif, une protection de la rondelle en aluminium est effectuée par oxydation anodique sans diminution des performances de la liaison (herméticité et tenue mécanique). Les garnitures mécaniques obtenues par le procédé selon la présente invention peuvent être appliquées à la réalisation de machines rotatives telles que des pompes. REVENDICATIONS 1/ Procédé de fabrication d'une garniture mécanique d'étanchéité pour machine rotative, comprenant la fixation sur un support métallique d'une piece-d'étanchéité constituée par un matériau céramique, caractérisé en ce que la pièce d'étanchéité (6) est fixée sur le support (1) par un pressage à chaud de cette pièce sur un substrat métallique (5), la température de pressage étant inférieure à la température de fusion du substrat, le pressage à chaud étant suivi d'un refroidissement à la température ambiante, le matériau métallique du substrat étant choisi suffisamment mou pour absorber les contraintes provoquées par les différences de dilatation pendant le refroidissement. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat est constitué par un bord dudit support métallique. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat (5) est constitué par un matériau présentant une température de fusion inférieure à eelle du matériau dudit support (1), ce substrat étant disposé, avant le pressage à chaud, entre la pièce d'étanchéité et le support, la liaison du substrat au support étant réalisée au cours de l'opération de pressage à chaud. 4/ Procédé selon la revendication d, caractérisé en ce que le matériau céramique constituant ladite pièce d'étanchéité (6) est choisi dans le groupe formé par les carbures de silicium, les alumines, les sialons, les nitrures de silicium et le carbure de titane. 5/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce. que le matériau métallique constituant ledit support (1) est choisi dans le groupe formé par la fonte, l'acier, l'acier inoxydable, les aciers alliés, les alliages légers et les métaux cuivreux. 6/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau métallique constituant ledit substrat (5) est choisi dans le groupe formé par l'aluminium, les alliages d'aluminium, le plomb, le fer, le nickel, le cobalt et le cuivre. 7/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pressage à chaud est effectué sous vide. 8/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pressage à chaud est effectué sous atmosphère neutre. 9/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pressage à chaud est effectué sous atmosphère réductrice.