Brevet FR2748759A1 — publié le 19971121

La présente invention concerne une lame composite, pouvant trouver application dans différents domaines techniques ou industriels, notamment dans l'industrie papetière. De manière générale, et connue en soi, les lames composites considérées par la présente invention comprennent - une bande d'un substrat conférant à la lame composite l'essentiel de ses propriétés mécaniques, notamment en termes de tenue mécanique, souplesse, etc... - et un revêtement d'interfaçage, lié d'un côté au substrat de la bande, directement ou indirectement, et adapté de l'autre côté, notamment en forme, à un contact glissant avec un milieu en mouvement relatif par rapport à la lame, ce milieu pouvant avoir différentes consistances, solide, liquide, visqueuse ou pâteuse ; ce revêtement d'interfaçage s'étend longitudinalement selon la direction de la lame, transversalement à partir d'au moins un bord longitudinal, identique ou différent du bord longitudinal de la bande du substrat, et au moins sur l'une des faces de cette même bande ; et ce revêtement d'interfaçage comprend au moins un matériau de contact, sous forme solide, adapté pour résister à un contact glissant avec le milieu traité en mouvement, mais différent du substrat. La présente invention est maintenant introduite, définie, décrite et explicitée par rapport à l'industrie papetière, dans laquelle une lame composite telle que définie précédemment peut être utilisée - en contact glissant avec une matière de couchage en mouvement relatif par rapport à la lame, auquel cas il s'agit d'une racle ou raclette, ou encore d'une lame ("doctor blade"), bien connue de l'homme du métier dans l'industrie papetière - ou au contact direct de la surface externe et dure d'un cylindre ("yankee"), auquel cas il s'agit d'un racloir, ou d'une lame de crêpage, ou encore d'une lame de nettoyage, également bien connu de l'homme du métier dans l'industrie papetière. S'agissant plus particulièrement des lames composites de couchage, les propriétés ou caractéristiques du revêtement d'interfaçage, et/ou du matériau de contact, sont particulièrement importantes pour obtenir un couchage répondant aux exigences de l'industrie papetière, par exemple en termes d'épaisseur, d'homogénéité, et d'état de surface. Ainsi, la matière de couchage ou "sauce de couchage", se comportant comme un fluide non newtonien, la valeur du coefficient de frottement du revêtement d'interfaçage par rapport à la sauce de couchage est très importante, car ce coefficient influence le taux de cisaillement de la sauce de couchage, lequel déterminera son tour la régularité ou homogénéité du couchage finalement obtenu. De même, la porosité du matériau de contact du revêtement d'interfaçage joue un rôle prépondérant pour obtenir un couchage de bonne qualité. La présente invention a pour objet un nouveau concept de lame composite, permettant de contrôler ou de maîtriser les propriétés ou caractéristiques du revêtement d'interfaçage, de manière adaptée au milieu traité en mouvement, par exemple par rapport à la sauce de couchage, et ceci pendant toute la durée d'utilisation, ou durée de vie de la lame composite. Conformément à l'invention, il a été découvert que la maîtrise des caractéristiques du revêtement d'interfaçage nécessitait l'enduction de la bande du substrat, avec une seule et même couche du matériau de contact, substantiellement continue et homogène pratiquement dans toute l'épaisseur du revêtement d'interfaçage, c'est-à-dire perpendiculairement aux faces de la bande du substrat, et ceci à l'échelle d'observation de la microscopie en lumière polarisée par exemple. Et, toujours selon l'invention, l'épaisseur de cette seule couche du matériau de contact, c'est-à-dire la plus faible épaisseur existant dans la zone active de la lame, par rapport à la face correspondante de la bande, selon la longueur et/ou la largeur de cette dernière, doit être au moins égale à 60 pm. Par conséquent, un revêtement d'interfaçage selon l'invention se différencie des revêtements traditionnellement obtenus jusqu'à présent, par les deux caractéristiques suivantes - à une échelle d'observation appropriée, par exemple en microscopie en lumière polarisée, et vu en coupe dans l'épaisseur du matériau de contact, on ne peut distinguer l'existence de plusieurs couches élémentaires superposées, délimitant entre elles une ou plusieurs discontinuités, toujours à l'échelle d'observation retenue - l'épaisseur globale du revêtement d'interfaçage, constitué par le seul matériau de contact retenu, est au moins égale à 60 Um, c'est-à-dire est supérieure à l'épaisseur d'une couche élémentaire, telle