Brevet FR2675820A1 — publié le 19921030

Procédé et installation pour la formation de dépôt métallique par projection à l'arc électrique La présente invention concerne un procédé de formation de dépôt métallique sur un substrat par projection à l'arc électrique de particules métalliques avec un flux de gaz vecteur constitué essentiellement d'un mélange d'azote et d'oxygène. La projection à l'arc électrique, inventée en 1920, met en oeuvre un gaz vecteur permettant la projection sur le substrat de fines particules métalliques atomisées dans l'arc Le gaz vecteur actuellement employé est l'air comprimé et les rendements (rapport entre le poids de métal réellement déposé sur le substrat et le poids de métal effectivement consommé) typiquement obtenus sont de 50 à 57 % pour le zinc qui est le métal le plus couramment utilisé dans cette technique pour la réalisation de dépôts anti-corrosion, notamment sur des tubulures. La Demanderesse a constaté que le gaz vecteur jouait un rôle important, du fait de ses propriétés thermodynamiques, sur la valeur du rendement Ainsi, la température de vaporisation du métal peut être rapidement atteinte pour les particules de faible diamètre si le gaz vecteur présente une forte conductivité thermique D'autre part, la formation d'oxydes sur les particules métalliques lors de leur parcours entre l'arc et le substrat à revêtir est exothermique et peut donc conduire à une évaporation excessive du matériau métallique à projeter Sur la base de ces constatations, il a été envisagé d'utiliser comme gaz vecteurs des gaz inertes purs, tels que l'azote ou l'argon, qui permettent effectivement une augmentation du rendement mais dont les coûts sont prohibitifs pour effectuer des dépôts de quantités importantes de métal, avec des consommations effectives de métal supérieures à 15 kg/heure et pouvant dépasser 150 kg/heure, et qui se révèlent générer, pour la projection de zinc avec l'azote, des fumées toxiques La présente invention a pour objet de proposer un procédé du type sus-mentionné de mise en oeuvre aisée et aussi souple que l'air comprimé, de faibles coûts de fonctionnement et permettant une amélioration notable du rendement de projection du métal. Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, le gaz vecteur comprend entre 1 et 10 % d'oxygène, typiquement entre 2 et 8 % d'oxygène, le reste étant de l'azote. Selon une caractéristique plus particulière de l'invention, le gaz vecteur est fourni par une unité de séparation de l'air à adsorption ou perméation, le débit de gaz vecteur étant typiquement supérieur à 35 m 3/heure et pouvant dépasser 100 m 3/heure. La présente invention a pour autre objet une installation pour la formation de dépôt métallique sur un substrat par projection à l'arc électrique de particules métalliques, comprenant un pistolet de projection à l'arc électrique comportant des moyens d'acheminement de deux fils métalliques et un circuit primaire d'amenée de gaz vecteur, caractérisée en ce qu'elle comprend une unité de séparation de l'air à adsorption ou perméation dont la sortie est reliée au circuit primaire de gaz vecteur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation, donné à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec le dessin annexé, sur lequel: la figure unique représente schématiquement une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Sur la figure unique, on reconnaît un pistolet 1 pour projeter à l'arc électrique des particules métalliques 2 et former un dépôt métallique 3 sur un substrat 4 Le pistolet 1 comprend un moyen de guide intérieur profilé 5, des moyens d'entraînement 6 pour deux fils métalliques 7, 7 ', dévidés à partir de bobines 8 et 8 ' et des moyens pour conférer des polarités opposées aux deux fils 7 et 7 ' Les fils 7 et 7 ' acheminés par les moyens d'acheminement 6 et 6 ' et guidés par le guide 5 convergent l'un vers l'autre vers une zone de col 9 du pistolet l o ils forment un arc électrique. Le pistolet 1 comporte un circuit de gaz primaire 10 pour délivrer, en amont de la zone de col 9 un flux de gaz primaire central qui entraîne les particules métalliques atomisées