FR2616449A1 - Composition pour obtenir par diffusion un revetement de carbure sur des pieces en alliages fer-carbone - Google Patents

Abstract

L'invention concerne le traitement thermochimique des métaux et alliages, et plus spécialement elle a pour objet une composition pour obtenir par diffusion des revêtements de carbures sur des pièces en alliages fer-carbone. La composition contient un élément générateur de carbures, un composé carboné choisi parmi les hydrocarbures ayant le point d'ébullition ou de sublimation situé entre 180 et 750degre(s)C et qui est, à la température normale, à l'état solide, un activant et une matière de charge inerte, en % en masse : élément générateur de carbures 40 à 70 composé carboné 0,5 à 2,5 activant 0,2 à 5,0 le reste étant une matière de charge inerte. Il est recommandé d'utiliser comme composé carboné le diphényle, le naphtalène, l'anthracène; comme activant, les halogénures d'ammonium; comme matière de charge inerte, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de magnésium, le dioxyde de silicium, produits peu coûteux et d'accès facile. Application notamment dans les constructions mécaniques, la petite mécanique, l'industrie du pétrole, etc.

Description

La présente invention concerne le traitement

thermochimique de métaux et alliages, et plus spéciale-

ment elle a pour objet des compositions pour obtenir par diffusion des revêtements de carbures sur des pièces en

alliages fer-carbone.

Pour augmenter la longévité et la durée de

service des pièces de machines et de mécanismes, sujet-

tes à une usure accrue, on leur fait subir une cémenta-

tion par diffusion qui aboutit à la formation, sur la surface des pièces, d'un revêtement. Ce revêtement doit avoir une dureté et une résistance à l'usure accrue par rapport au matériau de la pièce. Ce sont les revêtements de carbures obtenus par diffusion qui répondent le mieux

à ces exigences.

Les compositions de cémentation constituées de poudres de chrome, d'une matière de charge inerte et d'un

activant peuvent être considérées comme les plus couram-

ment utilisées pour obtenir par diffusion des revêtements

à base de carbures de chrome résistant à l'usure.

On connait une composition pour le chromage par diffusion, contenant 10 % de chrome sous forme de grains d'une taille de 10 à 20 microns, 89,5 % d'oxyde d'aluminium A1203 sous forme de particules d'une taille de 100 à 300 microns et 0,5 % de chlorure d'ammonium NH4C1 granulé. Afin d'éviter l'agglomération de la composition, il est proposé d'utiliser des particules de A1203 d'une forme sphérique ou lamellaire, ce qui confère à la composition une bonne pulvérulence, améliore son aptitude à la mise en oeuvre et

permet de réduire la main-d'oeuvre nécessaire pour l'opéra-

tion de chromage par diffusion. Une cémentation opérée pendant 10 heures à la température de 980 C assurait la

formation d'une couche de carbures de chrome d'une épais-

seur de 45 à 58 microns. (Baldi Alfonso L. Modified diffu-

sion coating of the interior of a steam boiler tube; bre-

vet des Etats-Unis d'Amérique N 4 208 453, (C1. Nat. 427/

237, Cl.'Int. C23 C 11/04, publié le 17.06.80).

On connatt également une composition de chro-

mage contenant du chrome (10 à 40 %), un produit intermé-

tallique Ni3Al (6 a 20 %, de l'oxyde d'aluminium A1203 comme matière de charge inerte, et du chlorure d'ammonium NH4C1 comme activant (brevet des Etats-Unis d'Amérique N

4 041 196, Cl. Int. C 23 C 9/00, publié le 9.08,77).

Toutefois, les compositions de chromage préci-

tées impliquent, lors du chromage par diffusion, la cré-

ation, dans l'enceinte du récipient o s'opère la cémen-

tation, d'une atmosphère non oxydante en y amenant de

l'hydrogène. Les revêtements en carbures de chrome obte-

nus par diffusion à partir des compositions de chromage précitées présentent une haute résistance à l'usure, une

bonne qualité de la surface, et assurent une vitesse suf-

fisamment élevée de formation du revêtement, mais tout cela est, pour une grande part, dû à l'utilisation d'une atmosphère d'hydrogène pour l'opération de chromage par

diffusion, ce qui rend plus complexe le processus techno-

logique et nécessite la mise en oeuvre d'un matériel spé-

cial, de moyens supplémentaires de protection contre ex-

plosion et incendie.

