1 Perfectionnement à la projection à l'aide d'une flamme de composés
synergiques pulvérisés.
La présente invention concerne des changements, perfection-' . nements et.additions apportés au procédé du brevet principal pour la projection à l'aide d'une flamme d'un composé intermétallique à
réaction exothermique, qui forme des produits composites. Elle con-
cerne plus particulièrement la projection à l'aide d'un" flamme de . matériaux pour pulvérisation à la flamme sous forme de produits
composites contenant deux ou plusieurs constituants qui ont une
réaction exothermique l'un avec l'autre pendant la'pulvérisation .
avec formation d'un ou plusieurs composés intermétalliques et elle
concerne un nouveau groupe de tels produits composites comprenant <EMI ID=1.1>
On a décrit au brevet principal un procédé de projection à l'aide d'une flamme, dans lequel on chauffe une matière fusible à la chaleur dans une zone de chauffage pour, au moins, la ramai-,
<EMI ID=2.1>
<EMI ID=3.1>
dans ladite zone sous la.forme de particules individuelles, por-
<EMI ID=4.1>
moins une couche de revêtement en une matière différente de celle constituant le noyau et qui exerce au cours de l'opération avec ce noyau une action synergique.
L'invention est illustrée ci-après en référence aux dessins annexés poui lesquels :
- Fig. 1 est une vue en coupe d'un mode de réalisation d'un prain composite agrégé d'une nouvelle poudre de pulvérisation à la flamme, conforme à 1'invention ;
- Fig. 2 montre en co-..pe un autre mode de réalisation d'un nouveau fil destiné à la pulvérisation à l'aide d'une'flamme conformément à l'invention ;
- Fig. 3 est une variante de réalisation d'un nouveau fil pour pulvérisation à la flamme conforme à l'invention.
Selon!l'invention, on effectue la pulvérisation à l'aide d'une flamme du matériau fusible à chaud se trouvant sous forme d'un produit composite contenant au moins deux.constituants qui ont une réaction exothermique l'un avec l'autre aux températures développées pendant la pulvérisation et forment un composé intermétallique.
Le terme "produit composite" tel qu'il est utilisé dans la présente description désigne une unité structurale formant un
<EMI ID=5.1>
vant être séparés physiquement sans aucune destruction de structure. Ainsi dans le cas de la poudre, le terme "produit composite" ne com- prend.pas un simple mélange de grains ou granules individuels des
<EMI ID=6.1>
individuels contienne les constituants séparés qui ont une réac-
tion exothermique avec formation de composés intermétalliques. Dans le cas d'un fil,.les constituants individuels doivent être incorporés dans un seul fil. Dans le produit composite, les constituants doivent être en contact intime les uns avec les autres.
En ce qui concerne les poudres, chaque grain peut consister en un agrégat contenant les deux constituants qui doivent
avoir les réactions exothermiques, avec formation du composé intermétallique mais de préférence les grains individuels de la
poudre sont sous forme d'un produit composite à revêtement formé d'un noyau de l'un des constituants et d'au moins une couche de revêtement formé par l'autre constituant. En variante, le produit composite peut consister en couches de revêtement concentriques distinctes formées des deux constituants et d'un noyau formé par
un troisième matériau*
Dans le cas de fils, les produits composites peuvent être constitués par un fil ayant une gaine de revêtement formée par l'un des matériaux et un noyau formé par l'autre matériau, par des gaines de revêtement formées par les constituants qui alternent et
par un noyau en un troisième matériau, par un fil obtenu en tor- <EMI ID=7.1> par.un fil consistant en une gaine en l'un des constituants et en un noyau contenant l'autre constituant sous forme de poudre ou sous forme compacte, par un fil formé d'une enveloppe en l'un des constituants et d'un noyau contenant un mélange de poudres compacte
du même matériau et d'un ou plusieurs autres constituants, par un fil formé d'une enveloppe plastique et d'un noyau contenant un mélange de poudre compacte des constituants, etc.
