Brevet FR2701273A1 — publié le 19940812

La présente invention concerne un procédé pour réaliser un revêtement superficiel de protection sur des outils en matériau à base de fer destinés à être mis en contact avec un métal ou alliage non ferreux fondu. La présente invention concerne également un revêtement de protection réalisé par la mise en oeuvre de ce procédé, ainsi qu'un outil comportant un tel revêtement. On sait que, dans l'industrie de la fonderie de matériaux non ferreux tels que l'aluminium, les alliages légers, le cuivre, les alliages cuivreux, etc., on utilise de nombreux outils destinés à être mis en contact avec ledit métal ou alliage non ferreux fondu Ces outils sont par exemple des louches, des écumoires, des raclettes, des cuillers, des cloches plongeuses ou tubes plongeurs pour la coulée sous pression ou en dépression, des lances tubulaires de dégazage et/ou d'injection de gaz et/ou flux divers, etc., mais aussi des moules, des coquilles, des empreintes. Ces outils sont généralement réalisés en acier mécano-soudé ou forgé ou en fonte. De nombreux métaux et alliages non ferreux étant à l'état fondu très avides de fer, en particulier l'aluminium et les alliages à base d'aluminium, il est nécessaire de protéger l'outil en acier ou en fonte pour éviter la destruction de cet outil et la pollution par le fer du métal ou de l'alliage fondu. Une solution consiste à recouvrir ces outils d'un enduit de protection à prise de type céramique, par exemple à base de silice, que l'on sèche avant de préchauffer l'outil et son revêtement en vue de son utilisation. Au bout de quelques heures d'utilisation au contact avec le métal ou alliage non ferreux fondu, il est nécessaire d'éliminer l'enduit utilisé, de nettoyer soigneusement l'outil, de déposer un nouvel enduit et de le sécher avant de préchauffer de nouveau l'outil. Cette pratique est contraignante et onéreuse et n'est pas satisfaisante. Une autre solution consiste à réaliser lesdits outils en une matière autre que l'acier ou la fonte, par exemple en céramique, en graphite, en alumine graphitée, en matériaux fibreux imprégnés et comprimés etc. De tels outils sont très coûteux et extrêmement fragiles Par ailleurs, on connaît et on utilise, notamment pour l'élaboration de l'acier liquide, des lances tubulaires d'injection d'oxygène, mais également de gaz inerte, de carbone, chaux et flux divers.Ces lances sont constituées par un tube en acier ordinaire protégé intérieurement et extérieurement par une couche d'un alliage de fer et d'aluminium obtenu par diffusion à l'état solide à chaud d'atomes d'aluminium dans l'acier: on réalise cette diffusion en chauffant les tubes aux environs de 10000C au contact avec de la poudre d'aluminium Cette lance est ensuite revêtue intérieurement et extérieurement d'un revêtement de protection du type céramique A haute température, la couche d'alliage fer-aluminium donne naissance à une fine couche d'alumine qui résiste à la température et qui protège l'acier du tube de l'oxydation au contact de l'oxygène que l'on injecte. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients du type précité qui soit de mise en oeuvre simple et économique tout en évitant de façon fiable toute pollution par le fer du métal ou alliage non ferreux fondu. Suivant l'invention, le procédé du type précité est caractérisé en ce qu'on forme à la surface desdits outils une fine couche d'un alliage de fer et d'un second métal non ferreux, cet alliage étant choisi de manière que le métal ou alliage non ferreux fondu soit moins avide dudit alliage de fer et du second métal non ferreux que du fer. La demanderesse a effectivement constaté que la présence d'un tel alliage de fer et d'un second métal non ferreux à la surface de l'outil diminue considérablement la vitesse de dissolution du fer dans le métal ou alliage non ferreux fondu, et donc l'importance de la pollution par le fer dudit métal ou alliage fondu, ainsi que la vitesse d'attaque et de destruction de l'outil. Suivant une version avantageuse de l'invention, ledit alliage de fer et d'un métal non ferreux est un alliage fer-aluminium obtenu par diffusion à l'état solide à chaud d'aluminium à la surface de l'outil. Suivant