On a mis au point en U. R. S. S. une composi-

tion pour le chromage par diffusion, qui assure, elle aus-

si, une vitesse élevée de formation d'un revêtement en carbures de chrome, mais sans avoir à mettre en oeuvre une atmosphère protectrice. A titre de produit contenant le chrome, la composition contient des carbures de chrome (45 à 65 %), et aussi des écailles de fer (25 à 50 %) et le chlorure d'ammonium (3 à 10 %). Toutefois, l'incorporation

à la composition des carbures de chrome alourdit sensible-

ment le coût d'une telle composition et, dans certains cas,

rend son utilisation injustifiée du point de vue économi-

que.;(Certificat d'auteur d'invention d'U. R. S. S..Ne 761

602, Cl. Int. C 23 C 9/02, publié le 7.09.80).

On connait également une composition de cémenta-

tion constituée de poudres d'au moins un des oxydes de mé-

taux générateurs de carbures - le titane, le niobium, le vanadium, le tantale et le chrome -, ainsi que d'un sel d'acide fluoborique. Une telle composition permet d'obtenir des caractéristiques tribologiques élevées du revêtement de carbure, mais elle nécessite la mise en oeuvre d'opérations technologiques supplémentaires pour décaper les surfaces

traitées de la pièce à l'issue de la cémentation par diffu-

sion, ce qui rend le procédé plus laborieux (brevet du Ja-

pon N 57-110 664, Cl. Int. C 23 C 9/02, publié le 9.07.82).

L'incorporation à la composition de cémentation

de constituants carbonés assurant, au cours de la cémenta-

tion, la diffusion d'atomes de carbone dans la couche super-

ficielle de la pièce à traiter accroit notablement la ré-

sistance à l'usure de tels revêtements de carbures. Une com-

position en poudre pour la carbochromage par diffusion a été mise en point en U. R. S. S., composition contenant une poudre de chrome (50 à 65 %), un agent de cémentation (0,3 à 1,0 %) constitué de 74 à 78 % en masse de charbon de bois, 12 à 15 % en masse de BaCO3, 1,0 à 1,5 % en masse

de Na2CO3, 3 à 5 % en masse de CaCO3, 4,5 à 5,0 % de gazo-

le, moins de 6 % en masse de H20, moins de 0,1 % en masse de S; moins de 0,5 % en masse de SiO2, 1 à 5 % en masse de chlorure d'ammonium (NH4C1), le reste étant de l'oxyde

d'aluminium. La composition en question assure un accrois-

sement de 29 % de la dureté de la couche carbochromatise et

une augmentation de la résistance à l'usure, mais, par con-

tre la vitesse de formation de la couche de carbure s'en

trouve sensiblement réduite (certificat d'auteur d'inven-

tion d'U. R. S. S. N 956 615, Cl. Int. C 23 C 9/02, pu-

blié en 1982).

Il est connu d'utiliser des composés organiques pour former des revêtements de carbures. En Suisse, on a

breveté un procédé d'obtention par diffusion sur des mé-

taux de revêtements en carbures, carbonitrures et nitru-

res de titane, de silicium, de vanadium, de chrome, de zirconium, de niobium, de molybdène, de fer et de bore par réaction thermique directe avec le carbone et l'azote. En vue d'améliorer l'accrochage du revêtement et de réduire

le temps de sa formation, on utilise comme source de car-

bone et d'azote un composé organique halogéné.

En tant que composé organique halogéné, on uti-

lise la tétrachloro-2,4,5,6-pyrimidine, la dibromo ou tri-

chloro-2,4,6-pyrimidine, la dichloro-2,4-pyrimidine, la dichloro-2,4méthyl-6-isopropyl-6 ou phényl-6-pyrimidine, la dibromo-2,4-cyano-6pyrimidine, etc. (brevet Suisse N

590 339, Cl. Int. C 23 C 11/14, publié le 15.08,77).

Afin d'accroltre la vitesse de formation par diffusion de revêtements en carbonitrures et nitrures, il est connu d'utiliser, comme composés carbonés et nitrés, des composés organo-métalliques du groupe des amines de métaux de transition ayant pour formule générale (R 1R2N)nM,

o R1 et R2 sont des radicaux hydrocarbonés, M est un mé-

tal de transition (il peut être également l'aluminium, le bore, le silicium). Pour former un revêtement à partir d'un tel composé, on engendre un milieu gazeux actif en faisant contacter les composés organométalliques avec un plàsma porté à une température élevée. Le milieu gazeux actif est amené à la surface de la pièce à traiter avec une veine de gaz véhicule, en qualité duquel on utilise de l'hydrogène, de l'azote ou de l'argon. Le plasma est engendré à l'aide d'une décharge de haute fréquence dans

un gaz raréfié, l'excitation étant réalisée par un induc-

teur alimenté à partir d'un générateur de haute fréquence

(brevet du Japon N 54-72 829 C1. Int. C 23 C 11/08, pu-

blié le 20.12.80).