par l'arc et les projette sur le substrat 4 Le pistolet comporte en outre un circuit de gaz secondaire 11, Il' débouchant latéralement et tangentiellement en aval de la zone de col 9 pour créer autour de l'arc une zone tourbillonnaire. Conformément à la présente invention, le circuit de gaz primaire 10, ainsi que le circuit de gaz secondaire 11, sont reliés à la sortie 12 d'une unité de séparation de gaz de l'air à adsorption ou perméation 13 alimentée en air atmosphérique par un compresseur 14. Dans l'exemple représenté, l'unité de séparation 13 est une unité de perméation à membrane délivrant à la sortie 12 de l'azote impur contenant entre 1 et 10 %, typiquement entre 2 et 8 %, de préférence entre 3 et 5 % d'oxygène, le perméat, évacué en 15, étant constitué d'air enrichi en oxygène. Avec une telle installation, délivrant un mélange gazeux constitué d'azote et d'un faible pourcentage d'oxygène, dont les coûts de production sont extrêmement bas, on observe une amélioration du rendement de projection de l'ordre de 5 % par rapport à l'air comprimé, due en particulier à la diminution du pic de conductivité thermique de ce mélange gazeux à la température de dissociation de l'oxygène. A titre d'exemple, pour la formation de dépôts anti- corrosion par projection de zinc, avec un mélange gazeux constitué de 97 % d'azote et de 3 % d'oxygène et une projection à débit massique de kg/heure, on choisira les valeurs paramétriques suivantes circuit primaire: pression: 4,5 x 105 Pa débit: 28 m 3/heure; circuit secondaire: pression: 2 x 105 Pa débit: 13 m 3/heure; intensité électrique 200 Ampères, tension 18 Volts. Dans ces conditions, le rendement de projection de zinc est amélioré d'environ 6 % par rapport à l'air comprimé. La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art En effet, les applications de la projection à l'arc électrique sont diverses (on citera notamment le resurfaçage d'éléments de machine avec de l'acier inoxydable, la protection de boîtiers plastiques contre les interférences électromagnétiques ou radio-fréquences ou la formation de zones conductrices sur des isolants par la projection de cuivre, d'aluminium ou d'alliage de zinc et d'aluminium) Le procédé selon l'invention permet, selon le dimensionnement de l'unité de séparation 13, d'obtenir des débits supérieurs à 100 m 3/heure à une pression comprise entre 7 et 10 x 105 Pa, c'est-à-dire convenant pour des consommations massiques de métal à projeter supérieures à 150 kg/ heure. REVENDICATIONS 1 Procédé de formation de dépôt métallique ( 3) sur un substrat ( 4) par projection à l'arc électrique de particules métalliques ( 2) avec un flux de gaz vecteur constitué essentiellement d'un mélange d'azote et d'oxygène, caractérisé en ce que le gaz vecteur comprend entre 1 et 10 % d'oxygène, le reste étant l'azote. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz vecteur contient entre 2 et 8 % d'oxygène. 3 Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le débit de gaz vecteur est supérieur à m 3/heure. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz vecteur est fourni par une unité de séparation de l'air à adsorption ou perméation. 5 Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le métal projeté est du zinc ou un alliage de zinc. 6 Installation pour la formation de dépôt métallique ( 3) sur un substrat ( 4) par projection à l'arc électrique de particules métalliques ( 2), comprenant un pistolet de projection à l'arc électrique ( 1) comportant des moyens ( 6) d'acheminement de deux fils métalliques ( 7, 7 ') et un circuit primaire ( 10) d'amenée d'un gaz vecteur constitué d'un mélange d'azote et d'oxygène, caractérisée en ce qu'elle comprend une unité ( 13) de séparation de l'air à adsorption ou perméation dont la sortie ( 12) est reliée au circuit primaire ( 10). 7 Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le pistolet ( 1) comprend un circuit secondaire ( 11) de gaz relié à la sortie ( 12) de l'unité de séparation ( 13). 8 Installation selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisée en ce que l'unité de séparation ( 13) est une unité de perméation à membrane.