La présente invention concerne un fer à cheval comportant un revêtement résistant à l'abrasion, notamment à l'usure par abrasion, et également résistant au choc. Par le brevet japonais JP10127219, on connaît un procédé de renforcement d'un fer à cheval en aluminium vis- à-vis de l'usure provoquée par le sol par l'application par un procédé électrochimique d'une couche superficielle d'alumine dont la dureté est supérieure à celle de l'aluminium.

JP2002/186395 décrit également un procédé d' électrochimie en voie liquide pour déposer à la surface d'un fer à cheval en aluminium des couches destinées à en améliorer la résistance à l'usure.

WO8808866 décrit un procédé capable de renforcer la résistance à l'usure de fers à cheval en métaux légers par fixation de particules céramiques de grande dureté, comme des carbures, sur les zones du fer à cheval soumises à de fortes contraintes par fusion assistée par laser.

CN2211701 décrit également l'augmentation de la durée de vie de fers à cheval par application en surface de particules de dureté élevée, telles que des particules de carbure de tungstène, de nitrure de bore, de diamant. Les demandeurs ont recherché à obtenir des fers à cheval présentant une bonne résistance à l'usure associée à une bonne résistance au choc, en vue notamment d'un usage sous forte contrainte (compétition, entraînement,...) .

Leurs recherches leur ont permis de parvenir à des compositions de revêtement particulièrement efficaces à cet effet, la durée de vie des fers à cheval selon l'invention étant prolongée de façon très importante, avec comme conséquences, d'une part, la réduction de la fréquence du changement de ferrure, améliorant ainsi le bien-être du cheval et réduisant la pénibilité du travail du maréchal -ferrant, et, d'autre part, la possibilité d'utiliser des fers à cheval d'épaisseur plus faible, donc plus légers, généralement moins coûteux, du fait de la réduction de matière.

L'invention a donc d'abord pour objet un fer à cheval dont la surface du substrat métallique destinée à venir en contact avec le sol est revêtue d'une couche de revêtement résistant à l'abrasion, caractérisé par le fait que la couche de revêtement comporte ou est constituée par du nickel

(a) sous forme d'un alliage avec au moins un élément choisi parmi le cobalt, le chrome, l'aluminium et l'yttrium ; ou

(b) contenant des inclusions d'au moins une matière céramique ; ou

(c) sous forme d'un alliage avec au moins un élément choisi parmi le cobalt, le chrome, l'aluminium et l'yttrium, ledit alliage contenant des inclusions d'au moins une matière céramique. Le fer à cheval selon l'invention peut être de n'importe quel type, ouvert ou fermé.

On peut choisir le substrat métallique parmi les substrats en aluminium, se présentant notamment sous la forme d'alliages d'aluminium avec au moins un élément choisi notamment parmi le cuivre et le magnésium, et les substrats en acier ou en acier inoxydable, tels que les aciers 304 et 316 (normes américaines) .

La matière céramique est notamment choisie parmi WC ; TiC ; B ₄ C ; Cr ₃ C ₂ ; A1 ₂ 0 ₃ ; les mélanges d'Al ₂ 0 ₃ avec Zr0 ₂ et/ou Ti0 ₂ ainsi que leurs eutectiques ; Zr0 ₂ non dopé ou dopé avec au moins l'un parmi CaO, MgO, Ce0 ₂ et Y ₂ 0 ₃ .

Le nickel ou l'alliage de nickel représente avantageusement au moins 50 % en masse de ladite couche de revêtement . Conformément à un premier mode de réalisation particulier du fer à cheval selon la présente invention, la couche de revêtement est une couche de nickel ou dudit alliage de nickel contenant des inclusions de ladite ou desdites matières céramiques, lesquelles ont notamment une dimension correspondant au diamètre de la sphère équivalente qui est comprise entre 1 et 20 μπι, en particulier entre 5 et 10 μπι.

Conformément à un second mode de réalisation particulier du fer à cheval selon la présente invention la couche de revêtement est une couche à base d'agglomérats fusionnés entre eux de grains du nickel ou dudit alliage de nickel et d'inclusions de ladite ou desdites matières céramiques, lesdits agglomérats ayant une dimension correspondant au diamètre de la sphère équivalente qui est comprise entre 10 et 200 μπι, en particulier entre 20 et 60 μπι.

