Brevet FR2818579A1 — publié le 20020628

PROCEDE DE FABRICATION D'UN PRODUIT PLAQUE COMPORTANT UNE PIECE SUPPORT EN ACIER ET UN REVETEMENT METALLIQUE ANTI-CORROSION Domaine de l'invention L'invention concerne les dispositifs de manipulation, de stockage et de traitement de produits chimiques destinés aux industries chimiques. Elle concerne en particulier les mélangeurs, les dispositifs de traitement et les dispositifs d'acheminement aptes à manipuler des produits hautement corrosifs, tels que des acides ou bases concentrés. Dans la présente demande, l'expression "élément de dispositif chimique" désigne notamment, de manière collective, les enceintes de stockage, les réservoirs, les échangeurs de chaleur, les réacteurs, les mélangeurs, les dispositifs de traitement et les dispositifs d'acheminement. L'invention concerne plus spécifiquement un procédé de fabrication de produits plaqués comprenant au moins une pièce support en acier et un revêtement métallique anti-corrosion, tels que des éléments de dispositifs chimiques ou des pièces d'assemblage destinées à la fabrication d'éléments de dispositifs chimiques. Etat de la technique Les industries chimiques utilisent de nombreux éléments de dispositif chimique qui sont susceptibles de manipuler, stocker et/ou traiter des produits chimiques hautement corrosifs et qui doivent par conséquent être aptes à résister à l'attaque de ces derniers. Afin de garantir une bonne tenue à la corrosion, les éléments de dispositif chimique comportent le plus souvent des pièces de support en acier et un revêtement métallique anti-corrosion à base de métaux dits " nobles ", tels que du titane, du tantale, du zirconium ou de l'acier inoxydable. Les éléments de dispositif chimique peuvent être fabriqués par assemblage de pièces d'assemblage, telles que des plaques, préalablement revêtues d'un revêtement métallique anti-corrosion. Le revêtement anti-corrosion peut être fixé à la pièce de support de différentes manières, telles que par moletage, explosion (" explosion clad "), calandrage à chaud ou simple habillage sans jonction entre la plaque et le revêtement anti-corrosion. Certaines applications, telles que les dispositifs sous faible pression interne, nécessitent une liaison forte entre la pièce de support en acier et le revêtement anti- corrosion, c'est-à-dire une liaison qui présente une grande résistance à l'arrachement, de manière à éviter la séparation entre ceux-ci qui pourrait, par exemple, conduire à un affaissement (" collapsing" en anglais) du revêtement anti-corrosion. Le moletage, l'explosion clad et le calandrage permettent d'obtenir des liaisons pièce/revêtement très fortes mais ces techniques ne peuvent être utilisées lorsque l'épaisseur du revêtement anti-corrosion est inférieure à 0,7 mm. La demanderesse a donc recherché une méthode susceptible d'implantation industrielle pour fixer solidement un revêtement anti-corrosion de faible épaisseur sur une pièce de support en acier. Objet de l'invention L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un produit plaqué comprenant une pièce support en acier et un revêtement métallique anti-corrosion, tel qu'un élément de dispositif chimique ou une pièce d'assemblage destinée à la fabrication d'éléments de dispositifs chimiques, caractérisé en ce que le revêtement anti- corrosion est fixé sur la pièce support par brasage sous vide. La demanderesse a constaté que le procédé de l'invention permet de fixer solidement sur une pièce métallique en acier un revêtement anti-corrosion ayant une épaisseur inférieure à 1 mm, voire inférieure à 0,5 mm, qui peut être aussi faible que 0,3 mm. Figures La figure 1 illustre de manière schématique un produit plaqué selon l'invention. La figure 2 illustre de manière schématique un mode de réalisation du procédé de l'invention. Description de l'invention Selon l'invention, le procédé de fabrication d'un produit plaqué (1) comportant une pièce support en acier (2) et un revêtement métallique anti-corrosion (3) est caractérisé en ce qu'il comprend au moins une opération de brasage sous vide, en utilisant au moins un matériau de brasage (4), de manière à établir une jonction mécanique entre au moins une partie déterminée du support (2) et au moins une partie déterminée du revêtement (3). Lesdites parties déterminées sont dites surfaces de liaisons. La jonction entre le support et le revêtement peut être établit par plusieurs surfaces de liaisons. La ou les surfaces de liaisons sont avantageusement préalablement traitées, avant l'opération de brasage, de manière, notamment, à éliminer les oxydes de surface. On peut, par exemple, effectuer un traitement chimique (tel qu'un décapage chimique) ou un traitement mécanique (tel qu'un usinage ou un ponçage). L'opération de brasage comprend normalement de rapprochement des dites parties déterminées de manière à obtenir un espacement D qui est de préférence choisie de manière à éviter la formation de bulles de gaz ou de défauts de liaison entre les surfaces de liaison durant l'opération de brasage. L'espacement D est typiquement inférieure à 0,1 mm. La valeur souhaitée pour l'espacement D peut être obtenue par application d'une pression de plaquage sur le support et le revêtement. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, ladite opération de brasage sous vide comprend: - l'interposition d'un matériau de brasage (4) entre la pièce de support en acier (2) et le revêtement anti-corrosion (3), de manière à former un assemblage initial (5); - éventuellement, l'application d'une pression de plaquage sur ledit assemblage initial (5); - l'introduction de l'assemblage initial dans une chambre à vide (10) munie de moyen de chauffage (11) tels qu'une résistance; - la formation d'un vide dans ladite chambre (10) (et donc au voisinage dudit assemblage) ; - le réchauffement dudit ensemble (5) jusqu'à une température au moins égale à la température de brasage dudit matériau de brasage (4). La température de brasage, qui est typiquement égale à la température de fusion du matériau de brasage, est telle que matériau fond et produit une liaison intime avec l'élément avec lequel il est en contact (pièce de support en acier et/ou revêtement anti-corrosion). Le matériau de brasage est de préférence réparti uniformément entre la pièce de support et le revêtement anti-corrosion afin d'obtenir une couche de liaison uniforme et d'augmenter la surface de contact entre ces deux éléments. L'interposition du matériau de brasage (4) entre la pièce de support (2) et le revêtement anti-corrosion (3) peut être faite en deux étapes. En particulier, l'interposition peut comprendre: - le dépôt du matériau de brasage (4) sur la pièce de support (2), au droit de la surface dite " de liaison "; - le positionnement du revêtement anti-corrosion (3) sur la pièce de support (2), de manière à former ledit assemblage initial (5). Dans certains cas, il peut être avantageux d'effectuer d'abord le dépôt du matériau de brasage (4) sur le revêtement anti-corrosion (3), au droit de la surface dite " de liaison ", et de positionner ensuite la pièce de support (2) sur le revêtement anti- corrosion, de manière à former ledit assemblage initial (5). Le vide est de préférence assez poussé, c'est-à-dire que la pression résiduelle dans la chambre est inférieure à 1 04 mbar, et est typiquement comprise entre 10-4 et 10-5 mbar. Il est avantageux d'appliquer une pression mécanique de plaquage sur ledit assemblage avant et/ou durant ledit réchauffement. Cette pression de plaquage est exercée de façon à ce que la pièce de support et le revêtement anti-corrosion soient serrées l'un contre l'autre et de façon à comprimer le matériau de brasage. Le revêtement métallique anti-corrosion (3) est de préférence en titane, en un alliage de titane, en tantale, en un alliage de tantale, en zirconium ou en un alliage de zirconium. Le matériau de brasage (4) peut être un alliage eutectique ou un métal fusible. Ledit matériau (4) contient éventuellement un flux. Il est avantageux que le matériau de brasage puisse diffuser dans l'élément avec lequel il est en contact, ce qui permet d'assurer une liaison très forte entre lesdits éléments. Le matériau de brasage se présente typiquement sous forme de poudre, d'un feuillard ou d'un treillis. Dans ses essais, la demanderesse a constaté que le treillis présente l'avantage de compenser efficacement les éventuelles variations de l'espacement D entre les surfaces de liaison. Lorsque le revêtement (3) est du tantale ou un alliage de tantale, le matériau de brasage (4) est typiquement composé de nickel, de chrome, de silicium ou de bore ou un mélange de ceux-ci, tel qu'un alliage de type BNi contenant du nickel et du bore (selon la classification ASTM), tel que Ni-14Cr-3B-4,5Si-4Fe, Ni-7Cr-3B-4,5Si-3Fe ou Ni-2B-3,5Si-1,5Fe. Dans ces cas, la température de brasage se situe typiquement entre 1000 et 1050 C. Lorsque le revêtement (3) est du titane ou un alliage de titane, le matériau de brasage (4) est typiquement un alliage à base d'argent contenant du lithium, du cuivre, de l'aluminium ou de l'étain, ou un alliage à base de titane, tel que TiNi, TiZrBe, 48Ti- 48Zr-4Be ou 43Ti-43Zr-12Ni-2Be. Lorsque le revêtement (3) est du zirconium ou un alliage de zirconium, le matériau de brasage (4) est typiquement un alliage à base de zirconium, de cuivre ou de nickel, tel que Zr-5Be, Cu-20Pd-3In, Ni-20Pd-lOSi, Ni-30Ge-13Cr ou Ni-6P. Les pièces de support en acier et les revêtements anti-corrosion peuvent prendre la forme de plaques. Ces éléments, qui peuvent être découpées préalablement, sont typiquement planes, mais elles peuvent être de formes bombées, semi-cylindriques ou autre. Les éléments peuvent également être mises en forme avant d'être réunies par brasage. Il est également possible d'effectuer le brasage sur un élément de dispositif chimique à l'aide de revêtements métalliques anti-corrosion ayant une forme appropriée. L'acier utilisé est généralement un acier au carbone, et de préférence un acier au chrome. Il est particulièrement avantageux d'utiliser un acier dont le coefficient de dilatation thermique est proche de celui du revêtement anti-corrosion, c'est-à-dire que, avantageusement, la différence entre le coefficient de dilatation thermique dudit acier et le coefficient