Afin que les fils conviennent pour la pulvérisation,
ils ne doivent pas former de cavité à leur extrémité lorsqu'ils sont chauffés et ils doivent de préférence être capables de former une extrémité pointue ou de forme légèrement conique lorsqu'ils sont fondus et pulvérisés. Ainsi, si les fils ont une couche ou enveloppe extérieure forage pa.r l'un des constituants et un noyau intérieur formé par l'autre constituant, le noyau intérieur ne peut pas avoir un point de fusion inférieur à celui de l'enveloppe extérieure sinon le noyau intérieur fondrait initialement ce ' qui produirait la formation de cavités à l'extrémité. Par exemple, lorsque le fil est composé de nickel et d'aluminium comme constituants à réaction exothermique et i� squ'il est sous forme d'un
<EMI ID=8.1>
Le fil avant les caractéristiques de point de fusion permettant la fusion de l'extrémité sans cette formation de cavités est désigné dans la présente description par le terme "fil ne formant pas de cavités". Comrp constituants, on peut utiliser deux produits métalliques quelconques qui peuvent être fondus ensemble de manière à former un composé intermétallique dans une réaction
-exothermique. Les constituants doivent libérer environ 3.000 calories par atome-gramme et de préférence au moins 7.500 calories par atome-gramme dans la réaction exothermique formant les compo- <EMI ID=9.1>
qu'il est utilisé dans la présente description désigne le nombre de petites calories dégagées par la formation d'une quantité du composé intermétallique formé correspondant à son poids atomique moyen en grammes. Alors que les constituants sont de préférence présents dans les proportions stoechiométriques requises pour la formation du composé intermétallique, il est cependant possible d'opérer avec un excès de l'un ou l'autre des constituants à condition que les quantités relatives soient suffisantes pour libérer les quantités de chaleur indiquées ci-dessus pour la forma-
<EMI ID=10.1>
On' connaît un nombre extrêmement élevé de constituants métalliques qui peuvent être fondus ensemble dans une réaction exo-
<EMI ID=11.1>
tion de chaleur. L'une quelconque de ces paires ou couples de constituants peut être utilisée conformément à l'invention et. il est seulement nécessaire que cette paire soit capable d'être mise initialement sous la forme de produit composite approprié à la
<EMI ID=12.1>
tir du produit composite libèrent la quantité requise de chaleur lors de la formation des composés int�rmétalliques et soient appropriés comme constituants d'un revêtement obtenu par pulvérisa-
<EMI ID=13.1>
intermétalliques ayant un point de fusion plus élevé, libèrent suffisamment de chaleur pour être utilisables conformément à l'invention. Dans certains cas cependant, les constituants formant des
<EMI ID=14.1>
bèrent aussi suffisamment de chaleur dens la réaction exothermique et de ce fait sont utilisables. Les constituants préférés sont l'alu-
<EMI ID=15.1>
Bien nue le fer lui-même ne soit pas un constituant sa- tisfaisant, il peut être utilisé en addition à un autre constituent, qui en lui-même, est satisfaisant, par exemple sous forme d'un al-
<EMI ID=16.1>
doit être présent en une quantité suffisante pour former le composé .. intermétallique avec l'autre constituant du produit composite et pour produire une quantité suffisante de chaleur pour favoriser l'opération de pulvérisation. Ainsi par exemple, le fer qui contient juste suffisamment de nickel sous forme d'alliage pour obtenir la résistance à la rouille de cet alliage, ne contient pas suffisamment de nickel pour une réaction exothermique efficace avec l'aluminium. En général un alliage de nickel et de fer doit contenir an moins, environ 12 % de nickel dans ce but. La figure 1 représente un agrégat d'aluminium et de .
<EMI ID=17.1>
gure 2 représente un fil réalisé avec des brins alternés de nickel 2 et d'aluminium 1, tels que par exemple 18 brins de fil de
<EMI ID=18.1>
kel et d'aluminium, sous forme d'une poudre compacte 3 de nickel et d'aluminium.
Lorsque l'un des constituants métalliques est disponible sous forme d'un hydrure métallique, celui-ei peut être utilisé sous cette forme au lieu de la forme métallique. Lorsque l'on effectue la pulvérisation à l'aide de la flamme, l'hydrogène ga-
<EMI ID=19.1>
de son côté empêche l'oxydation des composés intermétalliques pen. dant leur formation et immédiatement après cette formation. Ainsi par exemple à le. place du titane, on peut utiliser de l'hydrure de titane comme l'un des constituants.
De même, dans le but de diminuer l'oxydation, on peut ajouter un hydrure métallique, tel que de l�hydrure de titane en
<EMI ID=20.1>
liser par exemple 1 à 10 % en poids et de préférence 1 à 5 % d'hydiure par rapport au total formé par l'hydrure et-les autres constituants.
En outre, les granules de poudre et le fil peuvent con- tenir d'autres constituants classiques pour la pulvérisation à la flamme ou peuvent être pulvérisés en mélange ou conjointement à
ces constituants. Ainsi par exemple les poudres à revêtement peuvent contenir en outre d'autres couches de revêtement formées d'au- ' tres constituants pour la pulvérisation à la flamme ou peuvent con-
<EMI ID=21.1>
flamme avec des couches de revêtement alternées formées des consti-
<EMI ID=22.1>
et dans le cas de poudres, celles-ci peuvent être mélangées en plus avec toute autre poudre désirée pour la pulvérisation à la
i flamme,
Un mode de formation avantageux des poudres à revête- ment conformément à la présente invention consiste à effectuer le 'dépôt de l'un des constituants, comme revêtement de peinture, sur l'autre constituant. Ainsi, l'un des constituants qui est destiné
à former le revêtement, peut être dispersé sous forme finement divisée dans un liant ou dans une laque avec formation d'une "pein-
<EMI ID=23.1>
Cette "peinture" est alors utilisée pour le revêtement de particules constituant les noyaux, formées par l'autre constituant et on laisse le liant ou la laque se solidifier ou sécher. Le matériau du liant est de préférence une résine qui ne dépend pas de l'évaporation de solvant pour la formation d'une pellicule séchée ou fixée, cette pellicule se décomposant ou se rompant à la chaleur au cours du procédé de pulvérisation. Le liant peut ppr exemple être constitué par un vernis phénoliaue ou tout autre vernis
-connu ou de type courant contenant de préférence une résine constituant le matériau solide du vernis. Le constituant qui est '.nitialement mélangé au liant ou au vernis doit de préférence être aussi finement divisé que possible d'est-à-dire comporter par exemple des grains inférieurs à 0,044 mm.