Il est à noter que l'utilisation de composés organiques nitrés pour augmenter la vitesse de formation de revêtements nécessite la mise en oeuvre d'un système à vide spécial et d'un autre pour la circulation de gaz, ce qui rend beaucoup plus complexe le procédé de formation

de revêtements.

La présente invention se propose de mettre au point une telle composition pour obtenir par diffusion un

revêtement de carbure sur des pièces en alliages fer-car-

bone qui permettrait d'améliorer la qualité du revêtement et de prolonger la durée de service des pièces sujettes à

une usure rapide lors de leur utilisation et qui supprime-

rait la nécessité de recourir a un système a vide et à un

autre pour la circulation de gaz.

Le problème ainsi posé est résolu avec une com-

position pour obtenir par diffusion un revêtement de car-

bure sur des pièces en alliages fer-carbone, composition contenant un élément générateur de carbure, un composé

carboné, un activant et une matière de charge inerte, la-

dite composition étant caractérisée, conformément à l'in-

vention, par le fait qu'en tant que composé carboné elle contient un hydrocarbure ayant un point d'ébullition ou de sublimation situé entre 180 et 750 C, étant à l'état

solide 'à la température normale et présentant la composi-

tion suivante, en % en masse: élément générateur de carbure 40 à 70 composé carboné 0,5 à 2,5 activant 0,2 à 5,0

le reste étant une matière de charge inerte.

Il est recommandé d'utiliser comme composé car-

boné le diphényle, le naphtalène, l'antracène; comme ac-

tivant, des sels d'ammonium halogénés et comme matière de charge inerte, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de magnésium,

le dioxyde de silicium, en tant que produits d'accès faci-

le et peu coûteux.

L'avantage de la composition selon l'invention consiste dans une amélioration de la qualité du revêtement de carbure obtenu par diffusion, de ses caractéristiques physico-mécaniques et physico-chimiques, ce qui augmente

la durée de service des pièces sujettes à une usure rapide.

Grace à la composition de l'invention, il est devenu possi-

ble d'utiliser, pour la fabrication des pièces mentionnées, des aciers au carbone classiques au lieu d'alliages rares

à résistance élevée.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention seront mieux compris, à la lecture de la descrip-

tion qui va suivre d'exemples d'obtention de la composi-

tion destinée à obtenir par diffusion des revêtements de

carbure sur des pièces en alliages fer-carbone.

La composition destinée à obtenir les revête-

ments indiqués contient un élément générateur de carbu-

res, un composé carboné, un activant et une matière de charge inerte, mis en oeuvre sous forme de poudres ayant

une granulométrie de 16 à 12 mesh (1 à 1,4 mm).

En tant qu'élément générateur de carbures, on peut utiliser le chrome, le molybdène, le tungstène, le

niobium, le zirconium, le tantale, le silicium.

En tant que composé carboné suivant l'invention, on utilise un hydrocarbure ayant un point d'ébullition ou de sublimation compris entre 180 et 750 C et qui est, à la température normale, à l'état solide. Cet hydrocarbure

peut être le naphtalène, l'anthracène, le diphényle, le py-

rène. L'activant est un produit qui, en se décomposant et

en réagissant sur l'élément générateur de carbures, engen-

dre un milieu gazeux actif. On utilise comme activant du chlorure d'ammonium, du fluorure d'ammonium, du bromure

d'ammonium, de l'iodure d'ammonium.

En tant que matière de charge inerte, on utili-

se de l'oxyde d'aluminium, de l'oxyde de magnésium, du di-

oxyde de silicium, du kaolin, une argile réfractaire et d'autres charges inertes appropriées, qui préviennent l'agglomération des particules de l'élément générateur de

carbures et leur adhésion à la surface des pièces.

Lesdits constituants sont réduits séparément

et tamisés, en prélevant une fraction ayant une granulo-

métrie de 16 à 12 mesh. Ensuite, on dose les constituants, suivant l'invention, dans les proportions suivantes, en % en masse: élément générateur de carbures 40 à 70 composé carboné 0,5 à 2,5 activant 0,2 à 5, 0

le reste étant une matière de charge inerte.