Par ailleurs, la couche de revêtement peut aussi être un alliage de nickel ayant la formulation suivante :

Ni _a Co _b Cr _c Al _d Y _e

où

a = = 50 - complément

b = = 0 - 50 ;

c = = 0 - 50 ;

d = = 0 - 50 ; et

e = = 0 - 50,

à la condition qu'au moins l'un parmi b, c, d et e soit différent de 0 ; a, b, c, d et e représentant les pourcentages massiques,

étant en particulier i ₇₃ Cr ₂ 2,8Alo,6Y3,6 ·

On peut noter que, dans cette formulation, le nickel peut aller jusqu'à être totalement remplacé par le cobalt . Conformément à une caractéristique particulière du fer à cheval selon l'invention, la surface du substrat sur laquelle est appliquée la couche de revêtement présente une rugosité moyenne de 1 à 30 μπι, en particulier de 8 à 25 μιτι, telle que mesurée par la méthode de profilométrie par contact . La couche de revêtement a notamment une épaisseur comprise entre 10 et 1000 μπι, en particulier entre 50 et 500 um. La face extérieure de la couche de revêtement peut présenter une rugosité moyenne comprise entre 5 et 30 μιτι, telle que mesurée par la méthode de profilométrie par contact. Cette rugosité, grâce à laquelle le cheval présente le moindre risque de glisser, provient du procédé d'élaboration.

Le fer à cheval selon la présente invention peut présenter un indice Taber exprimé en mg.lOOOtr inférieur à 700, en particulier de 30 à 230. Il peut présenter une dureté de 150 à 2500 HV, en particulier de 600 à 1200 HV.

L'invention porte également sur un procédé de fabrication d'un fer à cheval tel que défini ci-dessus, caractérisé par le fait que, sur un fer à cheval dont la dimension est ou a été adaptée au sabot du cheval à ferrer, on forme, sur la face destinée à venir en contact avec le sol, la couche de revêtement par projection thermique de particules de matière fondue ou semi- fondue d'une composition correspondant à celle du revêtement à former, ladite projection sur le substrat étant réalisée en au moins une passe jusqu'à obtention de l'épaisseur de couche de revêtement désirée, notamment de 10 à 1000 μπι, en particulier de 50 à 500 μπι.

La projection thermique se réfère aux techniques de déposition consistant à projeter le matériau d'apport dans un état fondu ou semi -fondu à forte vitesse (> 100 m. s ^" ) sur le substrat, en particulier aux techniques suivantes :

- la projection par flamme, par exemple flamme- fil ou cordon, flamme-poudre , la flamme étant une flamme produite par un mélange acétylène-oxygène ou propane- oxygène ;

- la projection par flamme à haute vitesse et à haute pression (HVOF « high velocity oxy fuel ») , la flamme étant notamment produite par un mélange sous pression kérosène/oxygène ;

- la projection dynamique à froid (« cold spray ») ;

- la projection par un plasma produit par dissociation et ionisation d'un gaz introduit dans un arc électrique en court-circuit ;

- la projection par arc-fil à partir d'un arc électrique établi entre deux fils ;

- la projection par canon à détonation produite par un mélange carburant - comburant et de poudre que l'on fait exploser ; et

- la projection du matériau sur un substrat en acier suivie d'un chauffage à haute température pour diffusion du matériau dans le substrat. On peut mentionner à titre d'exemple qu'une passe peut permettre de former une épaisseur de 5 à 10 μιιι.

Avant la formation de la couche de revêtement, on peut avantageusement rendre rugueuse la face du fer à cheval destinée à recevoir ladite couche de revêtement, notamment par sablage, par exemple avec du corindon, ou par ponçage à l'aide d'un support abrasif, jusqu'à obtention de la rugosité moyenne désirée, notamment de 5 à 30 μπι, telle que mesurée par profilométrie par contact.

La surface du substrat du fer à cheval à l'issue du sablage doit être exempte de poussières ou de composés organiques .

Conformément à un premier mode de réalisation du procédé selon la présente invention, on réalise la projection de particules de matière fondue ou semi -fondue à partir d'une poudre par projection par flamme supersonique (HVOF) avec :

- une vitesse des particules de 400 à 800 m. s ^"1 ; et

- une température de particules de 600 à 2000°C.

La distance de projection est généralement l'ordre de 0,1-0,3 m.

Conformément à un second mode de réalisation du procédé selon la présente invention, on réalise la projection de particules de matière fondue ou semi -fondue à partir de deux fils entre lesquels on établit un arc électrique en court-circuit continu (Arc-Fil) , avec

- une vitesse des particules de 150 à 400 m. s ^"1 ; et - une température de particules de 1500 à 2500°C.

