Brevet FR2653448A1 — publié le 19910426

La présente invention concerne l'élaboration d'une atmosphère de traitement de métaux sous température, adaptée à des traitements thermiques, tels recuits, notamment recuit d'aciers inoxydables, chauffages avant trempes, frittages, brasages, ou à des opérations de revêtements par dépôt au trempé tels galvanisation, aluminiage, ou encore élaboration de métaux très sensibles à l'oxydation, tels titane, zirconium, alliages aluminium - lithiun. Ces atmosphères contrôlées sont utilisées avec des pressions très variables de 10 '4 à 100 bars absolus en fonction du type de four employé pour le traitement. Dans de nombreux cas, de telles atmosphères sont élaborées à partir de gaz industriels comme l'azote et/ou lthydrogène et/ou l'argon et/ou l'hélium, soit purs, soit en mélange. L'atmosphère dans l'enceinte de traitement résulte de l'adnission d'un ou plusieurs des gaz ci-dessus avec un débit suffisant pour minimiser la valeur résiduelle de gaz oxydants comme la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone et/ou l'oxygène. En effet, dans les applications mentionnées plus haut, les métaux traités ou élaborés ne doivent pas être modifiés dans leur composition chimique ; il est donc préjudiciable de les oxyder.Pour éviter cette oxydation, il est nécessaire de créer une atmosphère qui soit ou réductrice vis à vis du métal considéré, ou neutre, ou suffisamment faiblement oxydante pour qu'une oxydation significative ne puisse pas se développer au cours du traitement. Ces gaz oxydants proviennent généralement d' acanissions non contrôlées d'air lors du chargement discontinu ou continu de produits métalliques à traiter, ou de fuites d'air extérieur dues à une étanchéité imparfaite de l'enceinte de traitement, et également d'oxydes présents à la surface des produits métalliques. A titre d'exemple, dans le cas de recuit de tôles d'acier inoxydable, qui s' effectue à une température de l'ordre de 1100 C par exemple, la teneur en vapeur d'eau doit être impérativement maintenue en dessous de 40 p.p.m. et il est très difficile de parvenir à cette valeur, sauf à accroître le débit d'alimentation de gaz d'élaboration de l'atmosphère, ce qui devient alors coûteux. Le même problème se pose dans le cas de traitement dits "sous vide" où l'atmosphère résiduelle, après pompage, est de l'air. L'oxygène ou la vapeur d'eau résiduel sont alors tout à fait préjudiciables au bon déroulement du traitement. La présente invention vise à élaborer une telle atmosphère contrôlée à température élevée, où l'on parvient aisément à des teneurs résiduelles très basses en gaz oxydants, tels dioxyde de carbone et/ou oxygène et/ou vapeur d'eau, tout en maintenant dans des limites économiquement admissibles le débit d'alimentation en gaz d'élaboration de l'atmosphère et cet objectif de l'invention est atteint en ce qu'on élimine substantiellement tout gaz oxydant résiduel, tel oxygène, vapeur d'eau, gaz carbonique, par l'action d'un hydrure à l'état gazeux, tel un silane, injecté dans ladite atmosphère en quantité limitée juste suffisante pour assurer ladite élimination substantielle en formant des poudres d'oxydes qui sont inopérantes dans ledit traitement. Il existe de nombreux hydrures qui conviennent à cette tâche, tout en étant chimiquement compatibles avec le métal en cours de traitement, dans la mesure où ils sont gazeux, compte tenu de leur teneur dans l'atmosphère du four et de leur température. A titre d'exemple, on cite le silane (SiH4) que l'on a admis dans une atmosphère à base d'azote contenant 1 % d'hydrogène, avec une teneur résiduelle en vapeur d'eau de 330 ppm. Dans une telle atmosphère, on a injecté une quantité de silane SiH4, de façon que sa teneur soit de l'ordre de 1000 ppm. Dès la température de 6300C, et au delà, la teneur en vapeur d'eau, mesurée selon la technique d'analyse infra-rouge, a permis de constater une brusque chute de la teneur en vapeur d'eau de 330 ppm à une valeur comprise entre 50 et 70 ppm, cette teneur n' ayant aucune tendance à remonter aussi longtemps que la température est supérieure à une température de l'ordre de 6300C, alors qu'une réduction de température de 6300C à 5000C fait pratiquement réapparaître une teneur en vapeur d'eau peu inférieure à celle de départ, si l'on continue à alimenter