Brevet FR2606037A1 — publié le 19880506

-1- 2606037 REVETEMENT METALLIQUE REALISE SUR UN SUBSTRAT MINERAL L'invention concerne des revêtements métalliques devant être réalisés sur des substrats minéraux naturels ou synthétiques tels que des grès, des roches diverses, des oxydes d'aluminium frittés, des matériaux céramiques frittés ou fondus et tout autre matériau non soudable. On sait que l'on peut effectuer des revêtements métalliques sur un substrat par les techniques de projection à chaud d'un matériau d'apport constitué par un alliage métallique dit "autofusiblé" sous forme de particules fondues ou à l'état pâteux qui, par l'effet de la vitesse à laquelle elles sont soumises, viennent s'écraser sur le substrat en formant une couche plus ou moins poreuse et plus ou moins adhérente. Le matériau d'apport peut se présenter sous forme de fils pleins, de fils fourrés, de baguettes, de cordons souples, de poudres. La température à laquelle sont portées les particules peut être obtenue par des combustions de gaz ou des arcs électriques. La vitesse des particules, provoquée par l'action de gaz comprimés de flammes de combustion ou de colonnes de plasmas, peut varier de quelques mètres par seconde à plusieurs fois la vitesse du son. On utilise pour cette projection à chaud des pistolets à flamme y compris des canons à détonation et des pistolets à arc électrique y compris des générateurs de plasmas. On sait aussi que l'on peut densifier la couche déposée afin d'éliminer toutes les porosités et d'obtenir un dép8t métallique étanche en effectuant une fusion de cette couche, par chauffage) par exemple, à induction, à gaz, à laser et à faisceau d'électrons, d'un métal ou d'un alliage métallique. Mais avec un substrat minéral, on se heurte à des difficultés d'adhérence du revêtement métallique telles que la réalisation d'un revêtement métallique étanche sur un substrat minéral paraissait jusqu'ici impossible. La présente invention a pour objectif de rendre cette réalisation possible et elle prévoit à cet effet une couche intermédiaire qui permet, en outre, d'encaisser les contraintes dues à la fusion et au retrait de l'alliage métallique constituant le revêtement métallique et qui peut, si le substrat minéral est formé de plusieurs pièces, maintenir temporairement celles-ci en position pendant la projection et -2- 2606037 la refusion de cet alliage métallique et contribuer ensuite à leur maintien définitif. Un objet de l'invention est ainsi un revêtement métallique réalisé sur un substrat minéral par projection à chaud d'un alliage métallique, caractérisé en ce qu'il est effectué sur une couche intermédiaire en un alliage métallique réfractaire choisi dans la liste des alliages nickel-chrome et des aluminiures de nickel et de titane, obtenue par projection à chaud. Selon un autre objet de l'invention, cette couche intermédiaire est ellemême déposée sur une sous-couche en une céramique prise dans la liste des oxydes d'aluminium et de zirconium et des hydrures de titane, formée par projection à chaud sur le substrat minéral. Cette sous-couche améliore encore l'adhérence de la couche intermédiaire sur certains substrats et elle contribue éventuellement au maintien des pièces formant le substrat. Selon un objet supplémentaire de l'invention, des sondes de mesure sont montées sur le substrat minéral et recouvertes par ladite couche intermédiaire qui les maintient en place. Ces sondes se trouvent noyées soit dans une portion de l'épaisseur de la couche intermédiaire soit dans ladite sous-couche si celle-ci existe. L'épaisseur de la sous-couche sera généralement inférieure à 0,5 mm et celle de la couche intermédiaire alnsi que dudit revêtement métallique sera généralement inférieure à I mm. Selon un objet complémentaire de l'invention, ce revêtement métallique présente une surface extérieure rendue rugueuse et servant de support à un entourage poreux plus épais, en un matériau choisi dans la