L'autre constituant qui forme le noyau doit avoir approximativement la dimension finale des particules désirées pour la poudre de pulvérisation où ne doit avoir qu'une dimension légèrement inférieure à ladite dimension
<EMI ID=24.1>
tué de toute manière connue ou désirée; il est simplement nécessaire de mélanger les deux matériaux ensemble et de laisser le liant sécher ou prendre en masse ! on obtient ainsi une poudre
<EMI ID=25.1>
tement formé par l'autre constituant fixé par le liant.
Les agrégats peuvent être .ormes en agglomérant ou en pastillant de manière �mpacte les divers constituants avec. obtention des prpnules individuels ou bien on peut former dos agrégats
plus grands et les broyer ensuite en Granules,
<EMI ID=26.1>
classiques de formation des fils avec divers constituants comme par exemple par contraction d'une gaine sur un noyau, par formation du noyau avec de la poudre, par torsion des fils constituants, suivie par un laminage, un étirage, un étampage ou un traitement analogue si on le désire.
Conformément à un mode de fabrication, l'un des constituants peut être façonné en un tube ou en une enveloppe ou raine et peut être rempli d'une poudre formée de l'autre constituant ou d'une poudre comprenant un mélange des deux constituants ou contenant de.; constituants supplémentaires. Les extrémités du tube sont ensuite fermées et on réduit le fil à un diamètre désiré par étampage, laminage ou étirage. De préférence la poudre ou le mélange'de poudres est d'abord comprimé en agglomérés cylindriques, avant disposition dans l'enveloppe ou le noyau. La fermeture des extrémités du tube âpres chargement de la poudre ou du mélange de poudres peut être effectuée par exemple par in- troduction d'un bouchon, par exemple constitué par le métal de l'enveloppe, pnr soudure, par torsion, par plissage ou par un trai tement analogue. ,
Bien que les poudres soient de préférence pulvérisées,
<EMI ID=27.1>
à poudre il est également possible de combiner ces poudres sous forme d'un fil d'une tige ou baguette en utilisant le liant plas-
<EMI ID=28.1>
forme de baguettes ou de fils. Les fils doivent avoir les dimensions et les tolérances courantes pour les fils destinés à être pulvérisés à l'aide d'une flamme et ainsi par exemple ils peuvent varier au point de vue dimensions entre des diamètres de 0,6 cm et 0,08 cm et ont de préférence les diamètres suivants
+ 0,0013 cm + 0,0013 cm
<EMI ID=29.1>
- 0,0063 cm <EMI ID=30.1>
<EMI ID=31.1>
ou défauts superficiels. Les fils sont soumis à la pulvérisation de la manière classique , en utilisant des pistolets pulvérisa- tours à flamme courants du type à fil.
Lors de leur combinaison dans la réaction exothermique avec formation du composé intermétallique, les constituants produisent de la chaleur in situ dans le matériau qui forme au moins une partie du revêtement. Ceci doit être distingué des procédés et des matériaux pour projection à l'aide d'une flamme dans lesquels la chaleur est produite par une réaction telle qu'une réaction d'oxydation, où un élément étranger non métallique est introduit et où des constituants indésirables peuvent être produits. En plus du fait qu'elle contribue fortement à l'efficacité ther-mique du procédé, la chaleur produite in situ lors de la forma-
<EMI ID=32.1>
avec obtention dans beaucoup de cas d'un revêtement plus dense
et plus adhérent ayant les caractéristiques d'un revêtement au moins partiellement réuni par fusion. Dans de nombreux cas, le revêtement présente des caractéristiques d'auto-adhérence, de sorte qu'une préparation particulière de la surface, en dehors d'un bon nettoyage, n'est pas requise. La pulvérisation est effectuée à tous égards de la manière classique bien connue en uti- lisant un appareillage de pulvérisation à la flamme courant et on peut effectuer une préparation courante de la surface, si on le désire. Lesproduits composites conformes à l'invention peuvent être pulvérisés . projetés conjointement à d'autres matériaux pour pulvérisation à l'aide d'une flamme, qu'on utilise couramment dans la technique ou en addition à ces matériaux, ou peuvent être pulvérisés en combinaison ou conjointement à ces autres matériaux.
L'utilisation des produits composites, tels que par exemple les produits composites de nickel -aluminium, améliore
de manière générale l'adhérence du matériau total pulvérisé et, ainsi, du ou des autres constituants sur le support, ce qui rend parfois le mélange auto-adhérent. L'adhérence des particules est améliorée et le revêtement estplus dense de sorte que sa porosité peut être diminiuée. En général, une quantité aussi faible que
10 % en poids des produits composites conformes à l'invention, est suffisante pour améliorer de manière importante les caractéristiques d'adhérence et faire diminuer la porosité d'autres matériaux pour la pulvérisation à l'aide d'une flamme, tels que les
<EMI ID=33.1>
à l'aide d'une flamme. Il n'y a naturellement pas de limites supérieures en ce qui.concerne la quantité du produit composite susceptible d'être pulvérisée, étant donné que ce produit peut être pulvérisé tout seul, mais généralement il faut au moins environ
20 % en poids de l'autre constituant, lorsque de.dernier constituant est destiné à avoir un effet prononcé sur les caractéristiques du revêtement.