Cela fait, les constituants indiqués sont sé-

chés dans des conditions déterminées, suivant la nature

du constituant. La poudre de l'élément générateur de car-

bures est séchée pendant quatre heures à la température de 140 C. Celle du composé carboné est séchée pendant

0,5 à 1 heure à la température de 60 C. Celle de l'acti-

vant, pendant quatre heures à la température de 140 C.

Celle de la matière de charge inerte, pendant deux heures à la température de 1.200C. Ensuite, les constituants séchés sont refroidis à une température comprise entre 20

et 40 C et soigneusement mélangés.

Le taux d'humidité dans la-composition ainsi

obtenue ne doit pas dépasser 5 à 6 %.

La composition est chargée dans un récipient en acier inoxydable et on plonge en son sein les pièces en alliages fer-carbone de façon que la distance entre le fond du récipient et les pièces ne soit pas inférieure à 20 mm, celle entre les parois latérales du récipient et les pièces soit non inférieure à 10 mm, celle entre les pièces, non inférieure à 15 mm, celle entre les pièces et

le premier couvercle du récipient, non inférieure à 30 mm.

Apres avoir immergé les pièces au sein de la composition, on ferme le récipient du premier couvercle en acier inoxydable, sur lequel on verse du sable quartzeux de façon qu'il forme une couche d'une épaisseur d'au moins

mm. Ensuite, on ferme le récipient d'un second couver-

cle en acier inoxydable, sur lequel on verse de l'anhydri-

de borique B203, de façon qu'il forme une couche d'une

épaisseur d'au moins 10 mm.

On place le récipient dans un four électrique et on le porte à une température comprise entre 950 et 1100C. II se produit alors une décomposition du composé

carboné sus-mentionné, qui fournit des hydrocarbures sa-

turés et du carbone libre qui, en réagissant avec l'oxy-

gène contenu dans le récipient, donne du bioxyde de car-

bone. Il résulte également de ce chauffage une décompo-

sition de l'activant halogéné avec formation d'un halogé-

nure d'hydrogène et de l'ammoniac.

Le mécanisme des réactions chimiques peut être

expliqué en prenant comme exemple une composition consti-

tuée de chrome, de diphényle, de fluorure d'ammonium et d'oxyde d'aluminium. Etant donné que l'oxyde d'aluminium est une matière de charge inerte, il ne participe pas

aux réactions chimiques.

A partir de la température d'environ 256 C, le chauffage provoque la décomposition du diphényle:

2C12H10 À 5CH4 + 19C (1)

Le carbone réagit avec l'oxygène contenu dans l'enceinte du récipient: C + 02. r CO2 (2)

A partir de la température de 335 C, il se pro-

duit une décomposition du fluorure d'ammonium:

NHF - NH3 + HF -(3)

2NH3 N2 + 3H2 (4)

Ensuite, l'hydrocarbure saturé (le méthane) ré-

sultant de la décomposition du diphényle réagit avec une

partie de fluorure d'hydrogène pour donner le tétrafluoru-

re de carbone, qui est adsorbé par la surface de la pièce en formant des atomes de carbone actifs qui saturent la surface de la pièce:

CH4 + 4HF - CF 4 + + 4H2 (5)

CF4 + 4Fe - 2FeF2 + C (6)

Quand la température atteint 450"C, l'anhydri-

de borique B203 entre en fusion en rendant étanche le ré-

cipient. Le chauffage jusqu'à la température de 814 C déclenche.dans le récipient la vaporisation du chrome qui

réagit avec le fluorure d'hydrogène et crée un milieu ga-

zeux actif indispensable à la cémentation par diffusion: Cr + 2HF - CrF 2 +H)

22 (7)

Les fluorures de chrome sont adsorbés par la surface de la pièce, puis pénètrent par diffusion dans la couche

superficille sous-jacente de cette dernière.

CrF2 + Fe - FeF2 + Cr (8) CrF2 + H2 - 2HF + Cr 9) 2HF+Cr (9) Les atomes de chrome, en réagissant sur le carbone entré par diffusion dans la couche superficielle de la pièce par suite de la décomposition du diphényle, forment un revêtement carburé selon la réaction: 23Cr + 6C Cr23C6 (10) Les réactions (7), (10) se déroulent avec le maximum d'intensité dans un intervalle de température de 950 à 1.100 C. Ces températures atteintes, les pièces sont maintenues dans ces conditions pendant 2 à 8 heures. Il en résulte une formation intense du revêtement de carbure. Ce temps écoulé, le récipient est retiré du four électrique et refroidit jusqu'à la température normale. Ensuite, on

ouvre le récipient et on en extrait les produits finis.