de dilatation du revêtement anti-corrosion est inférieure à 20 %, et de préférence inférieure à 10 %. Plus précisément, le coefficient de dilatation thermique dudit acier est égal à celui dudit revêtement + 20 %, et de préférence + 10 %. La pièce support (2) et/ou le revêtement anti-corrosion peuvent se présenter sous forme de plaque ou de tôle. Ledit produit plaqué (1) peut être une pièce d'assemblage ou un élément de dispositif chimique. Exemples Des essais de fabrication de pièces d'assemblage ont été réalisés à partir de plaques en acier au carbone et de revêtements anti-corrosion en tantale. Le matériau de brasage était un alliage BNi de la classification ASTM, à base nickel et contenant du bore, du chrome et du silicium. Les valeurs de résistance à l'arrachement observées lors de ces essais se situaient entre celles obtenues sur les pièces d'assemblages produites par explosion clad et celles obtenues sur des pièces d'assemblage produites par moletage. La demanderesse a constaté que la profondeur de diffusion du matériau de brasage dans l'élément en tantale était de l'ordre de 10 à 20 iim, de sorte que la résistance à la corrosion du revêtement de tantale n'est pas affectée par cette diffusion. Avantages de l'invention Les produits plaqués qui sont obtenus avec le procédé de l'invention présentent l'avantage d'une grande conductivité thermique transversale grâce à une liaison étroite entre pièce de support et revêtement anti-corrosion sur la plus grande partie de la surface de liaison, ce qui n'est pas le cas d'une liaison obtenue, par exemple, par moletage qui ne produit que des cordons de liaison. Une conductivité thermique transversale est particulièrement avantageuse dans les dispositifs chimiques comprenant des moyens de transfert thermique tels qu'un échangeur ou une double enveloppe de refroidissement ou de chauffage. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un produit plaqué (1) comportant une pièce support en acier (2) et un revêtement métallique anti-corrosion (3), caractérisé en ce qu'il comprend au moins une opération de brasage sous vide, en utilisant au moins un matériau de brasage (4), de manière à établir une jonction mécanique entre au moins une partie déterminée du support (2) et au moins une partie déterminée du revêtement (3). 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de brasage comprend le rapprochement des dites parties déterminées de manière à obtenir un espacement D inférieure à 0,1 mm. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite opération de brasage comprend: - l'interposition d'un matériau de brasage (4) entre la pièce support (2) et le revêtement anti- corrosion (3), de manière à former un assemblage initial (5); - éventuellement, l'application d'une pression de plaquage sur ledit assemblage initial (5); - l'introduction de l'assemblage initial dans une chambre à vide (10) munie de moyen de chauffage ( 11); - la formation d'un vide dans ladite chambre; - le réchauffement dudit ensemble (5) jusqu'à une température au moins égale à la température de brasage dudit matériau de brasage (4). 4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'épaisseur dudit revêtement (3) est inférieure à 1 mm. 5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'épaisseur dudit revêtement (3) est inférieure à 0, 5 mm. 6. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit revêtement (3) est en tantale ou en un alliage de tantale. 7. Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau de brasage (4) comprend du nickel et du bore. 8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit revêtement (3) est en titane ou en un alliage de titane. 9. Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce que le matériau de brasage (4) est un alliage à base d'argent contenant du lithium, du cuivre, de l'aluminium ou de l'étain, ou un alliage à base de titane. 10. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit revêtement (3) est en zirconium ou en un alliage de zirconium. Il. Procédé de fabrication selon la revendication 10, caractérisé en ce que le matériau de brasage (4) est un alliage à base de zirconium, de cuivre ou de nickel. 12. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le matériau de brasage se présente sous forme de poudre, d'un feuillard ou d'un treillis. 13. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la pression résiduelle dudit vide est inférieure à 10-4 mbar. 14. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit acier est un acier au chrome. 15. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la différence entre le coefficient de dilatation thermique dudit acier et le coefficient de dilatation thermique dudit revêtement anti- corrosion est inférieure à 20 %. 16. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que ladite pièce support (2) se présente sous forme de plaque ou de tôle. 17. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que ledit revêtement (3) se présente sous forme de plaque ou de tôle. 18. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que ledit produit plaqué (1) est une pièce d'assemblage ou un élément de dispositif chimique.