L'invention est illustrée sans être limitée par les exemples ci-après. EXEMPLE .1 '
(a) On répète l'exemple 1 du brevet principal en utili- <EMI ID=34.1>
sultats comparables..
<EMI ID=35.1>
<EMI ID=36.1>
de 60 à 85 % en poids du total. Le revêtement formé après pulvérisation est dur et"dense et lorsqu'on le projette par pulvérisa-
<EMI ID=37.1>
tage, on obtient une excel ente adhérence. La pulvérisation peut être effectuée avec une flamme d'oxygène-hydrogène ou d'oxygène- acétylène.
<EMI ID=38.1>
On revêt des noyaux en poudre,de silicium avec du nickel de manière à former une poudre à revêtement de nickel pour pulvé- risation à l'aide d'une flamme, ayant des dimensions de particu- les comprises entre 0,149 mm et 0,044 mm et contenant 75 à 85 %
(de nickel par rapport au total silicium-nickel. La poudre compo -
site est pulvérisée au moyen du pistolet pulvérisateur à flamme décrit dans l'exempte 1 du brevet principal, sur un support en acier préparé par un léger sablage, en utilisant les conditions de pulvérisation telles que décrites dans l'exemple 1 du brevet principal.
Pendant la pulvérisation, le silicium se combine au nickel dans une réaction exothermique, ce qui augmente fortement l'efficacité thermique de la pulvérisation et conduit à un excellent revêtement.
<EMI ID=39.1>
On mélange de la poudre d'aluminium finement divisée
<EMI ID=40.1>
un vernis phénolique contenant approximativement 50 % de solides de manière à former un mélange ayant la consistance d'un sirop lourd et contenant 60 % en poids d'aluminium métallique.
.On ajoute 100 g de ce mélange de vernis et de poudre d'aluminium à 240 g de poudre de nickel ayant des dimensions de <EMI ID=41.1>
soigneusement les deux produits ; on poursuit le mélange jusqu'à ce que le vernis soit séché en laissant subsister une poudre coulant assez librement dans laquelle toutes les particules consti-
<EMI ID=42.1>
che consistant en des particules d'aluminium fixées les unes aux autres ainsi qu'au noyau au moyen du liant phénolique. On chauffe
<EMI ID=43.1>
tient quelques particules agglomérées mineures qu'on soumet à un tamisage et à un broyage à la main de manière à obtenir une poudre ayant des dimensions de particules inférieures à 0,15 mm. La poudre finale est approximativement formée de 15 % en poids d'aluminium et de 85 % en poids de nickel à cause de la perte d'un peu , d'aluminium pendant le broyage. On projette la poudre de la ma- nière décrite dans l'exemple 1 du brevet principal avec production d'un revêtement similaire présentant cependant une résistance
à la traction qui est supérieure au double de celle du revêtement' produit selon l'exemple 1 du brevet principal.
EXEMPLE
(a) On mélange à fond une composition de 6 % en poids de poudre d'aluminium et de 94 % en poids de poudre de nickel et on comprime le produit de manière à former des agglomérés cylin- driques qu'on charge dans un tube en aluminium'ayant un diamètre <EMI ID=44.1>
dure. Le matériau d'un diamètre de 0,95 cm est alors amené à un diamètre de 0,63 cm par étampage puis ensuite à un diamètre de
<EMI ID=45.1>
alors soumis à un recuit et est bobiné. On soumet alors le fil à la pulvérisation en utilisant un pistolet pulvérisateur à flamme du type courant pour fil, disponible sur le marché sous le dénomination pistolet Metco Type 4-E. On effectue la pulvérisation en utilisant de l'acétylène à une pression d'environ 1 kg/cm
<EMI ID=46.1>
raison de 1,5 m par minute. Le matériau de pulvérisation est
déposé sur une surface d'acier laminé à froid, meulé et poli à .la machine avec formation d'une liaison d'adhérence ayant une résistance à la traction de 2,70 kg/mm . Le revêtement obtenu .
<EMI ID=47.1>
à l'oxydation et il peut également servir de support pour une autre pulvérisation.
(b) On répète l'exemple 4 (a) excepté que l'on utilise de la poudre de chrome à la place de la poudre de nickel, à raison de 24 à 95 % en poids, par rapport au total de l'aluminium et du chrome. La pulvérisation conduit à un revêtement de qualité- élevée qui présente des propriétés auto-adhérentes et
qui est résistant à l'oxydation aux températures élevées.
(c) On répète l'exemple 4 (a), en utilisant de la poudre de colombium à la place de la poudre de nickel à raison de 40 à 90 % et de préférence de 50 à 55 % en poids, par rapport au,total du colombium et de l'aluminium. Le revête:nent obtenu par pulvérisation est de qualité élevée et est résistant à l'oxydation aux températures élevées ; il peut être utilisé pour la protection de supports en tantale et'en molybdène contre l'oxydation.
(d) On repète l'exemple 4 (a), en utilisant de la poudre de tantale à la place de la poudre de nickel à raison de <EMI ID=48.1>
tale, par rapport au total du tantale et de l'aluminium. Le revêtement obtenu par pulvérisation est dense et d'une qualité élevée ; il est auto-adhérent et il est résistant à l'oxydation. aux températures élevées.