Les Exemples suivants illustrent la présente invention sans toutefois en limiter la portée. Les Figures 1 et 2 du dessin annexé représentent chacune une photographie au microscope électronique à balayage d'une coupe du revêtement des Exemples respectivement 1 et 2. Dans ces Exemples, les méthodes employées pour la caractérisation des couches de revêtement des fers à cheval étaient les suivantes :

Rugosité

La face extérieure d'une couche de revêtement doit présenter une rugosité suffisante pour que le cheval ne glisse pas.

La rugosité a été directement mesurée grâce à un rugosimètre de marque MITUTOYO.

Dureté

La dureté d'une couche de revêtement permet d'exprimer les caractéristiques mécaniques, représentatives de la résistance au choc et à l'usure du fer à cheval comportant une telle couche de revêtement.

Dans les Exemples, la dureté mesurée était la dureté HV (Vickers) , déterminée à l'aide d'un microduromètre de marque PRESI, avec une charge de 100 g appliquée pendant 15 secondes (HV 0,1 -15s) sur la coupe transversale de la couche de revêtement .

Usure

L'usure a été caractérisée de deux façons : par l'abrasion Taber (1) et par des tests avec des chevaux ferrés, en conditions d'utilisation (2).

(1) Abrasion Taber Le matériel utilisé était un abrasimètre circulaire Taber. Le protocole utilisé lors des essais est indiqué dans le Tableau 1 ci-après.

Tableau 1

Les résultats d'abrasion d'une couche de revêtement, exprimés en indices Taber (mg.lOOOtr), ont été comparés avec l'abrasion d'une surface extérieure du fer à cheval non revêtu de la couche de revêtement selon 1 ' invention .

(2) Tests sur chevaux

On a pesé le fer à cheval doté de sa couche de revêtement avant de ferrer le cheval pour la première fois avec ce fer (Masse initiale) .

Le cheval ainsi ferré a suivi un programme d'exercices hebdomadaire défini comme suit :

- 25 km de trot, le cheval étant attelé à un sulky ; et

- 3 h de marcheur par semaine . Au bout de deux mois, on a retiré le fer à cheval et on l'a pesé (Masse 2 mois) et on a fait de même au bout de 6 mois (Masse 6 mois) . L'usure du fer à cheval est exprimée par la différence entre ces masses et la masse initiale.

Exemple 1 (a) Préparation du fer à cheval

On a adapté au sabot d'un cheval à ferrer un fer à cheval en alliage d'aluminium AU4G (nouvelle désignation 2017A) : aluminium 95 % en masse, 4% en masse de cuivre, 1% en masse de magnésium.

On a réalisé un sablage du fer à cheval sur l'une de ses faces. Pour cela, on a pris en main le fer à cheval et effectué le sablage de cette face au pistolet à 0,4 MPa (4 bars) avec du corindon blanc dont 99,9% présentaient une granulométrie de 0,600 à 0,425 mm, jusqu'à obtenir une rugosité moyenne de 25 μπι (telle que mesurée par le rugosimètre) , permettant une bonne accroche de la couche de revêtement sur cette face du fer à cheval .

(b) Revêtement du fer à cheval

Dans la buse d'un appareil de projection par flamme supersonique (HVOF) de marque WORKAJET, on a introduit une poudre agglomérée de WC-Ni de granulométrie comprise entre 20 et 60 μπι, directement achetée à la Société OERLIKON et ayant la composition suivante, pour 100 % en masse : - 85 % en masse de Ni d'une granulométrie de l'ordre de 5 \im ; et

- 15 % en masse de WC d'une granulométrie de l'ordre de 5 μπι.

On a choisi les paramètres suivants pour l'HVOF :

- vitesse des particules de 600 m. s ^"1 ; et

- température des particules de 1800°C.

On a pesé le fer à cheval à revêtir avant d'effectuer le dépôt de la couche de WC-Ni. Ensuite, on a placé le fer à cheval verticalement, sa face rendue rugueuse par le sablage étant disposée en face du pistolet de projection et à 0,2 mètre de celui-ci. On a projeté de façon uniforme une quantité de WC-Ni en un nombre de passes suffisant pour obtenir un dépôt d'une épaisseur de 100 μπι. On a attendu le refroidissement complet du fer à cheval ainsi revêtu, puis on a pesé celui-ci afin de déduire la masse du dépôt et, connaissant cette dernière, la masse volumique du dépôt et la surface de la face du fer à revêtir (surface totale de la face du fer moins la surface des trous ou rainures de passage des vis) , il a été possible de confirmer que l'épaisseur du dépôt était de 100 μπι.