qu'obtenue avec les techniques usuelles de projection à chaud du matériau de contact, par exemple projection dans un plasma. A titre complémentaire, et de manière cohérente avec les caractéristiques techniques définies précédemment, le matériau de contact du revêtement d'interfaçage comprend en poids, en mélange homogène et isotrope, d d'une part, majoritairement une base complexe cohésive comprenant plusieurs composants inertes en mélange, et d'autre part, minoritairement, au moins un agent de modification de la base complexe, ou réglage d'au moins une caractéristique d'interfaçage de la lame avec le milieu traité en mouvement. Préférentiellement, les composants inertes de la base complexe cohésive sont des métaux, et par exemple des métaux différents, choisis notamment dans le groupe comprenant le fer, le chrome, le nickel, le tungstène, le molybdène, et le cuivre. Au total, en utilisant ou mettant en oeuvre la totalité des caractéristiques techniques exprimées précédemment, on obtient un revêtement d'interfaçage, non seulement adapté ou adaptable au milieu traité en mouvement, mais aussi ayant de très bonnes propriétés intrinsèques, notamment du fait de la masse spécifique du matériau de contact, au moins égale à 8000 kg/m3, et préférentiellement comprise entre 2000 et 19000 kg/m3. En particulier, les revêtements d'interfaçage obtenus selon l'invention ont démontré une très bonne résistance aux déformations de la lame composite, tout en demeurant solidaires du substrat de la bande, au sens d'une absence de pelage entre couches et/ou par rapport au substrat de la bande. Pour obtenir un revêtement d'interfaçage tel que défini précédemment, différentes techniques de dépôt ou enduction peuvent être utilisées, par exemple dépôt en phase vapeur sous vide du matériau de contact, galvano-plastie, etc... Préférentiellement, mais de manière non exclusive, on a découvert que - en obtenant, ou disposant du matériau de contact sous forme solide, notamment sous forme discrète, par exemple sous forme de poudre - et en projetant ce matériau, sous forme de particules sur la bande du substrat, dans un flux gazeux à haute température, notamment obtenu par combustion d'un combustible, et ayant une vitesse linéaire supersonique - on obtient directement sur le substrat de la bande un revêtement d'interfaçage, ayant les différentes caractéristiques ou propriétés énoncées et discutées précédemment. La technique de projection ainsi adoptée peut être une technique dite HVOF ("high velocity oxy fuel"). La présente invention est maintenant décrite par référence au dessin annexe, dans lequel - la figure 1 représente une vue en coupe d'une lame composite selon l'invention, telle qu'utilisée pour un couchage sur une bande de papier - la figure 2 représente une vue de dessus de la lame composite, dans sa position représentée à la figure 1, et avant son utilisation. De manière traditionnelle, une lame composite 1 comprend - une bande 2 d'un substrat conférant à la lame l'essentiel de ses propriétés mécaniques - un revêtement 3 d'interfaçage, lié d'un côté au substrat de la bande 2, et adapté de l'autre côté, notamment en forme et en dimensions, au contact glissant avec la sauce de couchage 4 en mouvement relatif par rapport à la lame ; le revêtement d'interfaçage 3 s'étend longitudinalement selon la direction de la lame, c'est-à-dire perpendiculairement au plan de la figure 1, et transversalement, c'est-à-dire vers le bas et dans le plan de la figure 1, à partir d'au moins un bord longitudinal 3a, et au moins sur l'une 2a des faces de la bande En fonction des paramètres de couchage, et de l'équipement, notamment porte-lame, dans lequel est montée la lame composite, l'homme du métier sait adapter, et a décrit différents profils, notamment en biseau, du revêtement 3 d'interfaçage, et éventuellement de la bande 2 du substrat, adaptés l'un à l'autre et aux conditions de couchage requises. Conformément à l'invention, c'est le revêtement d'interfaçage 3, et son matériau constitutif de contact qui sont obtenus comme décrits précédemment, en particulier avec l'épaisseur minimale (e) montrée à la figure 1, et au moins égale à 60 ssm dans la zone active de la lame. Comme montré à la figure 1, le revêtement de contact 3 adhère directement au substrat de la bande 2. Le substrat de la bande 2 est constitué par au moins un acier métallique, par exemple par un acier trempé, ayant une nuance telle qu'utilisée pour la fabrication de ressorts. Mais le substrat de la bande 2 peut être constitué également par un matériau polymère, composite ou non. Le bord longitudinal 3a du revêtement d'interfaçage 3 est aligné ou superposé avec le