(e) On répète l'exemple 4 (a), en utilisant de la poudre de bore à la place de la poudre de nickel à raison de 40 . à 90 % en poids, par rapport au total du bore et de l'aluminium. Le revêtement résultant obtenu par pulvérisation est auto-adhérent et est résistant à l'oxydation aux températures élevées.
<EMI ID=49.1>
tient en plus 0,5 à 5 % en poids de bore, et/ou 0,5 à 5 % en poids de silicium, par rapport au total des constituants. Le revêtement formé est similaire à celui obtenu selon l'exemple 4
(c), excepté qu'il y a formation, par chauffage à température élevée dans l'air, d'une pellicule d'oxyde protectrice très mince, dense, adhérente sur la surface du composé intermétallique formé, laquelle est résistante aux brisures dues à un choc thermique et dont on pense qu'elle se reconstitue d'elle-même.
(g) On répète l'exemple 4 (a) excepté que l'on ajoute du carbure de tungstène contenant 12 % de liant et ayant des dimensions de particules inférieures à 0,1 mm, à raison de 5 à 70% en poids par rapport au total des constituants. Le revêtement résultant est dense, extrêmement résistant à l'usure et présente des propriétés auto-adhérentes. On peut encore répéter cet exemple
en utilisant à la place du carbure de tungstène indiqué, du carbure de tungstène cristallin, de l'oxyde d'aluminium, des diaments ou tout autre matériau abrasif.
(h) On répète l'exemple 4 (a), mais on ajoute au noyau 1 à 10 % en poids et de préférence 1 à 5 % en poids d'hydrure de titane de dimensions de particules inférieures à
0,15 mm et de préférence inférieures à 0,0.44 mm, par rapport au total des constituants. Les résultats sont les mêmes que ceux
<EMI ID=50.1>
possède une résistance physique améliorée et qu'il comporte beaucoup moins d'inclusions d'oxyde. A la place de l'hydrure de titane on peut utiliser d'autres hydrures métalliques.
(i) On répète l'exemple 4 (a) excepté que la poudre
de nickel est remplacée par une poudre de "Nichrome" formée d'un alliage de chrome contenant 80 % de nickel et 20 % de chrome. Lorsque le fil est projeté, il donne un revêtement dense, auto- adhérent, qui est extrêmement résistant à l'oxydation.
(j) On répète l'exemple 4 (a) excepté que l'on rem-
<EMI ID=51.1>
en poids de nickel et de 20% en poids de chrome. Lorsque le fil est pulvérisé il donne un revêtement dense, auto-adhérent, qui est fortement résistant à l'oxydation.
EXEMPLE 5.
<EMI ID=52.1>
paires ou couples de constituants pouvant être utilisés pour la formation des poudres et/ou des fils conformément à l'invention. !
Chacune des paires de constituants énumérées dans le
<EMI ID=53.1>
d'un fil composite tel que décrit ci-dessus et lorsqu'elle est
<EMI ID=54.1>
avec formation d'un composé intermétallique et d'un revêtement de qualité élevée. Ainsi les paires de constituants peuvent être tranformées en poudre à revêtement du type décrit dans l'exemple 3 . et peuvent être projetées de la manière décrite dans cet exemple
ou peuvent être mises sous forme de fil composite de la manière décrite dans l'exemple 4 et projetées de la manière décrite dans cet exemple.
<EMI ID=55.1>
<EMI ID=56.1>
<EMI ID=57.1>
Il est bien entendu qu'on peut effectuer de nombreuses modifications dans la description ci-dessus sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS.
<EMI ID=58.1>
1. Procédé pour la projection à l'aide d'une flamme dans lequel un matériau fusible à chaud est chauffé dans une zone de chauffage au moins à un état de ramollissement dû à la chaleur et est éjecté dans cet état en dehors de la zone précitée sous forme finement divisée, caractérisé en ce qu'on-fait passer le matériau fusible à chaud dans la zone précitée' sous :forme d'un produit composite comprenant au moins deux consti! tuants qui réagissent exothermiquement l'un avec l'autre à la , température développée dans la zone de chauffage, avec formation d'un composé intermétallique.
1 Improvement in projection using a flame of compounds
synergistic spray.
The present invention relates to changes, perfection. to the process of the main patent for the projection using a flame of an intermetallic compound to
exothermic reaction, which forms composite products. She con-
more particularly identifies the projection with the aid of a flame of materials for flame spraying in the form of products
composites containing two or more constituents which have a
exothermic reaction with each other during spraying.
with formation of one or more intermetallic compounds and it
relates to a new group of such composite products comprising <EMI ID = 1.1>
The main patent describes a method of spraying using a flame, in which a heat-fusible material is heated in a heating zone for, at least, the ramai.
<EMI ID = 2.1>
<EMI ID = 3.1>
in said zone in the form of individual particles, por-
<EMI ID = 4.1>
at least one coating layer of a material different from that constituting the core and which exerts during the operation with this core a synergistic action.
The invention is illustrated below with reference to the accompanying drawings in which:
- Fig. 1 is a sectional view of one embodiment of an aggregated composite plank of a novel flame spray powder according to the invention;
- Fig. 2 shows in co - .. eg another embodiment of a new wire intended for spraying with a'flame according to the invention;
- Fig. 3 is an alternative embodiment of a new wire for flame spraying according to the invention.