Le revêtement obtenu est d'une couleur gris ar-

genté, la rugosité de la surface RA n'est pas supérieure à 0,32 micron. A l'issue des opérations, la pièce revêtue

ne nécessite aucun décapage ni traitement mécanique ulté-

rieur. L'accrochage entre le revêtement et le matériau de

la pièce est bon.

Les constituants de la composition sont peu coûteux, le procédé ne nécessite ni un matériel.à vide ni

la mise en oeuvre d'une atmosphère protectrice qui impli-

que la prise de mesures spéciales de protection contre in-

cendie et explosion. Le revêtement présente les caracté-

ristiques physico-mécaniques et physico-chimiques suivan-

tes: - le revêtement de carbure est plein, c'est-à-dire qu'il est exempt de pores; - l'épaisseur du revêtement de carbure est de 22 à 24 microns; la microdureté du revêtement de carbure est de 24 à 27 GPa; os05 - la dureté du matériau de base est de 4,2 à 7,4 GPa; - la dureté minimale de la zone sous-jacente (sans carbure) est de 4,2 à 7,4 GPa; - la profondeur de la zone sans carbure est de O à 6 microns; - la rapidité relative de l'usure du revêtement dans les conditions de frottement de glissement est de 12,5 à 16,0 g/m2.s; - la résistance à la corrosion dans une solution aqueuse à 20 % de H2SO4 est de 0,0040 à 0,0070 %; - la résistance à la cavitation est de 130 à 150 mg/cm2.

L'amélioration des caractéristiques physico-

mécaniques du revêtement, telles que la résistance à l'usure dans les conditions de frottement de glissement, la microdureté du revêtement et son épaisseur, ainsi

que la faible profondeur de la zone sans carbure sous-

jacente ou son inexistence complète, ont été rendues possibles grâce à la présence dans la composition d'un

composé carboné ayant le poids d'ébullition ou de subli-

mation situé entre 180 et 750 C et qui est, à la tempé-

rature normale, à l'état solide.

Un revêtement aux caractéristiques physico-

mécaniques et physico-chimiques-améliorêes peut être ob-

tenu avec la mise en oeuvre de la composition objet de l'invention. Tout écart aux propprtions prescrites ne serait-ce que d'un seul des constituants ne permet pas

d'obtenir des résultats escomptés.

Un taux inférieur à 40 % en masse de l'élé-

ment générateur de carbures entraîne une réduction de l'épaisseur du revêtement carburé, et son taux supérieur à 70 % provoque une agglomération de la composition en cas de chauffage jusqu'à la température comprise entre 950 et 1100 0C, ce qui entrave l'extraction des pièces à

partir de la composition à l'issue des opérations.

Un taux inférieur à 0,5 % en masse du composé carboné précité compromet la résistance du revêtement à l'usure dans les conditions de frottement de glissement,

et son taux supérieur à 2,5 % en masse provoque un ac-

croissement de la microdureté du revêtement jusqu'à 31,0

GPa et rend le revêtement fragile, ce qui est inadmissi-

ble.

Un taux d'activant inférieur à 0,2 % en masse

entraîne une diminution de l'épaisseur du revêtement car-

buré, et son taux supérieur à 5 % en masse compromet la

rugosité de la surface et augmente la fragilité du revé-

tement.

Apres son utilisation, la composition proposée peut être régénérée et réutilisée jusqu'à 15 reprises. La

régénération de la composition consiste en ce qui suit.

Après l'utilisation, la composition est broyée, passée sur un tamis vibrant en prélevant la fraction ayant une granulométrie de 16 à 12 mesh, pesée et séchée pendant quatre heures à la température de 140 C. Ensuite, on y introduit les produits préalablement-séchés: le composé carboné en quantité de 0,5 à 2,5 % en masse, l'activant en quantité de 0,2 à 5,0 % en masse et 10 % en masse

d'une composition franchement préparée et séchée. Ensui-

te, tous les constituants énumérés sont soigneusement

mélangés, et la composition est prête à servir.

Pour mieux faire comprendre l'invention, on

donne des exemples illustrant la préparation de la com-

position et son utilisation.

