Brevet FR2595376A1 — publié le 19870911

Perfectionnements aPPortés aux procédés Pour l'élabora- tion de matériaux métalliques fibrés et aux matériaux ainsi obtenus. L'invention est relative aux matériaux métalliques fibrés, cette expression étant prise dans un sens très large et s'appliquant aussi bien pour désigner de simples fibres métalliques que des produits plus ouvrés résultant d'un enchevêtrement de fibres métalliques conduisant à la réalisation de feutres métalliques. De tels feutres métalliques peuvent être utilisés dans divers domaines techniques, notamment pour la réalisation de joints d'étanchéité dans des turbomachine s ; ces feutres métalliques doivent donc présenter un bon comportement en.milieu oxydant à haute température, une bonne tenue aux variations thermiques et une certaine résistance à l'érosion tout en restant abradables. On peut également utiliser des feutres métalliques comme support de catalyseur dans des pots d'échappement catalytiques de moteurs à combustion interne ; dans ce cas ces feutres devront présenter un bon comportement en milieu oxydant à haute température, une bonne tenue aux variations thermiques et une perte de charge aussi faible que possible pour les gaz d'échappement qui les traversent. Jusqu'a ce jour, on connaissait des matériaux métalliques fibrés (simple fibre métallique, feutre métallique) réalisés à partir d'un alliage métallique approprié par exemple un alliage fer-chrome-aluminium ou fer-nickel-chrome-aluminium- yttrium, cet alliage étant tréfilé ou griffé pour donner des fibres qui sont ensuite frittées sous vide. De tels produits ainsi obtenus (dont l'un est connu sous le nom de feutre BRUNSWICK TM 534), ne peuvent présenter que des compositions limitées car l'alliage de base à partir duquel on obtient les fibres doit être ductile pour permettre la réalisation de ces fibres par tréfilage ou griffage. La présente invention, qui concerne à la fois un procédé pour l'élaboration de matériaux métalliques fibrés et les matériaux ainsi obtenus, a pour but de remédier à cet inconvénient et de permettre une grande variété de compositions pour les fibres, ce qui conduit à une plus large gamme d'application impliquant une bonne résistance aux hautes températures, à la corrosion et aux chocs thermiques, possédant de bonnes propriétés mécaniques de résistance à l'érosion tout en restant abradable. L'invention concerne donc un procédé d'élaboration de matériaux métalliques à partir de fibres constituées essentiellement en fer, ledit procédé étant caractérisé par le fait que - on effectue sur ces fibres au moins un traitement de surface propre à créer un dépôt d'un premier métal d'apport, - et on soumet ensuite ces fibres recouvertes du premier métal d'apport à un traitement thermique qui provoque leur frittage et l'interdiffusion du fer et du premier métal d'apport. Selon une mise en oeuvre avantageuse de ce procédé, on soumet ensuite ces fibres à un traitement thermochimique propre à leur apporter un deuxième métal d'apport. Avantageusement, le traitement de surface consiste en une électrolyse. Le premier métal d'apport, apporté notamment par dépôt électrolytique, est choisi parmi l'un au moins des métaux suivants : nickel, cuivre, cobalt, cadmium, zinc, étain, argent, or, palladium, platine. On peut d'ailleurs envisager d'effectuer sur les fibres de fer plusieurs dépôts électrolytiques successifs des métaux cités ci-dessus. Le deuxième métal d'apport, apporté par traitement thermochimique, est choisi parmi l'un au moins des métaux suivants : chrome, tantale, aluminium, yttrium, hafnium. L'invention vise également les matériaux métalliques fibrés obtenus par la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus. L'avantage du matériau métallique fibré ainsi obtenu réside dans sa teneur en fer importante, car cette teneur en fer dépend d'une manière importante de la taille des fibres de fer dont le procédé selon l'invention part. La taille des fibres de fer de départ peut alors être choisie en fonction de l'application souhai- tée. Il sera donc possible, par exemple si l'on choisit des fibres de fer de dimensions relativement importantes, d'obtenir un matériau résistant bien à l'oxydation à haute température et à l'érosion tout en restant abradable (application à la réalisation de joints d'étanchéité) et présentant des pertes de charges réduites pour un gaz le traversant (application à la réalisation de pots d'échappement catalytiques). L'invention consiste, mises à part les dispose tions définies ci-dessus, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. L'invention pourra, de toute façon être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit dans lequel est donné, à titre d'exemple non limitatif, un mode de mise en oeuvre préféré du procédé selon l'invention. Les fibres de fer, à partir desquelles le procédé peut être mis en oeuvre, ont la forme de microcopeaux et leur section transversale peut être sensiblement triangulaire ou semi-cylindrique ; ces fibres peuvent être torsadées ou rectilignes. Le tableau ci-dessous donne un choix non limitatif de dimensions de ces fibres, ce tableau faisant apparaitre - dans la première colonne, le grade commercial des fibres commercialisées par les Etablissements GERVOIS - dans la deuxième colonne, la grande dimension transversale des fibres en micromètres, - dans la troisième colonne, la petite dimension transversale des fibres en micromètres. Grade Grande dimension Petite dimension transversale transversale 5 225 100 4 150 75 3 100 40 2 75 30 1 50 25 0 40 25 00 30 20 000 25 20 0000 20 10 Pour obtenir un coût de fabrication aussi bas que possible, il est avantageux d'utiliser comme maté riau de départ des fibres de fer que l'on trouve dans