According to the invention, the hot-meltable material is sprayed with a flame in the form of a composite product containing at least two constituents which have an exothermic reaction with each other. at temperatures developed during spraying and form an intermetallic compound.
The term "composite product" as used in the present description denotes a structural unit forming a
<EMI ID = 5.1>
to be physically separated without any destruction of structure. Thus in the case of powder, the term "composite product" does not include a simple mixture of individual grains or granules of the
<EMI ID = 6.1>
individual components contain the separate constituents which react
exothermic reaction with formation of intermetallic compounds. In the case of a yarn, the individual constituents must be incorporated into a single yarn. In the composite product, the constituents must be in intimate contact with each other.
As regards powders, each grain may consist of an aggregate containing the two constituents which must
have the exothermic reactions, with formation of the intermetallic compound but preferably the individual grains of the
powder are in the form of a coated composite product formed of a core of one component and at least one coating layer formed by the other component. Alternatively, the composite product may consist of separate concentric coating layers formed of the two components and a core formed by
a third material *
In the case of yarns, the composite products may consist of a yarn having a coating sheath formed by one of the materials and a core formed by the other material, by coating sheaths formed by the components which alternate and
by a core made of a third material, by a wire obtained by tor- <EMI ID = 7.1> by. a wire consisting of a sheath of one of the constituents and of a core containing the other constituent in the form of powder or in compact form, by a wire formed of an envelope of one of the constituents and of a core containing a compact mixture of powders
of the same material and one or more other constituents, by a wire formed of a plastic envelope and a core containing a mixture of compact powder of the constituents, etc.
In order for the wires to be suitable for spraying,
they should not form a cavity at their end when heated, and they should preferably be able to form a sharp or slightly conical end when melted and pulverized. Thus, if the wires have an outer layer or shell drilled by one of the constituents and an inner core formed by the other constituent, the inner core cannot have a melting point lower than that of the outer shell. otherwise the inner core would initially melt which would result in the formation of end cavities. For example, when the wire is composed of nickel and aluminum as exothermically reacting constituents and i � s that it is in the form of a
<EMI ID = 8.1>
The yarn before the melting point characteristics allowing fusion of the tip without this formation of cavities is referred to in the present description by the term "non-cavity-forming yarn". As a component, any two metal products can be used which can be melted together to form an intermetallic compound in a reaction.
-exothermic. The constituents should release about 3,000 calories per gram atom and preferably at least 7,500 calories per gram atom in the exothermic reaction forming the compounds - <EMI ID = 9.1>
that it is used in the present description denotes the number of small calories released by the formation of an amount of the intermetallic compound formed corresponding to its average atomic weight in grams. While the constituents are preferably present in the stoichiometric proportions required for the formation of the intermetallic compound, it is however possible to operate with an excess of one or the other of the constituents provided that the relative amounts are sufficient to release the amounts of heat indicated above for the forma-
<EMI ID = 10.1>
An extremely large number of metal constituents are known which can be melted together in an exo reaction.
<EMI ID = 11.1>
tion of heat. Any of these pairs or couples of constituents can be used in accordance with the invention and. it is only necessary that this pair be capable of being initially formed into a composite product suitable for the
<EMI ID = 12.1>
The composite product releases the required amount of heat during the formation of the metallic compounds and is suitable as constituents of a spray coating.
<EMI ID = 13.1>
intermetallics having a higher melting point, release sufficient heat to be usable according to the invention. In some cases, however, the constituents forming
<EMI ID = 14.1>
It also generates sufficient heat in the exothermic reaction and is therefore usable. The preferred constituents are aluminum
<EMI ID = 15.1>
Although iron itself is not a satisfactory constituent, it can be used in addition to another constituent, which in itself is satisfactory, for example in the form of an al-
<EMI ID = 16.1>
should be present in an amount sufficient to form the intermetallic compound with the other component of the composite product and to generate a sufficient amount of heat to aid the spraying operation. So for example, iron which contains just enough nickel as an alloy to achieve the rust resistance of that alloy, does not contain enough nickel for an efficient exothermic reaction with aluminum. In general, an alloy of nickel and iron should contain at least about 12% nickel for this purpose. Figure 1 shows an aggregate of aluminum and.
<EMI ID = 17.1>
gure 2 shows a wire made with alternating strands of nickel 2 and aluminum 1, such as for example 18 strands of
<EMI ID = 18.1>
kel and aluminum, as a compact powder 3 of nickel and aluminum.
When one of the metallic constituents is available as a metal hydride, it can be used in that form instead of the metallic form. When spraying with the aid of a flame, the hydrogen gas
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in turn prevents the oxidation of intermetallic compounds pen. during their training and immediately after this training. So for example at the. Instead of titanium, one can use titanium hydride as one of the constituents.
Likewise, in order to reduce the oxidation, a metal hydride, such as titanium hydride, can be added in
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read for example 1 to 10% by weight and preferably 1 to 5% of hydiide relative to the total formed by the hydride and the other constituents.
In addition, the powder granules and yarn may contain other conventional flame spray components or may be sprayed as a mixture or together with.
these constituents. Thus, for example, the coated powders may additionally contain further coating layers formed from other components for flame spraying or may contain further coating layers.