EXEMPLE 1

On fait passer les constituants de départ -

le chrome, le diphényle, le chlorure d'ammonium et l'oxy-

de d'aluminium - par un tamis vibrant en prélevant la fraction ayant une granulométrie de 16 à 12 mesh, et on pèse les quantités conformes à la recette: 195 g de

chrome en poudre, 3 g de diphényle, 1,5 g de chlorure d'am-

monium, 100,5 g d'oxyde d'aluminium. Les constituants pe-

sés sont séchés: la poudre de chrome pendant quatre heures à la température de 140 C, le diphényle pendant 0,5 heure à une température de 60 C, le chlorure d'ammonium pendant

quatre heures à la température de 140 C, l'oxyde d'alumi-

nium pendant deux heures à la température de 1200 C. Cela fait, les constituants séchés sont refroidis jusqu'à une

température comprise entre 20 et 40"C et soigneusement mé-

langés. On obtient ainsi une composition contenant, en % en masse: poudre de chrome 65 diphényle 1,0 chlorure d'ammonium 0,5

oxyde d'aluminium 33,5.

Cette composition est prêtre à servir.

La composition ainsi obtenue est chargée, en quantité de 300 g, dans un récipient en acier inoxydable d'un diamètre intérieur de 80 mm, haut de 110 mm et ayant des parois de 5 mm d'épaisseur. Dans ladite composition, on immerge des échantillons en acier au carbone et en acier allié de 15 mm de diamètre et hauts de 5 mm. Les

échantillons sont ranges au sein de la composition de fa-

çon que la distance entre le fond du récipient et les

* échantillons soit de 20 mm, celle entre les parois laté-

rales du récipient et les échantillons, de 10 mm, celle

entre les échantillons, de 15 mm, celle entre les échan-

tillons et le premier couvercle du récipient, de 30 mm.

Après avoir placé les échantillons dans la com-

position, on ferme le récipient d'un premier couvercle en acier inoxydable, sur lequel on verse une couche de sable

quartzeux de 30 mm d'épaisseur. Ensuite, on ferme le réci-

pient d'un second couvercle en acier inoxydable, sur le-

quel on verse une couche d'anhidride borique de 10 mm d'épaisseur. Ensuite, on place le récipient dans un four électrique et on le porte à la température de 1080"C et

on le maintient à cette température pendant huit heures.

Ce temps écoulé, on retire le récipient du four électrique

et on le refroidit-jusqu'à la température de chambre. En-

suite, on ouvre le récipient et on en extrait les échan-

tillons que l'on examine pour déterminer selon les métho-

des couramment utilisées les caractéristiques physico-mé-

caniques et physico-chimiques du revêtement carbochromé

obtenu par diffusion..

Les résultats des essais sont les suivants: - le revêtement de carbure est plein, c'est-à-dire, pratiquement exempt de pores;

- la rugosité du revêtement ne dépasse pas 0,32 mi-

cron; - l'épaisseur du revêtement de carbure est de 23,0 microns; - la microdureté du revêtement de carbure est de ,5 Gpa; - la dureté du matériau de base est de 5,4 GPa; - la dureté minimale dé la zone sousjacente (sans carbure) est de 5,4 GPa; - la rapidité relative de l'usure du revêtement dans les conditions de frottement de glissement est de

14,6 g/m2.s; -

- la résistance à la corrosion dans une solution aqueuse à 20 % de H2SO4 est de 0,0054 %;

24 2

- la résistance à la cavitation est de 146 mg/cm2.

A l'issue des opérations, la composition est

soumise à une régénération.

EXEMPLE 2

On utilise comme constituants de départ une pou-

dre de titane, l'anthracène, le fluorure d'ammonium, le

dioxyde de silicium.

Les constituants de départ sont.préparés comme dans l'Exemple 1. On mélange soigneusement 210 g de poudre de titane, 7,5 g d'anthracène, 15 g de fluorure d'ammonium

et 67,5 i de dioxyde de silicium.

On obtient ainsi une composition contenant, en % en masse: poudre de titane 70 anthracène 2,5 fluorure d'ammonium 5,0

dioxyde de silicium 22,5.

Cette composition est prête à servir.

On charge 300 g de la composition ainsi obte-

nue dans le récipient décrit dans l'Exemple 1 et on dis-

pose au sein de la composition les échantillons comme

dans l'Exemple 1.

On place le récipient dans un four électrique et on le porte à la température de 1050 C, à laquelle on maintient le récipient pendant 6 heures. Ce temps écoulé,

on retire le récipient du four électrique et on le refroi-

dit jusqu'à la température de chambre. Cela fait, on ouvre le récipient et on en extrait les échantillons que l'on

examine pour déterminer les caractéristiques physico-méca-

niques et physico-chimiques du revêtement en carbures de

titane obtenu.