bord 2c longitudinal de la bande 2. Le revêtement d'interfaçage 3 s'étend transversalement sur la face 2a de la bande 2, depuis le bord d'entrée 3a jusqu'à un bord de sortie 3c. Bien entendu, ce revêtement d'interfaçage 3 peut également s'étendre sur l'autre face 2b de la bande 2. A titre de variante, le revêtement d'interfaçage 3 peut être lié à la bande 2 par une couche intermédiaire adhésive appropriée, quoi que le dépôt direct du matériau de contact sur le substrat de la bande 2 constitue une modalité préférentielle de l'invention. S'agissant du matériau de contact, la ou les caractéristiques d'interfaçage de la lame, contrôlées ou réglées par l'agent de modification, sont - la porosité du revêtement 3 d'interfaçage ou du matériau de contact, exprimée en pourcentage de la surface interne dudit matériau par rapport à la surface apparente de revêtement d'interfaçage ; par exemple cette porosité est inférieure à 4 t - et/ou le coefficient de frottement du revêtement 3 d'interfaçage par rapport au milieu 4 en mouvement ; - et/ou la mouillabilité de la surface externe 3b du revêtement d'interfaçage 3, au contact du milieu 4 en mouvement - et/ou la dureté du revêtement d'interfaçage 3 préférentiellement, cette dureté est au moins égale à 700 Vickers. Aux fins du contrôle ou réglage des caractéristiques précitées, la base complexe cohésive et agrégée représente en poids, entre 75 % et 95 %, et préférentiellement entre 80 % et 90 % du matériau de contact. Préférentiellement, le ou les agents de modification sont non métalliques, et notamment des métalloïdes choisis dans le groupe comprenant le carbone, le silicium, et le bore. Cet agent de modification peut être également une matière plastique, ou un polymère. Ainsi, en oxydant le molybdène, on augmente la dureté et on diminue le coefficient de frottement du revêtement d'interfaçage ; et en borurant le fer, on augmente la dureté et on diminue le coefficient de frottement de ce même revêtement. La ou les caractéristiques du revêtement d'interfaçage peuvent être aussi contrôlées, en modifiant chimiquement au moins un composé inerte de la base complexe cohésive du matériau de contact, par oxydation, ou boruration, ou carburation, c'est-à-dire en introduisant dans le réseau cristallin ou non de la base complexe cohésive, tous éléments interstitiels appropriés. Différentes compositions pondérales sont décrites dans le tableau ci-après CONPOSITIONS PONDERALES (%) Agent(s) de Base cohésive complexe modification Fe Cr Ni w c Si B 1 4 14 64,8 9,5 0,7 4 3 2 4,2 16,3 70,8 0,9 4,3 3,5 3 3,5-4,5 15,5-16,5 73,2-69 0-8-1 4-5 3-4 Des lames composites obtenues selon l'invention ne nécessitent aucun traitement postérieur, notamment pour ajuster la porosité, hormis tout usinage ou rectification nécessaire pour obtenir le profil requis pour la zone active de la lame composite. A titre d'exemple, une lame composite répondant aux caractéristiques précédentes a été obtenue selon le procédé suivant - on part d'une bande métallique 2, constituée par un acier au carbone, ayant une teneur en carbone inférieure à 1 %, trempé et revenu, dont la dureté est de l'ordre de 500 Vickers ; cette bande a une épaisseur de 5/10 mm, pour une largeur de 100 mm - on dispose d'un matériau de contact ayant la composition pondérale NO 2 du tableau ci-dessus, sous forme discrète, c'est-à-dire en particules ou poudres ; - avec un équipement CDS ("Continuous Detonation Spraying"), tel que fabriqué par la Société Plasma-Technik AG, aujourd'hui Sulzer-Metco, et en mettant en oeuvre une combustion d'un gaz combustible contenant du méthane avec de l'oxygène, on dépose en plusieurs passes, le matériau de contact, sur la bande 2 précédemment décrite, pour obtenir un revêtement d'interfaçage ayant une épaisseur de 220 Mm, dans la zone active de la lame, sur une largeur de 6 à 15 mm les caractéristiques finales de ce revêtement sont ajustées en réglant, le débit de la poudre du matériau de contact, et le débit du gaz combustible et/ou du gaz comburant, de l'équipement CDS. Le revêtement d'interfaçage ainsi obtenu présente en particulier une dureté de l'ordre de 100 à 1000 Vickers, avec une porosité inférieure ou égale à 1 %. REVENDICATIONS 1) Lame composite (1) comprenant une bande (2) d'un substrat conférant à ladite lame l'essentiel de ses propriétés mécaniques, un revêtement (3) d'interfaçage, lié d'un côté audit substrat, et adapté de l'autre côté, notamment en forme, à un contact glissant avec un milieu (4) en mouvement relatif par rapport à ladite lame, ledit revêtement d'interfaçage (3) s'étendant longitudinalement selon la direction de ladite lame, et transversalement à partir d'au