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flame with alternating coating layers formed from the constituents
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and in the case of powders, these can be additionally mixed with any other powder desired for hand spraying.
i flame,
An advantageous mode of forming the coated powders according to the present invention is to effect the deposition of one of the components, as a paint coating, on the other component. Thus, one of the constituents which is intended
to form the coating, can be dispersed in finely divided form in a binder or in a lacquer with formation of a "paint-
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This "paint" is then used for the coating of particles constituting the cores, formed by the other component and the binder or the lacquer is allowed to solidify or dry. The binder material is preferably a resin which does not depend on the evaporation of solvent for the formation of a dried or fixed film, which film decomposes or breaks under heat during the spraying process. The binder may for example be constituted by a phenol varnish or any other varnish
known or of common type preferably containing a resin constituting the solid material of the varnish. The component which is initially mixed with the binder or the varnish should preferably be as finely divided as possible, that is to say comprise for example grains of less than 0.044 mm.
The other constituent which forms the core should have approximately the final particle size desired for the spray powder or should have only a dimension slightly smaller than said dimension.
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killed in any known or desired manner; you just have to mix the two materials together and let the binder dry or solidify! we thus obtain a powder
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tement formed by the other component fixed by the binder.
Aggregates can be shaped by agglomerating or pelletizing the various constituents with it. obtaining individual prpnules or one can form aggregates
larger and then crush them into Granules,
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conventional forms of forming yarns with various constituents such as, for example, shrinking a sheath on a core, forming the core with powder, twisting the constituent yarns, followed by rolling, drawing, stamping or the like if desired.
According to one method of manufacture, one of the components can be shaped into a tube or into a casing or slot and can be filled with a powder formed from the other component or with a powder comprising a mixture of the two components or containing .; additional constituents. The ends of the tube are then closed and the wire is reduced to a desired diameter by stamping, rolling or drawing. Preferably the powder or the mixture of powders is first compressed into cylindrical agglomerates, before arrangement in the envelope or the core. The closing of the ends of the tube after loading the powder or the mixture of powders can be effected, for example, by inserting a plug, for example constituted by the metal of the casing, by welding, by twisting, by pleating or by similar treatment. ,
Although the powders are preferably sprayed,
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powder it is also possible to combine these powders in the form of a wire of a rod or rod by using the plastic binder
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shape of sticks or threads. The wires should have the dimensions and tolerances customary for the wires intended to be sprayed with a flame and thus, for example, they can vary in size between diameters of 0.6 cm and 0.08 cm and preferably have the following diameters
+ 0.0013 cm + 0.0013 cm
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- 0.0063 cm <EMI ID = 30.1>
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or superficial defects. The wires are sprayed in the conventional manner, using common wire type flame spray guns.
When combined in the exothermic reaction with formation of the intermetallic compound, the constituents generate heat in situ in the material which forms at least part of the coating. This is to be distinguished from processes and materials for flame spraying in which heat is produced by a reaction such as an oxidation reaction, where a non-metallic foreign element is introduced and where undesirable constituents can be produced. In addition to the fact that it strongly contributes to the thermal efficiency of the process, the heat produced in situ during the formation
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with obtaining in many cases a more dense coating
and more adherent having the characteristics of an at least partially fused coating. In many cases, the coating exhibits self-adhering characteristics, so that special preparation of the surface, apart from good cleaning, is not required. Spraying is effected in all respects in the conventional, well-known manner using standard flame spray equipment and routine surface preparation can be performed if desired. The composite products in accordance with the invention can be sprayed. sprayed in conjunction with other flame spray materials commonly used in the art or in addition to such materials, or may be sprayed in combination or in conjunction with these other materials.
The use of composite products, such as for example nickel-aluminum composite products, improves
generally the adhesion of the total material sprayed and, thus, of the other constituent (s) on the support, which sometimes makes the mixture self-adhesive. The adhesion of the particles is improved and the coating is denser so that its porosity can be reduced. Usually as little as
10% by weight of the composite products according to the invention is sufficient to significantly improve the adhesion characteristics and reduce the porosity of other materials for spraying with a flame, such as
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using a flame. There are of course no upper limits as to the amount of the composite material that can be sprayed, since this material can be sprayed on its own, but usually at least about
20% by weight of the other component, when the last component is intended to have a pronounced effect on the characteristics of the coating.
The invention is illustrated without being limited by the examples below. EXAMPLE. 1 '
(a) Example 1 of the main patent is repeated using <EMI ID = 34.1>
comparable results ..
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from 60 to 85% by weight of the total. The coating formed after spraying is hard and dense and when sprayed by spraying.
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floor, excellent adhesion is obtained. Spraying can be carried out with an oxygen-hydrogen or oxygen-acetylene flame.
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Powdered cores of silicon are coated with nickel to form a nickel coated powder for spraying using a flame, having particle sizes between 0.149 mm and 0.044 mm and containing 75 to 85%
(of nickel relative to the silicon-nickel total. The powder compos -
The site is sprayed by means of the flame spray gun described in Example 1 of the main patent, on a steel support prepared by light sandblasting, using the spray conditions as described in Example 1 of the main patent.
During spraying, silicon combines with nickel in an exothermic reaction, which greatly increases the thermal efficiency of the spraying and leads to an excellent coating.
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Finely divided aluminum powder is mixed
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a phenolic varnish containing approximately 50% solids so as to form a mixture having the consistency of a heavy syrup and containing 60% by weight of metallic aluminum.