Sur la Figure 1 du dessin annexé, on peut voir que le substrat d'alliage d'aluminium est revêtu de la couche de WC-Ni avec la résine d'enrobage nécessaire à la visualisation au microscope. Les annotations Pai à Pa ₅ sont indicatives de l'épaisseur de la couche de revêtement.

(c) Evaluation du fer à cheval revêtu On a ensuite évalué les caractéristiques du fer cheval doté de sa couche de revêtement de WC-Ni :

- Rugosité moyenne : 8 μπι

Il a été constaté que le cheval ferré ne glissait pas

- Dureté : 1200 HV.

- Usure :

(1) Abrasion Taber : comme indiqué dans le Tableau ci-après .

Tableau 2

On peut constater que l'indice Taber est nettement amélioré pour la couche de WC-Ni.

(2 ) Test sur cheval Masse initiale : 94,4 g

Masse 2 mois : 91,9 g

Masse 6 mois : 85,4 g

Ces résultats montrent que la couche de revêtement est remarquablement adaptée à l'application car il n'a pas été nécessaire de changer de fer à cheval même après 6 mois, par comparaison avec les quatre à six semaines dans le cas des fers à cheval actuellement utilisés .

Exemple 2

(a) Préparation du fer à cheval

On a adapté un fer à cheval en acier inoxydable 316L (norme américaine) ou 1.4404 (norme européenne) au sabot du cheval à ferrer.

On a réalisé un sablage du fer à cheval de la même façon qu'à l'Exemple 1, excepté que l'on a utilisé du corindon blanc dont 99,9 % présentaient une granulométrie de 1,000 à 1,410 mm, jusqu'à obtenir une rugosité moyenne de 25 \im (telle que mesurée par le rugosimètre) permettant une bonne accroche de la couche de revêtement sur cette face du fer à cheval .

(b) Revêtement du fer à cheval

Un fil de i ₇₃ Cr ₂ 2,8Alo,6Y3,6 acheté à la Société OERLIKON a été utilisé pour la projection Arc-Fil de marque TAFA 9000 afin d'être fondu.

On a choisi les paramètres suivants pour l'Arc- Fil : - vitesse des particules de 250 m. s ^"1 ; et

- température de fusion de 1800°C. On a pesé le fer à cheval à revêtir avant d'effectuer le dépôt de la couche de i ₇₃ Cr ₂₂ , ₈ Al ₀ ,6Y3,6 · Ensuite, on a projeté de façon uniforme, sur la face du fer à cheval rendue rugueuse par le sablage, une quantité de Ni ₇₃ Cr _22;8 Al ₀ , _s Y ₃ , _s en un nombre de passes suffisant pour obtenir un dépôt d'une épaisseur de 350 μπι. On a attendu le refroidissement complet du fer à cheval ainsi revêtu, puis on a pesé celui-ci afin de confirmer l'épaisseur du revêtement comme on l'a fait pour l'Exemple 1.

Sur la Figure 2, on peut voir que le substrat d'acier inoxydable est revêtu de la couche de Ni ₇₃ Cr _22;8 Al ₀ , _s Y ₃ , _s (présence de lamelles) , avec la résine d'enrobage nécessaire à la visualisation au microscope. Les annotations Pa ₂ à Pa ₅ sont indicatives de l'épaisseur (la mesure Pai n'a pas été retenue car non significative) .

(c) Evaluation du fer à cheval

On a ensuite évalué les caractéristiques du fer à cheval doté de sa couche de revêtement de Ni ₇₃ Cr _22;8 Al ₀ , _s Y ₃ , _s :

- Rugosité moyenne : 25 μπι

Il a été constaté que le cheval ferré ne glissait pas.

- Dureté : 600 HV.

- Usure :

(1) Abrasion Taber : comme indiqué dans le Tableau 3 ci-après .

Tableau 3

Fer à cheval Masse fer Masse fer Usure fer Indice Taber avant essai après essai ⁽ g ⁾ mg.1000 tr

⁽ g ^{) (} g ⁾ Substrat non 86 78 , 9 7,1 710

revêtu

Substrat 97,4 95,1 2,3 230

revêtu

On peut constater que l'indice Taber est amélioré, l'usure étant divisée par trois.

(2 ) Test sur cheval

Masse initiale : 94,4 g

Masse 2 mois : 88,8 g