liste des matériaux métalliques et céramiques, déposé par projection à chaud. L'épaisseur de cet entourage sera généralement de plusieurs millimètres afin de pouvoir réaliser une isolation thermique et y faire circuler un fluide. D'autres particularités de l'invention ressortiront d'un exemple de réalisation qui va être décrit, à titre non limitatif, en se référant au dessin joint dans lequel - la Fig. I est une coupe axiale d'une portion d'un substrat sur lequel on a déposé une sous-couche, une couche intermédiaire et un revêtement métallique étanche; -3- 2606037 - la Fig. 2 est une coupe axiale d'une portion d'un substrat ayant reçu les mêmes dépôts et en plus un dépôt extérieur épais en céramique; - la Fig. 3 représente schématiquement, en élévation, une installation de projection de matériaux d'apport sur un substrat; et - la Fig. 4 représente schématiquement, en élévation, une installation de refusion du revêtement métallique. Dans cet exemple, le substrat est constitué par une succession axiale de carottes cylindriques prélevées dans une formation naturelle, par exemple trente carottes en grès d'un diamètre de 60 mm et d'une longueur de 100 mm placées bout à bout et maintenues pressées les unes contre les autres pour former dans leur ensemble un substrat de 3 mètres de long. On voit deux de ces carottes en 1 et 2 sur la Fig. 1 et trois autres carottes 3, 4, 5 sur la Fig. 2. L'installation de la Fig. 3 comporte un tour sur lequel le substrat 6 est tenu en compression axiale entre un mandrin 7 et une contre-pointe 8 et entraîné en rotation, tandis que sur le banc 9 du tour se déplace longitudinalement un chariot 10 porteur d'un pistolet de projection 11 et d'une bobine 12 d'enroulement d'un cordon d'alimentation du pistolet. Une hotte d'aspiration 13 se déplace en même temps que le chariot 10. On voit sur les Fig. 1 et 2 des sondes de mesure 14, constituées ici par des thermocouples, dont l'extrémité active est introduite dans des trous 15 percés dans les carottes ou placée à la surface des carottes. Ces sondes 14 s'étendent longitudinalement sur les carottes à partir des trous 15 ou des emplacements qui reçoivent leur extrémité active, pour atteindre l'une ou l'autre des deux extrémités longitudinales de la succession axiale de carottes. Ces sondes 14 permettent de déterminer la différence de température entre l'intérieur des carottes et la surface extérieure de celles-ci. Aux extrémités axiales de l'ensemble des carottes sont disposés des embouts métalliques tubulaires 16 en acier inoxydable et des disques en matériau fritté 17 de sorte que l'on peut ainsi constituer, après exécution d'un revêtement métalli- que étanche sur l'ensemble des carottes, un conduit dans lequel les disques 17 assurent une bonne répartition d'un fluide à travers les carottes. Ce fluide peut être constitué, par exemple, par de l'air ou de l'oxygène injecté à très haute. température et on peut suivre le front de la combustion ainsi engendrée. On peut -4- 2606037 de cette manière reconstituer en laboratoire des conditions opératoires simi- laires à celles existant à la profondeur à laquelle les carottes ont été prélevées. Une sous-couche en céramique 18 est déposée latéralement sur la succession axiale des carottes au moyen de l'installation de la Fig. 3 dans laquelle le pistolet de projection 11 est un pistolet à flamme oxy- acétylénique alimenté par un cordon souple du type corindon bleu. Le pistolet 11 est déplacé automatiquement en translation longitudinale tandis que l'ensemble des carottes est entraîné en rotation. On obtient ainsi une sous-couche uniforme dont l'épaisseur est, par exemple, de 0,3 mm. Sur cette sous-couche et sur une portion des embouts 16 on dépose avec la même installation et un cordon souple en aluminiure de nickel une couche intermédiaire 19, par exemple d'une épaisseur de 0,7 mm. De même, sur cette couche intermédiaire 19 et une portion supplémentaire des embouts 16, on