.100 g of this mixture of varnish and aluminum powder are added to 240 g of nickel powder having dimensions of <EMI ID = 41.1>
carefully the two products; mixing is continued until the varnish has dried, leaving a fairly freely flowing powder in which all the particles constitute
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che consisting of aluminum particles attached to each other as well as to the core by means of the phenolic binder. We heat
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holds some minor agglomerated particles which are subjected to sieving and grinding by hand to obtain a powder having particle sizes less than 0.15 mm. The final powder is approximately 15 wt% aluminum and 85 wt% nickel due to the loss of some aluminum during grinding. The powder is sprayed in the manner described in Example 1 of the main patent with the production of a similar coating, however, having a resistance.
tensile strength which is more than twice that of the coating produced according to Example 1 of the main patent.
EXAMPLE
(a) A composition of 6% by weight of aluminum powder and 94% by weight of nickel powder is thoroughly mixed and the product is compressed to form cylindrical agglomerates which are loaded into a tube. aluminum having a diameter <EMI ID = 44.1>
tough. The material with a diameter of 0.95 cm is then brought to a diameter of 0.63 cm by stamping and then subsequently to a diameter of
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then subjected to annealing and is coiled. The wire is then sprayed using a flame spray gun of the common wire type available commercially under the designation Metco Type 4-E gun. Spraying is carried out using acetylene at a pressure of about 1 kg / cm
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rate of 1.5 m per minute. The spray material is
deposited on a cold rolled steel surface, machine ground and polished to form an adhesion bond having a tensile strength of 2.70 kg / mm. The coating obtained.
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to oxidation and it can also serve as a support for another spraying.
(b) Example 4 (a) is repeated except that chromium powder is used instead of nickel powder, in an amount of 24 to 95% by weight, relative to the total aluminum and chrome. Spraying results in a high quality coating which exhibits self-adhesive properties and
which is resistant to oxidation at high temperatures.
(c) Example 4 (a) is repeated, using colombium powder instead of nickel powder in an amount of 40 to 90% and preferably 50 to 55% by weight, relative to, total of columbium and aluminum. The coating: obtained by spraying is of high quality and is resistant to oxidation at high temperatures; it can be used for the protection of tantalum and molybdenum supports against oxidation.
(d) Example 4 (a) is repeated, using tantalum powder instead of nickel powder in an amount of <EMI ID = 48.1>
tale, relative to the total of tantalum and aluminum. The coating obtained by spraying is dense and of high quality; it is self-adhering and it is resistant to oxidation. at high temperatures.
(e) Example 4 (a) is repeated, using boron powder instead of nickel powder at the rate of 40. 90% by weight, based on the total of boron and aluminum. The resulting spray coating is self-adhering and is resistant to oxidation at elevated temperatures.
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additionally holds 0.5 to 5% by weight of boron, and / or 0.5 to 5% by weight of silicon, relative to the total of the constituents. The coating formed is similar to that obtained according to Example 4
(c) except that on heating at elevated temperature in air there is formation of a very thin, dense protective oxide film adherent to the surface of the intermetallic compound formed, which is resistant to breakage due to to a thermal shock and which is thought to reconstitute itself.
(g) Example 4 (a) is repeated except that tungsten carbide containing 12% binder and having particle sizes less than 0.1 mm is added, in an amount of 5 to 70% by weight per ratio to total constituents. The resulting coating is dense, extremely wear resistant and exhibits self-adhesive properties. We can repeat this example again
using instead of the indicated tungsten carbide, crystalline tungsten carbide, aluminum oxide, diaments or other abrasive material.
(h) Example 4 (a) is repeated, but 1 to 10% by weight and preferably 1 to 5% by weight of titanium hydride with particle sizes of less than
0.15 mm and preferably less than 0.0.44 mm, relative to the total of the constituents. The results are the same as those
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has improved physical strength and has much less oxide inclusions. Instead of titanium hydride, other metal hydrides can be used.
(i) Example 4 (a) is repeated except that the powder
nickel is replaced by a "Nichrome" powder formed from a chromium alloy containing 80% nickel and 20% chromium. When the wire is sprayed, it gives a dense, self-adhering coating which is extremely resistant to oxidation.
(j) We repeat Example 4 (a) except that we replace
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by weight of nickel and 20% by weight of chromium. When the wire is sprayed it gives a dense, self-adhering coating which is highly resistant to oxidation.
EXAMPLE 5.
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pairs or pairs of constituents which can be used for the formation of powders and / or threads in accordance with the invention. !
Each of the pairs of constituents listed in the
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of a composite yarn as described above and when it is
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with formation of an intermetallic compound and a high quality coating. Thus the pairs of constituents can be transformed into a coated powder of the type described in Example 3. and can be projected as described in this example
or may be made into a composite yarn as described in Example 4 and sprayed as described in this Example.
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Of course, many modifications can be made in the above description without departing from the scope of the invention.
CLAIMS.
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1. A process for spraying with a flame in which a hot meltable material is heated in a heating zone to at least a heat-softening state and is ejected in this state out of the zone. above in finely divided form, characterized in that the hot-meltable material is passed through the aforementioned zone 'in the form of a composite product comprising at least two consti! killers which react exothermically with each other at the temperature developed in the heating zone, with formation of an intermetallic compound.