le commerce, du genre *laine d'acier" ou "paille de fer". Ces fibres de fer du commerce se présentent gé néralement sous forme de fibres longues et emmelées. Ces fibres sont donc coupées pour être transformées en fibres courtes de longueur inférieure à 10 mm. On peut utiliser à cet effet un broyeur à lames. Les fibres de fer courtes ainsi obtenues sont séparées les unes des autres et traitées par nickelage dans un tonneau d'électrolyse ; pour ce faire les fibres sont dispersées dans un bain de nickel classique (bain au sulfate-chlorure ou au sulfamate de nickel par exemple). Une fois la solution d'électrolyse chargée, elle doit être -vigoureusement agitée par des moyens mécaniques et/ou des moyens à circulation de gaz afin de maintenir les fibres. en suspension dans le bain. La durée du traitement de nickelage est fonction de la teneur en nickel désirée et donc de l'épaisseur de nickel à déposer sur les fibres. Les fibres de fer ainsi recouvertes d'un dépôt de nickel sont alors dispersées dans de l'eau, puis versées sur un tamis et sédimentées pour former un-gâteau. Ce gâteau conserve la forme du tamis et son épaisseur peut être adaptée à celle du matériau désiré. Le gâteau obtenu -par sédimentation est alors soumis à un traitement thermique qui conduit au frittage des fibres entre elles et à l'interdiffusion du fer et du nickel. Ce traitement thermique peut s'effectuer à 1050-C environ dans une atmosphère d'hydrogène humide (traitement sous cloche), ou dans une atmosphère d'hydrogène sec (traitement en four étanche), ou dans une atmosphère neutre (traitement sous argon) ou sous vide. La durée de ce traitement (qui peut être de l'ordre de 10 à 15 heures) doit être suffisante pour que la composition de la fibre soit transversalement homogène. Pour subir ce traitement thermique, le gâteau peut être posé sur une plaque en matériau réfractaire ou être interposé entre deux plaques en matériau réfractaire sollicitées l'une vers l'autre, ce qui permet d'obtenir une porosité déterminée. De plus, surtout dans le cas de fibres de dimensions élevées, le frittage est facilité par l'application d'une pression ajustable. On peut alors soumettre le matériau fibré ainsi obtenu à un ou plusieurs traitement thermochimique en phase vapeur, afin d'apporter à coeur un ou plusieurs éléments métalliques pour améliorer les propriétés thermiques et mécaniques des fibres. Ce traitement thermochimique peut consister en une chromisation ou en une aluminisation ou en une chromaluminisation. Le matériau ainsi obtenu présentera alors une bonne résistance à l'oxydation à haute température. REVENDICATIONS 1. Procédé pour l'élaboration de matériaux métalliques fibrés à partir de fibres constituées essentiellement en fer, caractérisé par le fait que - on effectue sur ces fibres au moins un traitement de surface propre à créer un dépôt d'un premier métal d'apport, - et on soumet ensuite ces fibres recouvertes du premier métal d'apport à un traitement thermique qui provoque leur frittage et l'interdiffusion du fer et du premier métal d'apport. 2. Procédé pour l'élaboration de matériaux métalliques fibrés selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on soumet ensuite ces fibres à au moins un traitement thermochimique propre v leur apporter un deuxième métal d'apport. 3. Procédé pour l'élaboration de matériaux métalliques fibrés selon l'une quelconque des revendications 1 & 2, caractérisé par le fait que le traitement de surface consiste en une électrolyse. 4. Procédé pour l'élaboration de matériaux métalliques fibrés selon l'une quelconque des revendications 1 a 2, caractérisé par le fait que le traitement de surface consiste en un traitement chimique. 5. Procédé pour l'élaboration de matériaux métalliques fibrés selon l'une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé par le fait que le premier métal d'apport est choisi parmi l'un au moins des métaux suivants : nickel, cuivre, cobalt, cadmium, zinc, étain, argent, or, palladium, platine. 6. Procédé pour l'élaboration de matériaux métalliques fibrés selon les revendications 3 et 5, caractérisé par le fait qu'on effectue sur les fibres de fer plusieurs dépôts électrolytiques successifs de nickel et/ou de cobalt et/ou de cadmium et/ou de cuivre et/ou de zinc et/ou d'étain et/ou d'argent et/ou de palladium et/ou d'or et/ou de platine. 7. Procédé pour l'élaboration de matériaux métalliques fibrés selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que le deuxième métal d'apport est choisi parmi l'un au moins des métaux suivants : chrome, tantale, aluminium, yttrium, hafnium. 8. Procédé pour l'élaboration de matériaux métalliques fibrés selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les fibres de fer de départ sont des fibres de fer du commerce préalablement transformées en fibres courtes de longueur inférieure à 10 mm. 9. Procédé pour l'élaboration de matériaux métalliques fibrés sous forme d'une feutre ou d'un tissu selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les fibres de fer recouvertes du premier métal d'apport sont conformées par sédimentation de façon à correspondre aux feutres ou aux tissus dési rés, puis ensuite soumises au traitement thermique provoquant leur frittage et l'interdiffusion du fer et du premier métal d'apport. 10. Procédé pour l'élaboration de matériaux métalliques fibrés selon la revendication 9, caractérisé par le fait que, pendant la durée de ce traitement thermique, on soumet les fibres sédimentées à une pression ajustable. 11. Fibre métallique caractérisée par le fait qu'elle est obtenue par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 12. Feutre métallique caractérisé par le fait qu'il est obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 10.