effectue, à l'aide de l'installation de la Fig. 3 dans laquelle le pistolet 11 est utilisé avec un cordon souple autofusible à base de nickel, un revêtement métallique 20 d'une épaisseur de 0,8 mm, par exemple. Ce revêtement 20 est refondu par chauffage inductif à l'aide de l'installation de la Fig. 4 qui comporte un tour tel que celui de la Fig. 3, mais dont le chariot 10 porte un générateur à haute fréquence 21. On obtient ainsi autour de la succession axiale de carottes un revêtement étanche lié de manière étanche aux embouts 16, retenant les carottes les unes contre les autres et les sondes de mesure contre les carottes et appliqué latéralement contre la succession axiale de carottes. On a prévu dans la réalisation selon la Fig. 2 de déposer sur le revêtement métallique 20 un revêtement épais en céramique 22. Pour assurer l'adhérence de ce nouveau dépôt, on a décapé au jet d'abrasif, par exemple du corindon, la surface extérieure du revêtement métallique 20, de manière à rendre cette surface rugueuse, la rugosité étant comprise entre 6 et 15 Ra. On a amélioré l'adhérence en déposant, par projection à chaud, une couche d'accrochage en aluminiure de nickel à 5 % d'aluminium, d'une épaisseur de 50 à 100. Sur cette couche d'accrochage on a projeté à chaud le revêtement épais en céramique 22, par exemple de 10 mm d'épaisseur, qui sert de barrière thermique. Ce revête- -5- 2606037 ment épais 22 peut notamment être obtenu à partir d'un cordon de corindon bleu d'alumine à 3 % d'oxyde de titane. Dans la réalisation selon la Fig. 2, on a prévu un espace annulaire 23 formé par exemple entre le revêtement 22 recouvert d'une couche d'étanchéité 24 de I mm d'épaisseur en une résine synthétique et une enveloppe extérieure 25 comprenant une couche extérieure de fibres de KEVLAR enrobées 26 de 4 mm d'épaisseur et une couche intérieure en caoutchouc synthétique 27 de I mm d'épaisseur. L'enveloppe extérieure 25 est tenue à ses extrémités longitudinales par des moyens de support classiques non représentés ici. L'espace annulaire 23 a, par exemple, une épaisseur de 2,5 mm et il est utilisé pour la circulation d'un fluide de refroidissement. -6- REVENDICATIONS 1 - Revêtement métallique (20) réalisé sur un substrat minéral (6) par projection à chaud d'un alliage métallique, caractérisé en ce qu'il est effectué sur une couche intermédiaire (19) en alliage métallique réfrac- taire choisi dans la liste des alliages nickel-chrome et des aluminiures de nickel et de titane projetée à chaud. 2 - Revêtement métallique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche intermédiaire (19) est elle-même déposée sur une sous- couche (18) en une céramique prise dans la liste des oxydes d'aluminium et de zirconium et des hydrures de titane, formée par projection à chaud sur le substrat minéral (6). 3 - Revêtement métallique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que des sondes de mesure (14), montées sur le substrat minéral (6) sont recouvertes et retenues en place par ladite couche intermédiaire (19). 4 - Revêtement métallique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une surface extérieure rendue rugueuse et servant de support à un revêtement plus épais (22) en un matériau choisi dans la liste des matériaux métalliques et des céramiques. - Revêtement métallique selon l'une des revendications précédentes, rendu étanche par refusion après projection à chaud et appliqué à un substrat (6) en forme de cylindre allongé constitué par une succession axiale de carottes cylindriques prélevées dans une formation naturelle et appliquées bout à bout les unes contre les autres, caractérisé en ce que ce revêtement métallique étanche (20) recouvre latéralement la succession de carottes (1, 2, 3, 4, 5) ainsi qu'une portion d'embouts tubulaires (16) montés aux extrémités axiales de la succesion de carottes, pour former un élément de conduit axial étanche appliqué autour de la succession de carottes.