une version préférée de l'invention, on utilise le procédé de l'invention pour protéger des outils destinés à être mis en contact avec un alliage léger fondu Sans que cela puisse constituer une explication, la demanderesse suppose que plusieurs phénomènes peuvent intervenir séparément ou simultanément pour expliquer ce résultat surprenant:: - l'alliage de fer et du second métal non ferreux peut effectivement être beaucoup moins soluble que le fer dans le métal ou alliage non ferreux fondu; - il peut se former à la surface de l'outil du fait de la présence du second métal non ferreux, une mince couche d'oxyde isolant le métal de l'outil du métal ou alliage non ferreux fondu; - la surface de l'outil recouverte de cet alliage de fer et du second métal non ferreux peut présenter une aptitude à la mouillabilité par le métal ou alliage non ferreux fondu très inférieure à celle du métal initial de l'outil. Suivant un autre aspect de l'invention, le revêtement superficiel conforme à celle-ci de protection pour des outils en matériau à base de fer destinés à être mis en contact avec un métal ou alliage non ferreux fondu, est caractérisé en ce qu'il est constitué par une fine couche superficielle d'un alliage de fer et d'un second métal non ferreux formée par la mise en oeuvre du procédé conforme au premier aspect de l'invention. Suivant un troisième aspect de l'invention, l'outil conforme à celle-ci en matériau à base de fer destiné à venir en contact avec un métal ou un alliage non ferreux fondu, est caractérisé en ce qu'il comporte un revêtement de protection conforme au second aspect de l'invention. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description détaillée ci-après. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs: - les figures 1A et 1B sont des vues partielles schématiques en coupe d'un outil comportant un revêtement conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, respectivement à la température ordinaire et à haute température; - la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d'une lance tubulaire comportant un revêtement intérieur et un revêtement extérieur conformes à un autre mode de réalisation de l'invention. Dans la réalisation de la figure 1A, l'outil 1 est d'un type quelconque parmi ceux énumérés ci-dessus. I1 est en un matériau 2 à base de fer, par exemple en acier ou en fonte L'outil 1 est destiné à être mis en contact avec un métal ou alliage non ferreux fondu, par exemple de l'aluminium, un alliage d'aluminium, un alliage léger, du cuivre, un alliage à base de cuivre, etc... Comme l'aluminium, les alliages d'aluminium, les alliages légers, et d'une manière générale les métaux et alliages non ferreux fondus sont très avides de fer, l'outil 1 comporte un revêtement superficiel 3 de protection destiné à isoler le matériau 2 à base de fer du métal ou alliage non ferreux fondu. Suivant l'invention, le revêtement 3 est constitué par une couche superficielle d'un alliage de fer et d'un second métal non ferreux formée à la surface de l'outil, cet alliage étant choisi de manière que le métal ou alliage non ferreux fondu soit moins avide dudit alliage de fer et du second métal non ferreux que du fer. On peut, d'une manière connue quelconque, réaliser la couche 3 par projection dudit alliage sur la surface du matériau 2 à base de fer. On peut également, comme décrit plus haut, réaliser la couche 3 par diffusion à l'état solide à chaud du second métal non ferreux à la surface du matériau 2 à base de fer. Le second métal non ferreux peut être le métal non ferreux constituant au moins principalement le métal ou l'alliage non ferreux fondu. Selon les premiers essais préliminaires effectués par la demanderesse, on obtient de bons résultats avec un revêtement 3 constitué d'un alliage feraluminium pour protéger des outils destinés à être mis en contact avec un alliage léger fondu. Comme schématisé à la figure lB, il se forme à la surface de l'outil 1 ainsi traité, à haute température, une mince couche 4 d'oxyde. Dans le cas de l'aluminium, qui est un métal très oxydable, il se forme ainsi une très fine couche 4 d'alumine, dont le point de fusion est supérieur à 20000C. Une telle couche 4 d'oxyde isole la surface de l'outil 1 du métal ou alliage non ferreux fondu. D'une manière générale, la demanderesse prévoit de choisir le second métal non ferreux en fonction de la nature du métal ou alliage non ferreux fondu concerné de façon que ce métal ou alliage non ferreux fondu soit moins avide de l'alliage de fer et du second métal non ferreux que du fer. Dans la réalisation de la figure 2, l'outil 5 représenté est une lance tubulaire d'InjectIon d'oxygène et/ou de gaz neutre et/ou de flux. 