Les résultats des essais sont les suivants: - le revêtement de carbure est plein, c'est-à-dire qu'il est pratiquement exempt de pores; - la rugosité du revêtement RA ne dépasse pas 0,32 micron; - l'épaisseur du revêtement de carbure est de 22,3 microns; - la microdureté du revêtement de carbure est de 26,8 GPa; - la dureté du matériau de base est de 7,2 GPa; - la dureté minimale de la zone sous-jacente (sans carbure) est de 6, 8 GPa; la profondeur de la zone sans carburesest de 5,8 microns; - la rapidité relative de l'usure du revêtement dans les conditions de frottement de glissement est de 15,7 g/ m2s; - la résistance à la corrosion dans une solution à % de H2S04 est de 0,0043 %;

- la résistance à la cavitation est de 135 mg/cm2.

A l'issue des opérations, la composition est

soumise à une régénération.

EXEMPLE 3

On utilise comme constituants de départ une pou-

dre de silicium, le naphtalène, le bromure d'ammonium,

l'oxyde de magnésium.

On prépare les constituants de départ comme dans l'Exemple 1. On mélange soigneusement 120 g de poudre de silicium, 2,1 g de naphtalène, 4,5 g de bromure d'ammonium

et 173,4 g d'oxyde de magnésium.

Il en résulte une composition contenant, en % en masse: poudre de silicium 40 naphtalène 0,7 bromure d'ammonium 1,5

oxyde de magnésium 57,8.

Cette composition est prête à servir.

On charge 300 g de la composition ainsi obtenue dans le récipient décrit dans l'Exemple 1 et on y dispose

les échantillons comme dans l'Exemple 1. On place le récipient dans un four électrique et on le porte à la

température de 1100 C, à laquelle on maintient le récipient pendant quatre heures. Ce temps écoulé, on retire le récipient du four électrique et on le refroidit jusqu'à la température de chambre. Cela fait, on ouvre le récipient et on en extrait les échantillons que

l'on examine pour déterminer les caractéristiques physico-

mécaniques et physico-chimiques du revêtement en carbures

de silicium obtenu.

Les résultats des essais sont les suivants: - le revêtement de carbure est plein, c'est-à-dire qu'il est pratiquement exempt de pores; - la rugosité du revêtement RÀ ne dépasse pas 0,63 micron; - l'épaisseur du revêtement de carbure est de 23,5 microns; - la microdureté du revêtement de carbure est de 24,6 GPa; - la dureté du matériau de base est de 5,2 GPa; - la dureté minimale de la zone sous-jacente (sans carbure) est de 5, 0 GPa; la profondeur de la zone sans carbure est de 3,2 microns; - la rapidité relative de l'usure dans les conditions de frottement de glissement est de 15,9 g/m2.s; - la résistance à la corrosion dans une solution aqueuse à 20 % de H2S04 est de 0,0055 t;

- la résistance à la cavitation est de 158 mg/cm2.

A l'issue des opérations, la composition est

soumise à une régénération.

EXEMPLE 4

On utilise comme constituants de départ une pou-

dre de vanadium, le pyrène, l'iodure d'ammonium, l'oxyde d'aluminium. On prépare les constituants de départ comme dans l'Exemple 1. On mélange soigneusement 195 g de poudre de vanadium, 3 g de pyrène, 1,5 g d'iodure d'ammonium, 100,5 g

d'oxyde d'aluminium.

Il en résulte une composition contenant, en % en masse: poudre de vanadium 65 pyrène 1,0 iodure d'ammonium 0,5

oxyde d'aluminium 33,5.

Cette composition est prête à servir.

On charge 300 g de la composition ainsi obtenue dans le récipient décrit dans l'Exemple 1 et on y dispose

les échantillons comme dans l'Exemple 1.

On place le récipient dans un four électrique et on le porte à la température de 1060 C, à laquelle on

le maintient pendant six heures. Ce temps écoulé, on reti-

re le récipient du four électrique et on le refroidit jus-

qu'à la température de chambre. Ensuite, on ouvre le réci-

pient et on en extrait les échantillons que l'on examine pour déterminer les caractéristiques physico-mécaniques

et physico-chimiques du revêtement en carbures de vana-

dium obtenu.