moins un bord longitudinal (3a), et au moins sur l'une (2a) des faces de la bande, et ledit revêtement d'interfaçage comprenant au moins un matériau de contact, adapté pour résister à un contact glissant avec ledit milieu en mouvement, et différent du substrat, caractérisée en ce pue le revêtement d'interfaçage (3) comprend une seule couche du matériau de contact, substantiellement continue et homogène pratiquement dans toute l'épaisseur dudit revêtement, à l'échelle d'observation de la microscopie en lumière polarisée par exemple, et dont la plus faible épaisseur (e) par rapport à la bande, et dans la zone active de la lame selon la longueur et/ou la largeur de cette dernière, est au moins égale à 60 Mm. 2) Lame selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau de contact comprend en poids, en mélange homogène et isotrope, d'une part, majoritairement, une base complexe cohésive comprenant plusieurs composants inertes en mélange, et d'autre part, minoritairement, au moins un agent de modification de ladite base complexe, ou réglage d'au moins une caractéristique d'interfaçage de ladite lame avec le milieu en mouvement. 3) Lame selon la revendication 2, caractérisée en ce que la masse spécifique du matériau de contact est au moins égale à 8000 kg/m3, et préférentiellement comprise entre 2000 et 19000 kg/m3. 4) Lame selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'au moins un composant inerte de la base complexe cohésive est modifié chimiquement par oxydation, ou boruration, ou carburation. 5) Lame selon la revendication 2, caractérisée en ce que la caractéristique d'interfaçage réglée par l'agent de modification est choisi dans le groupe constitué par la porosité du revêtement (3) d'interfaçage ou du matériau de contact, le coefficient de frottement du revêtement (3) d'interfaçage par rapport au milieu (4) en mouvement, la mouillabilité de la surface externe (3b) du revêtement d'interfaçage (3), au contact dudit milieu en mouvement, la dureté du revêtement d'interfaçage (3). 6) Lame selon la revendication 5, caractérisée en ce que la porosité du revêtement d'interfaçage ou du matériau de contact est inférieure à 4 %. 7) Lame selon la revendication 5, caractérisée en ce que la dureté du revêtement de contact est au moins égale à 700 Vickers. 8) Lame selon la revendication 2, caractérisée en ce que la base complexe du matériau de contact comprend des métaux différents, notamment choisis dans le groupe comprenant le fer, le chrome, le nickel, le tungstène, le molybdène, et le cuivre. 9) Lame selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'agent de modification est non métallique, et notamment choisi dans le groupe comprenant le carbone, le silicium, et le bore. 10) Lame selon la revendication 2, caractérisée en ce que la base complexe cohésive représente en poids, entre 75 % et 95 %, et préférentiellement entre 80 % et 90 % du matériau de contact. 11) Lame selon la revendication 2, caractérisée en ce que le revêtement de contact (3) adhère directement au substrat de la bande (2). 12) Lame composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que le substrat de la bande (2) est constitué par au moins un matériau métallique, notamment par un acier. 13) Lame composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que le substrat de la bande est constitué par un matériau polymère, composite ou non. 14) Lame composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bord longitudinal (3a) du revêtement d'interfaçage est aligné ou superposé avec le bord (2c) longitudinal de la bande (2). 15) Lame composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que le revêtement d'interfaçage (3) s'étend transversalement, sur l'une (2a) et/ou l'autre (2b) face de la bande (2). 16) Lame composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que le revêtement d'interfaçage (3) est lié à la bande (2) par une couche intermédiaire adhésive. 17) Procédé de fabrication d'une lame selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'on dispose du matériau de contact sous forme solide, notamment sous forme discrète, par exemple sous forme de poudre, et on projette ledit matériau sur la bande (2) du substrat, dans un flux gazeux à haute température, notamment obtenu par combustion d'un combustible avec un comburant, et ayant une vitesse linéaire supersonique. 18) Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le matériau de contact est projeté selon la technique dite HVOF ("high velocity oxy fuel"). 19) Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que la technique HVOF met en oeuvre une combustion d'oxygène et d'un gaz combustible comprenant du méthane.