'amie de la lance 5 est un tube 5a du commerce en acier doux. Ce tube est recouvert d'un revêtement intérieur 6 et d'un revêtement extérieur 7 de protection en un alliage de fer et d'un second métal non ferreux conforme à l'invention. D'une manière connue en soi, la lance 5 a été ensuite recouverte intérieurement et extérieurement d'un enduit à prise du type céramique pour former une couche externe intérieure 8 et une couche externe extérieure 9. Un tel enduit connu en lui-même est par exemple réalisé à base de silice fine avec un liant qui peut être un liant minéral tel que du silicate, ou hydraulique ou organique. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation que l'on vient de décrire, et on peut apporter à ceux-ci de nombreux changements et modifications sans sortir du domaine de l'invention. On peut ainsi successivement réaliser sur un outil une première couche de protectIon par diffusion à l'état solide à chaud d'un second métal non ferreux adapté au métal ou alliage non ferreux fondu utilisé, puis une seconde couche de protection par projection d'un alliage fer-métal non ferreux qui peut être ou non différent de l'alliage de la première couche. On peut également effectuer sur l'outil revêtu d'une couche de protection conforme à invention d'autres traitements externes de nature à améiiorer la protection de l'outil et à minimiser le risque de pollution du métal ou alliage non ferreux fondu par le fer de i'outil. On peut sien entendu mette en oeuvre le procédé de l'invention pour protéger les coquilles et autres outils utilisés en fonderie de fonte en coquille. REVENDICATIONS 1. Procédé pour réaliser un revêtement (3, 6, 7) superficiel de protection sur des outils (1, 5) en matériau à base de fer destinés à être mis en contact avec un métal ou alliage non ferreux fondu, caractérisé en ce qu'on forme à la surface desdits outils (1, 5) une couche (3, 6, 7) d'un alliage de fer et d'un second métal non ferreux, cet alliage étant choisi de manière que le métal ou alliage non ferreux fondu soit moins avide dudit alliage de fer et du second métal non ferreux que du fer. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise ladite couche (3, 6, 7) par projection dudit alliage sur la surface du matériau à base de fer de l'outil (1, 5). 3. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise ladite couche (3, 6, 7) par diffusion à l'état solide à chaud dudit second métal non ferreux à la surface du matériau à base de fer de l'outil (1, 5). 4. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on réalise un alliage du fer avec le métal non ferreux constituant au moins principalement le métal ou l'alliage non ferreux fondu. 5. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit alliage de fer et du second métal non ferreux est un alliage fer-aluminium. 6. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on i'utilise pour protéger des outils (1, 5) destinés à être mis en contact avec un alliage léger fondu. 7. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on recouvre ensuite l'outil (5) au moyen d'un enduit (8, 9) à prise du type céramique. 8. Revêtement superficiel (3; 6, 7, 8, 9) de protection pour des outils (1, 5) en matériau à base de fer destinés à être mis en contact avec un métal ou alliage non ferreux fondu, caractérisé en ce qu'il est constitué par une couche superficielle d'un alliage de fer et d'un second métal non ferreux formée par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 7. 9. Outil (1, 5) en matériau à base de fer destiné à venir en contact avec un métal ou un alliage non ferreux fondu, caractérisé en ce qu'il comporte un revêtement (3; 6, 7, 8, 9) de protection conforme à la revendication 8.