Brevet FR2957937A1 — publié le 20110930

La présente invention concerne un procédé pour réaliser un revêtement de faible épaisseur d'acier inoxydable sur une matrice de cuivre en utilisant un gaz vecteur chauffé pour véhiculer des particules d'acier inoxydable non fondues. Dans le domaine alimentaire, il est usuel de réaliser un refroidissement de certaines denrées alimentaires par échange thermique, c'est-à-dire en mettant les denrées à refroidir en contact avec des plaques métalliques faisant office d'échangeurs de chaleur. L'acier inoxydable est un métal recommandé dans le domaine alimentaire mais qui présente une mauvaise conductivité thermique. A l'inverse, le cuivre présente une bonne conductivité thermique mais sa mise en contact direct avec des denrées alimentaires n'est pas recommandée. De là, il a été proposé d'utiliser des plaques de cuivre recouvertes d'une fine couche, c'est-à-dire d'un revêtement surfacique de faible épaisseur, d'acier inoxydable. En effet, une telle association présente les avantages du cuivre et de l'acier mais sans en présenter les inconvénients. Toutefois, réaliser des revêtements d'acier inoxydable sur cuivre n'est pas chose aisée. En effet, il convient non seulement d'obtenir un bon accrochage de l'acier inoxydable sur le cuivre mais aussi d'éviter la formation de porosités et toute déformation éventuelle de la matrice. Le problème qui se pose est de pouvoir réaliser un revêtement d'une fine couche d'acier inoxydable sur une matrice en cuivre qui conduise à un bon accrochage de l'acier inox sur le cuivre sans engendrer une proportion importante de porosités et/ou de déformations de la matrice. La solution est un procédé pour réaliser un revêtement d'acier inoxydable sur au moins une partie de la surface d'une matrice en cuivre, caractérisé en ce que des particules d'acier inoxydable non fondues ou partiellement fondues, sont projetées sur la matrice en cuivre à revêtir en utilisant un gaz vecteur chauffé à une température comprise entre 50 et 800°C, ledit gaz vecteur étant de l'azote ou de l'hélium. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le gaz vecteur est chauffé à une température d'au moins 70°C. - le gaz vecteur est chauffé à une température d'au plus 700°C. - les particules d'acier inoxydable sont non fondues. - les particules d'acier inoxydable ont une taille moyenne comprise entre 5 et 50 µm. - les particules d'acier inoxydable sont formées d'acier inoxydable austénitique. - le revêtement est formé d'une ou plusieurs couches d'acier inoxydable. - le revêtement a une épaisseur inférieure à 1000 µm, de préférence inférieure ou égale à 500 µm, de préférence inférieure ou égale à 200 µm, typiquement inférieure ou égale à 100 µm environ. - le revêtement a une épaisseur supérieure à 1 µm, de préférence supérieure ou égale à 10 µm, de préférence supérieure ou égale à 25 µm. - la matrice en cuivre est portée par ou formée d'une pièce de forme tubulaire ou une plaque. - la matrice est une plaque de cuivre. - la matrice est un tube en cuivre. - le gaz est distribué à une vitesse entre 300 et 1600 m/sec, de préférence d'au moins 400 m/sec. - le mélange gaz vecteur/poudre est distribué au moyen d'une tuyère de Laval, c'est-à- dire avec passage interne convergent/divergent. - le chauffage du gaz est opéré au moyen d'un pistolet de projection comprenant des moyens de chauffage du gaz permettant de leur conférer la température souhaitée, de préférence les moyens de chauffage comprennent au moins une résistance électrique apte à et conçue pour réchauffer un gaz par contact direct ou indirect. Exemple Afin de montrer l'efficacité du procédé de l'invention, on a réalisé le dépôt d'une couche 7 de l'ordre de 100 µm d'acier inoxydable austénitique type 304 sur la surface extérieure 8 d'un tube 10 en cuivre (matrice) de 1 cm d'épaisseur par un procédé de projection thermique selon l'invention, comme illustré sur la Figure 2. Plus précisément, de fines particules d'acier inoxydables à l'état solide (non fondus) subissent une accélération dans un flux de gaz chauffé, en particulier de l'azote (N2) ou de l'hélium (He) à une température inférieure à 700°C, par exemple à 350°C. Selon l'invention, le gaz vecteur n'est donc pas suffisamment chauffé pour permettre une fusion