Les résultats des essais sont les suivants: - le revêtement de carbure est plein, c'est-à-dire qu'il est pratiquement exempt de pores;

- la rugosité du revêtement ne dépasse pas 0,63 mi-

cron; - l'épaisseur du revêtement de carbure est de 24,2 microns; - la microdureté du revêtement de carbure est de 25,7 GPa; - la dureté du matériau de base est de 6,3 GPa; - la dureté minimale de la zone sousjacente (sans carbure) est de 6,3 GPa; - la rapidité relative de l'usure du revêtement dans les conditions de frottement de glissement est de 15,5 g/ m2.s; - la résistance à la corrosion dans une solution aqueuse à 20 % de H2SO4 est de 0,0043 %;

- la résistance à la cavitation est de 144 mg/cm2.

A l'issue des opérations, la composition est

soumise à une régénération.

EXEMPLE 5

Cet exemple décrit, à titre illustratif, une composition connue et son utilisation pour obtenir par

diffusion un revêtement carburé selon le certificat d'au-

teur d'invention d'U. R. S. S. N 956 615, cl. C 23 C 9/

02, 1982.

La composition contient, en % en masse: chrome 60

agent de cémentation (carburi-

sateur bondjuzhsky) 0,5 chlorure d'ammonium 3,0

oxyde d'aluminium 36,5.

L'agent de cémentation est un mélange en pou-

dre contenant, en % en masse: charbon de bois - 74 à 78; BaCO3 - 12 à 15; Na2CO3 - 1,0 à 1,5; CaCO3 -3 à 5; gazole - 4,5 à 5,0; H20 - moins de 6; S - moins de 0,1;

SiO2 - moins de 0,5.

On charge 300 g de la composition ainsi obtenue

dans un récipient analogue à celui de l'Exemple i et l!opé-

ration d'obtention par diffusion d'un revêtement en carbu-

res de chrome sur des échantillons est effectuée comme

dans l'Exemple 1.

Le revêtement en carbures de chrome obtenu pré-

sente les caractéristiques physico-mécaniques et physico-

chimiques suivantes: - le revêtement de carbure est poreux; - la rugosité RA maximale du revêtement est de 1,25 microns; - l'épaisseur du revêtement de carbure est de 16,6 microns; - la microdureté du revêtement de carbure est de 21,6 GPa; - la dureté du matériau de base est de 5,2 GPa; - la dureté minimale de la zone sous-jacente (sans carbure) est de 4, 2 GPa; la profondeur de la zone sans carbure est de 15,0 microns; - la rapidité relative de l'usure du revêtement dans les conditions de frottement de glissement est de 21,2 g/m2.s; - la résistance à la corrosion dans une solution aqueuse à 20 % de H2S04 est de 0,0073 %;

- la résistance à la cavitation est de 195 mg/cm2.

La comparaison des caractéristiques physico-

mécaniques et physico-chimiques des revêtements obtenus à partir de la composition proposée et de la compositon connue fait ressortir que les premières sont nettement supérieures aux secondes. Ainsi, I'épaisseur de la couche de carbure s'accroit de 1,3 à 1,5 fois, la microdureté de la couche de carbure, de 1,1 à 1,3 fois, la résistance à l'usure dans les conditions de frottement de glissement, de 1,3 à 1,6 fois, la résistance à la cavitation, de 1,2

à 1,4 fois, à noter aussi que la zone sans carbure sous-

jacente devient pratiquement inexistante.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art à la composition et

au procédé qui viennent d'être décrits uniquement à ti-

tre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Composition pour obtenir par diffusion un

revêtement de carbure sur des pièces en alliage fer-car-

bone, composition contenant un élément générateur de car-

bures, un composé carboné, un activant et une matière de charge inerte, ladite composition étant caractérisée par le fait qu'en tant que composé carboné elle contient un

hydrocarbure ayant le point d'ébullition ou de sublima-

tion situé entre 180 et 7500C et qui, à la température normale, est à l'état solide, ladite composition étant constituée des produits suivants, en % en masse: élément générateur de carbures 40 à 70 composé carboné 0,5 à 2,5 activant 0,2 à 5,0

le reste étant une matière de charge inerte.

2. Composition selon la revendication 1, carac-

térisée par le fait qu'en qualité de composé carbone elle

contient du diphényle.

3. Composition selon la revendication 1, carac-

térisée par le fait qu'en qualité de composé carboné elle

contient du naphtalène.

4. Composition selon la revendication 1, carac-

térisée par le fait qu'en qualité de composé carboné elle

contient de l'anthracène.