l'atmosphère en gaz initiaux, ainsi qu'il ressort du graphique annexé. Bien qu'on explique cette chute brutale de la teneur en vapeur d'eau par une réaction du silane (SiH4) avec la vapeur d'eau (H2O) aboutissant au dioxyde de silicium (SiO2) et à de l'hydrogène (4H2), cet effet réducteur du SiH4 est cependant tout à fait inattendu et particulièrement opportun, car d'une part il s'avère qu'il se situe précisément peu en deça des gamnes de température mises en oeuvre dans la plupart des traitements gazeux à haute température (qui s'étagent de 6800C à 9800C pour le recuit des aciers au carbone, de 8500C à 11500C pour les récuits d'aciers inoxydables, de 10000C à 13000C pour le frittage d'aciers), et, d'autre part, cet effet heureux était d'autant moins prévisible que les données techniques classiques pouvaient laisser prévoir une réactivité du silane (SiH4) beaucoup plus lente avec la vapeur d'eau à ces basses teneurs et à cette température. En outre, la réaction réductrice du silane sur le gaz oxydant produit un oxyde de silicium sous forme de poudres inertes très fines entraînées par le courant gazeux sortant, ou en tout cas sans aucun risque de dommage sur le produit métallique en cours de traitement. Oh notera que les quantités excessivement faibles d'hydrure tel silane mises en oeuvre évitent à coup sur de rendre prohibitive l'utilisation de tels hydrures qui sont toxiques et/ou de coûts élevés. EXEMPLES DE MISE EN CEUVRE 1) Dans un four de recuit de tôles d'acier inoxydable à 1100 C avec de l'hydrogène pur, pour maintenir le point de rosée à - 500C, (teneur en vapeur d'eau de 40 ppm), on introduit 40 m3/h d'hydrogène pur dans la zone d'entrée du four (température basse) et 10 m3/h d'hydrogène contenant 2000 ppm (0,2 %) de silane dans la zone chaude à 11000C. Avec ce procédé et, capte tenu des coûts du silane et de l'hydrogène, on a réduit de moitié le débit de gaz et abaissé de 25 % le coût de gaz réducteur utilisé. 2) Dans un four de recuit de tôles d'acier inoxydable à 1100oc avec de l'hydrogène pur, pour maintenir le point de rosée à - 500C, (teneur en vapeur d'eau de 40 ppm), on introduit 10 m3/h d'hydrogène pur dans la zone d'entrée du four (température basse) dans lesquels on a dilué du silane jusqu'à une teneur de 2000 p.p.m. et 10 m3/h d'hydrogène contenant 2000 ppm (0,2 %) de silane dans la zone chaude à 11000C. Oh réduit ce débit d'hydrogène de 80 %. REVENDlCATICNS 1. Procédé d'élaboration d'une atmosphère de traitement de métaux sous une température adaptée à des traitements thermiques, tels recuits, notamment recuit d'aciers inoxydables, chauffages avant trempes, frittages, brasages ou à des opérations de revêtements par dépôt au trempé telles galvanisation, aluminiage, ou encore à l'élaboration de métaux très sensibles à l'oxydation, tels titane, zirconium, alliages aluminium - lithium, caractérisé en ce qu'on élimine substantiellement tout gaz oxydant résiduel, tel oxygène, vapeur d'eau, gaz carbonique, par l'action d'un hydrure à l'état gazeux, tel silane, injecté dans ladite atmosphère en quantité limitée juste suffisante pour assurer ladite élimination substantielle en formant des poudres d'oxydes qui sont inopérantes. 2. Procédé d'élaboration d'une atmosphère selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite atmosphère est formée par a 3. Procédé d'élaboration d'une atmosphère selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'adnission de l'hydrure gazeux tel silane s'effectue en dilution dans un des dits gaz constitutifs de ladite atmosphère. 4. Procédé d'élaboration d'une atmosphère selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'adnission de l'hydrure gazeux tel silane s'effectue dans une zone la plus chaude de ladite atmosphère. 5. Procédé d'élaboration d'une atmosphère selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'admission de l'hydrure gazeux tel silane s'effectue également dans des zones moins chaudes de ladite atmosphère au voisinage de passages d'introduction de produits à traiter. 6. Procédé d'élaboration d'une atmosphère de traitement selon la revendication 1, du genre où ledit traitement s'effectue sous atmosphère de vide poussé, caractérisé en ce que dès l'obtention substantielle dudit vide de traitement, on effectue une admission dosée d'hydrure gazeux tel silane.