de l'acier inoxydable projeté puisque celui-ci à une température de fusion de l'ordre de 1450°C à 1538°C selon la teneur en Cr et Ni qu'il contient. Le réchauffage des particules et leur projection se font au moyen d'un pistolet 1 de projection thermique, comme illustré en Figure 1, alimenté, d'une part, en gaz vecteur 2, par exemple de l'azote provenant d'un réservoir de stockage ou de bouteilles de gaz et, d'autre part, en poudre à projeter 3 provenant d'une réserve de poudre. Le pistolet de projection 1 est doté de moyens de chauffage 4 du gaz permettant de leur conférer la température souhaitée, par exemple une résistance électrique 4 de 17 kW qui réchauffe le gaz par contact direct ou indirect. Le gaz chauffé et la poudre se mélangent au sein d'une chambre de mélange 5 située dans le pistolet 1, avant d'être expulsés par une buse 6 de projection, par exemple une buse de Laval avec convergent/divergent, et d'aller impacter la matrice en cuivre du tube 10 pour y former la couche 7 (ou les couches successives) de revêtement désirée. L'injection de fines particules (taille approximative entre 5 et 50 µm) dans le jet de gaz à vitesse supersonique (i.e. > 360 m/sec) permet de les accélérer suffisamment pour permettre leur adhérence sur la matrice-support en cuivre. L'impact des particules sur la matrice provoque en fait une déformation plastique des particules libérant ainsi une énergie suffisante pour obtenir un bon accrochage des particules d'acier inoxydable sur la matrice-support. La distance buse/matrice est choisie empiriquement de sorte d'obtenir un revêtement homogène sur toute la surface recouverte, typiquement la buse est à une distance entre 30 mm et 60 mm environ de la matrice à revêtir. Il est à noter que, d'une façon générale, la matrice peut faire l'objet d'une préparation, en particulier d'un sablage, préalablement à la projection des particules d'acier inoxydable, de manière à la nettoyer (dégraissage) et à favoriser l'accrochage des particules projetées. Grâce au procédé de l'invention, il est possible de réaliser une (ou plusieurs) couche (successives) d'acier inoxydable sur la matrice en cuivre. Le revêtement obtenu présente une bonne adhérence sur la matrice, est de bonne qualité et quasi exempt de porosités et le substrat (matrice) n'a pas subi de déformation ou de modification des ses caractéristiques du fait des températures peu élevées mises en oeuvre. La poudre d'acier inoxydable projetée a également conservé ses caractéristiques. Par ailleurs, le revêtement en acier inoxydable a pu subir ensuite, sans se rompre, un usinage pour lui conférer un aspect de surface lisse. Revendications1. Procédé pour réaliser un revêtement d'acier inoxydable sur au moins une partie de la surface d'une matrice en cuivre, caractérisé en ce que des particules d'acier inoxydable non fondues ou partiellement fondues, sont projetées sur la matrice en cuivre à revêtir en utilisant un gaz vecteur chauffé à une température comprise entre 50 et 800°C, ledit gaz vecteur étant de l'azote ou de l'hélium. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz vecteur est chauffé à une température d'au moins 70°C et/ou le gaz vecteur est chauffé à une température d'au plus 700°C. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le chauffage du gaz est opéré au moyen d'un pistolet de projection comprenant des moyens de chauffage du gaz. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules d'acier inoxydable sont non fondues. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules d'acier inoxydable ont une taille moyenne comprise entre 5 et 50 µm. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement est formé d'une ou plusieurs couches d'acier inoxydable. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement a une épaisseur comprise entre 1 et 1000 µm, de préférence entre 10 et 500 µm. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la 30 matrice en cuivre est portée par ou constitue une pièce de forme tubulaire ou une plaque. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz est distribué à une vitesse entre 300 et 1600 m/sec, de préférence d'au moins 400 m/sec.25 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélange gaz vecteur/poudre est distribué au moyen d'une tuyère de Laval.