Brevet FR2595800A1 — publié le 19870918

DISPOSITIF POUR L'HOMOGENEISATION ET LA REGULATION DE L'ATMOSPHERE DE TRAITEMENT D'UN FOUR DE TRAITEMENT THERMOCHIMIQUE DE METAUX SOUS ATMOSPHERE RAREFIEE. La présente invention concerne un dispositif pour l'homogénéisation et la régulation de l'atmosphère de traitement d'un four de traitement thermochimique de métaux sous atmosphère raréfiée et, en particulier, mais non exclusivement, d'un four de traitement par bombardement ionique. On rappelle à ce sujet que les fours utilisés pour effectuer de tels traitements font nécessairement intervenir une enceinte étanche munie d'éléments de support de la charge à traiter, des moyens permettant de réaliser, à l'intérieur de l'enceinte, une atmosphère de traitement présentant la composition gazeuse désirée à la pression et à la température requises, ainsi que des moyens de chauffage des pièces à traiter. Dans le cas de traitement thermochimique par bombardement ionique, ces fours comprennent en outre, reliées à un générateur électrique extérieur à l'enceinte, une anode pouvant consister en la paroi de l'enceinte et une liaison électrique apte à porter la pièce à traiter à un potentiel cathodique. Habituellement, la paroi de l'enceinte est "froide" et comprend une double paroi refroidie par circulation d'un fluide caloporteur, par exemple de l'eau, dans le volume intercalaire compris entre les deux parois. Le volume intérieur du four dans lequel s'effectue le traitement est alors thermiquement isolé de la paroi au moyen d'une deuxième enceinte, intérieure à la première et réalisée en un matériau thermiquement isolant (cette deuxième enceinte est habituellement appelée "casing"). Le purgeage du four ainsi que l'établissement de la basse pression à laquelle doit s'effectuer le traitement sont alors assurés par une installation de pompage à vide raccordée à l'enceinte par un circuit d'aspiration traversant les susdites parois. La composition gazeuse intervenant dans le traitement est, quant à elle, obtenue par injection de gaz au moyen d'une buse d'injection traversant les parois de l'enceinte et raccordée à la source de gaz de traitement. Il s'avère que selon les techniques actuellement en vigueur, en raison de la conjugaison d'effets du pompage et de l'injection des gaz de traitement à l'intérieur du four, il se produit à l'intérieur du volume où s'effectue le traitement des courants de gaz conduisant à une hétérogénéité de la composition gazeuse autour des pièces à traiter et, en conséquence, du traitement effectué sur ces pièces. L'invention a donc plus particulièrement pour but de résoudre ce problème. A cet effet, elle propose tout d'abord d'effectuer l'injection de gaz de traitement au moyen d'un circuit de distribution comprenant une multiplicité d'orifices d'injection uniformément répartis autour du volume où s'effectue le traitement, à l'intérieur de l'enceinte thermiquement isolante. Une telle 'disposition qui améliore notablement la qualité du traitement ne suffit pas à elle seule pour supprimer totale ment les hétérogénéités précédemment évoquées, en particulier celles qui sont provoquées par le circuit d'aspiration. C'est la raison pour laquelle l'invention prévoit également un circuit d'aspiration comprenant une multiplicité d'orifices d'aspiration uniformément répartis autour du volume où s'effectue le traitement. Bien entendu, de multiples modes d'exécution peuvent être envisagés pour la réalisation des circuits de distribution de gaz de traitement et d'aspiration précédemment définis. Toutefois, en ce qui concerne le circuit d'aspiration, l'invention propose une solution particulièrement avantageuse consistant à utiliser une enceinte thermiquement isolante ("casing") en un matériau perméable au gaz, cette enceinte étant espacée de la paroi du four de manière à délimiter avec celle-ci un volume libre intercalaire dans lequel débouche un conduit d'aspiration. Dans ce cas, le volume intercalaire sert à la fois de volume tampon et de répartiteur de dépression autour de l'enceinte isolante, tandis que l'aspiration des gaz de traitement s'effectue d'une façon uniforme par les porosités de cette enceinte. L'invention concerne en outre un système de régulation permettant, à l'intérieur du four, d'assurer une atmosphère de traitement appropriée présentant la pression et la composition requises, ce système comprenant plus particulièrement - une première vanne de régulation de débit placée dans le circuit d'aspiration - un capteur de pression sensible à la pression régnant à l'intérieur du four, de préférence dans le volume de celui-ci où s'effectue le traitement - un dispositif de régulation agissant sur la première vanne de régulation en fonction de l'écart entre la pression détectée par le capteur et d'une pression de consigne affichée par l'opérateur - une deuxième vanne de régulation de débit montée dans le circuit d'injection de gaz t et - un dispositif d'asservissement permettant de maintenir le débit de gaz à un niveau constant affiché par l'opérateur. Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ciaprès, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une coupe axiale schématique d'un four équipé d'un dispositif pour l'homogénéisation et la régulation de l'atmosphère de traitement ; La figure 2 est une vue schématique partielle, en perspective, du circuit de distribution de gaz utilisé dans le four illustré sur la figure 1 t La figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2 mais montrant un autre mode d'exécution du circuit de distribution. Tel que représenté sur la figure 1, le four 1 comprend une enceinte étanche classique 2, de forme cylindrique. Cette enceinte 2 peut comprendre une double paroi, avec refroidissement par eau. Toutefois, pour éviter la complexité du dessin, on n'a représenté qu'une seule paroi. Cette enceinte est thermiquement isolée du volume central intérieur du four V, où s'effectue le traitement, par une deuxième enceinte 3 "casing" réalisée en une matière thermiquement isolante telle que, par exemple, de la fibre d'alumine, cette enceinte 3 étant coaxiale à l'enceinte 2 et espacée de celle-ci par un volume intercalaire 4.De par sa structure et sa constitution, cette enceinte 3 est perméable au gaz, de sorte que sous l'effet d'une différence de pression entre le volume intérieur à l'enceinte 3 et le volume intercalaire 4, le gaz pourra circuler par les porosités de la matière isolante, d'une façon homogène sur toute son étendue. A l'intérieur de l'enceinte 3 peuvent être prévus des moyens de chauffage tels que, par exemple, des résistances électriques ainsi que des éléments de support des charges à traiter. En outre, dans le cadre d'un four de traitement par bombardement ionique, l'enceinte pourra être portée à un potentiel anodique, tandis qu'une liaison électrique passant à travers la paroi du four sera prévue pour porter les pièces à traiter à un potentiel cathodique. Ces différents équipements qui ne constituent pas l'objet de l'invention et peuvent être réalisés de façon connue, n'ont pas été représentés. L'établissement de la pression de traitement (basse pression) à l'intérieur du four est assuré par une pompe à vide 5 connectée à un orifice d'aspiration 6 prévu dans l'enceinte par l'intermédiaire d'un circuit d'aspiration 7 comprenant une vanne de régulation commandable 8 actionnée par un dispositif de régulation 9 couplé à un processeur 10. Celui-ci a été schématiquement représenté par une console (clavier/moniteur à unité centrale incorporée). Ce processeur 10 reçoit par ailleurs un signal représentatif de la pression à l'intérieur du four et, de préférence, à l'intérieur de l'enceinte 3, qui est fourni par un capteur 12. On obtient ainsi une régulation de la pression à une valeur de consigne que l'opérateur peut rentrer sur le clavier, la vanne de régulation 8 étant alors pilotée en fonction de l'écart entre la pression fournie par le capteur 12 et la valeur de consigne. L'obtention de la composition gazeuse à l'intérieur de l'enceinte 3 et, plus précisément, dans le volume V où s'effectue le traitement, s'obtient au moyen d'un dispositif d'injection de gaz de traitement comprenant une source de gaz de traitement 13 (ou de mélange gazeux) connecté à un circuit de distribution 14 situé à l'intérieur de l'enceinte 3, par l'intermédiaire d'un circuit d'injection 15 traversant les deux enceintes 2, 3 et comprenant une vanne de régulation 16. Cette vanne de régulation 16 est pilotée par un dispositif d'asservissement 17 permettant de maintenir le débit de gaz constant à une valeur de consigne déterminée indiquée sur le clavier par l'opérateur. Dans l'exemple des figures 1 et 2, le circuit de distribution 14 fait intervenir une pluralité de rampes 14', 14" semi-circulaires, connectées les unes aux autres par des tubulures axiales 18, 19 et qui s'étendent coaxialement à l'enceinte 3 en formant une succession d'anneaux axialement décalés les uns par rapport aux autres de manière à couvrir la totalité du volume intérieur V du four où s'effectue le traitement. Chacune de ces rampes comprend une pluralité d'orifices d'injection de gaz (flèches 20) orientés vers le centre du four. Ces orifices convenablement répartis sur la longueur des rampes 14', 14" permettent donc d'assurer une injection de gaz sensiblement uniforme dans le volume central du four V où s'effectue le traitement. Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode de réalisation du circuit de distribution précédemment décrit. Un tel circuit de distribution pourrait aussi bien comprendre, comme représenté figure 3, au moins deux tubulures annulaires coaxiales 22, 23 connectées l'une à l'autre par une pluralité de rampes axiales 24 dont seulement un nombre limité a été représenté. Chacune de ces rampes axiales 24 comprend alors une pluralité d'orifices d'injection orientés vers le centre du four. I1 apparaît clairement que dans le four précédemment décrit on obtient, grâce à la conjugaison des effets de l'enceinte 3 qui joue le rôle de répartiteur-d'aspiration et du circuit de distribution de gaz 14, une parfaite homogénéité de la composition gazeuse dans le volume du four où s'effectue le traitement. Cette particularité s'avère très avantageuse dans le cas de traitements thermochimiques particulièrement délicats tels que la cémentation par bombardement ionique. Revendications 1. Dispositif pour l'homogénéisation et la régulation de l'atmosphère de traitement d'un four (1) de traitement thermochimique de métaux sous atmosphère raréfiée, ledit four (1) pouvant comprendre une première enceinte étanche (2) de structure classique munie d'éléments de support de la charge à traiter, des moyens permettant de réaliser, à l'intérieur de l'enceinte (2), une atmosphère de traitement présentant la composition gazeuse désirée à la pression et à la température requises, des moyens de chauffage des pièces à traiter et, dans le cas de traitement par bombardement ionique, une anode pouvant consister en la paroi de l'enceinte et une liaison électrique apte à porter la pièce à traiter à un potentiel cathodique, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'injection de gaz de traitement comprenant un circuit de distribution (14) présentant une multiplicité d'orifices d'injection uniformément répartis autour du volume intérieur du four (V) où s'effectue le traitement. 2. Dispositif selon la revendication 1 utilisable dans un four (1) comprenant, à l'intérieur de la première enceinte (2), une deuxième enceinte (3) en un matériau thermiquement isolant, caractérisé en ce que le susdit circuit de distribution est disposé à l'intérieur de la seconde enceinte (3). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le susdit circuit de distribution (14) comprend une pluralité de rampes semi-circulaires (14', 14") qui s'étendent coaxialement à l'enceinte (3) en formant une succession d'anneaux ou de demi-annneaux axialement décalés les uns par rapport aux autres, de manière à couvrir la totalité du volume intérieur du four (V) où s'effectue le traitement, chacune de ces rampes (14', 14") comprenant une pluralité d'orifices d'injection de gaz orientés vers le centre du four (1). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le susdit circuit de distribution (14) comprend au moins deux tubulures annulaires coaxiales (22, 23) connectées l'une à l'autre par une pluralité de rampes axiales (24) comportant chacune une pluralité d'orifices d'injection orientés vers le centre du four. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les susdits moyens permettant d'établir la pression requise à l'intérieur du four (1) comprennent un circuit d'aspiration (3, 4, 5, 6, 7, 8) comportant une multiplicité d'orifices d'aspiration uniformément répartis autour du volume (V) où s'effectue le traitement. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes utilisable dans un four (1) comprenant, à l'intérieur de la première enceinte (2), une deuxième enceinte (3) en matériau thermique isolant, cette enceinte (3) étant espacée de la première enceinte (2) et délimitant avec celle-ci un volume libre intercalaire (4), caractérisé en ce que ladite seconde enceinte (3) est perméable au gaz, et en ce que dans ledit volume intercalaire (4) débouche un conduit d'aspiration (5, 7, 8). 7. Dispositif pour la régulation de l'atmosphère de traitement d'un four pouvant être associé avec un dispositif conforme à l'une des revendications précédentes, ledit four étant équipé d'au moins un circuit d'aspiration (3, 4, 5, 6, 7, 8) et d'un circuit d'injection de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend - une première vanne de régulation de débit (8) placée dans le circuit d'aspiration (3, 4, 5, 6, 7) - un capteur de pression (12) sensible à la pression régnant à l'intérieur du four, de préférence dans le volume (V) de celui-ci où s'effectue le traitement - un dispositif de régulation (9) agissant sur la première vanne de régulation (8) en fonction de l'écart entre la pression détectée par le capteur (12) et d'une pression de consigne affichée par un opérateur - une deuxième vanne de régulation de débit (16) montée dans le circuit d'injection de gaz (14) ; et - un dispositif d'asservissement (17) permettant de mainte nir le débit de gaz à un niveau constant affiché par l'opérateur.