Brevet FR2133764A1 — publié le 19721201

La présente invention concerne un procédé de fabricu de pièces moulées à partir d'une dispersion à base de métal cieux, en particulier de pièces de contact pour l'électrotec nique. On connaît plusieurs procédés de fabrication de pièce moulées à partir de matières constituées par des dispersiona On distingue en principe des procédés métallurgiques utilisE des poudres et aux faisant appel à la fusion. Le procédé classique de métallurgie des poudres consi essentiellement à mélanger mécaniquement de la poudre de met avec de l'oxyde métallique, puis à comprimer et fritter le K lange. Dans le procédé de précipitation mixte, les constitua sont précipités ensemble dans une solution homogène, puis dé posés thermiquement en métal et oxydes inétalliques et mis en oeuvre ultérieurement, comme décrit ci-dessus. Le procédé de fusion utilise au départ un alliage hom gène qui est exposé, à des températures élevées, à une atmoscontenant de l'oxygène sous pression normale ou élevée, de m nière à oxyder le constituant non précieux. Le procédé est nu sous le nom de "oxydation interne". I1 est également connu d'utiliser un mélange de poudre: métalliques obtenu en mélangeant intimement, par exemple, de poudre d'argent et de cadmium, le mélange étant ensuite coup: et, après oxydation partielle du cadmium, fritté. Un nouveau procédé utilise en tant que produit de dépa des poudres d'alliage homogènes obtenues par atomisation qui oxydées au contact de l'air avant d'être comprimées et fritte @ Avec le procédé classique de mélange métallurgique de poudres, on obtient essentiellement des matières à dispersion grossière présentant une répartition irrégulière des constitu Des essais systématiques relatifs au comportement électrique pièces de contact ont permis de constater que tant la réparti tion du constituant oxyde que la grosseur de ses particules T sentent un intéret particulier pour les caractéristiques élec ques en service et cela dans ce sens que la durée de vie de pièces de contact électriques est d'autant plus longue que, entre autres, la grosseur des particules est plus faible et 1 répartition plus régulière.La tendance à la fusion se trouv aussi nettement réduite par une diminution de la grosseur des - particules. - - Les. inconvénients cités du procédé classique de métallur gie des poudres ont été réduits par le .procédé de précipitation mixte. Le court de la fabrication des.poudres est, dans ce cas, certes relativement élevé comme dans tous les procédés de préci pitation chimique et a, par conséquent, un effet défavorable sur la rentabilité du procédé. I1 existe en outre le risque de con tamination de la poudre précipitée et, par conséquent, de la ma tière constituant ultérieurement la pièce de contact, ce risque -étant dû à l'inclusion de.précipitant ou de sels métalliques dis sous qui se trouvent libérés en service dans l'appareil de commu -tation électrique et ont pour effet, par exemple, d'élargir la plage de dispersion de l'usure. Àvec l'accroissement de la te neur en oxyde, la poudre mixte devient plus difficilement compres - sible. ce ce qui concerne l'oxydation d'alliages au contact de l'air, il faut des durées d'oxydation relativement longues allant jusqu'à plusieurs jours pour obtenir des épaisseurs de couche nécessaires sur le plan technique. in fonction des conditions de diffusion,- la grosseur des particules du constituant dispersé augmente à cet égard avec l'accroissement de la profondeur de pénétration. En outre, par suite des vitesses de diffusion dif férentes de l'oxygène et du métal d'alliage, il se forme à l'é chelle macroscopicue un gradient de concentration qui produit un effet défavorable en cours de fonctionnement électrique.L'addi tion d'autres éléments d'alliage permet certes d'influer favora - blement sur la grosseur et la forme de la phase de dispersion mais les conditions fondamentales en ce qui concerne le gradient ae concentration ne s'en trouvent pas modifiées. -ne amélioration de l'oxydation interne de pièces en allia U.e rassif -eut être obtenue en effectuant l'oxydation sous une pression partielle d'oxygène accrue. Les durée? d'oxydation se treuvent certes raccourcies de sorte que la répartition des cons tituants de i l'alliage est rendue plus régulière et que les pro priétés obtenues dans -des conditions de service êlectri?ueS telles que l'usure de la matière et la tendance à la fusion, se trouvent améliorées.Des inconvénients résident cependant en ce que l'ob tention d'une couche soudable exige une dépense en placage ou en soudage, étanche à l'air, de la surface d'alliage ainsi que dans les déchets de découpage produits lors de la fabrication d pièces de contact formant support. Pour des teneurs de cadmium supérieures à 15 m, il se produit en outre et à un degré croissant en fonction des dimensions des pièces de contact, déjà lor de l'oxydation, des contraintes internes qui conduisent, soit immédiatement, soit ultérieurement en cours de service électriq à des fissurations entrainant une forte usure de la matière.E décit du fait que les durées d'oxydation se trouvent considérab ment réduites en cas d'oxydation sous pression, les épaisseurs couche obtenues dans des temps acceptables sur les plans techaiql et économique sont limitées. Suivant une autre technologie des poudres d'alliage atomi sées sont oxydées au contact de l'air à des températures comprises entre 600 et 8000 C et sont ultérieurement mises en oeuvre de manière connue par compression et frittage. L'inconvénient de ce procédé réside en ce que, pour obtenir des séparations à dispersion très fine, il faut oxyder à des températures basses, ce qui favorise les séparations aux joints des grains.Ces sépa rations aux joints des grains constituent des points senables st ceptîbles de provoquer des prturbationsen cours de service élec trique et doivent, par conséquent, être évitées autant que pos sigle. Lorsqu'on effectue l'oxydation, par contre, à la limite supérieure de l'intervalle de température indiqué, la phase dis persée devient plus grossière. La présente invention a pour objet d'éviter les inconvénients cités et de permettre de réaliser, en peu de temps et avf: une dépense technique réduite, des pièces moulées présentant un l'invention crée un procédé pour fabriquer des pièces mou lées à partir de dispersions à base de métal précieux qui, en partant d'une poudre d'alliage atomisée, cotauit à une réparti tion à dispersion très fine du constituant oxyde métallique et empêche des séparations aux joints des grains. I1 s'est avéré que la répartition de l'oxyde et le degré de dispersion sont particulièrement favorables lorsque des poudres fabriquées par atomisation d'alliages liquides, dont des constituants en métal commun forment à l'état solide, avec de l'argent et/ou du palladium, des solutions solide sont comprimés préalablement sous des pressions de 1 à 5 t/cm de façon à obtenir des pièces moulées correspondantee, ces pièces étant ensuite frittées au-dessous de la température de solidus sous une pression partielle d'oxygène de 1 à 10 atm et plus, de façons obtenir une oxydation et étant, enfin, calibrées aux dimensions 2 finales sous des pressions comprises entre 6 et 12 t/cm .Lors de la compression préalable des pièces moulées, une ou plusieurs couches d'une autre poudre de métal ou d'alliage peuvent être comprimées en même temps. les matières comprimées peuvent assumer, entre autres, également la fonction d'une couche soudable. Par ailleurs, d'autres constituants, de préférence des oxydes métalliques, peuvent également être mélangés à la poudre d'alliage atomisée de façon à obtenir certaine propriétés en service. La répartition particulièrement fine et homogène des particules d'oxyde obtenue suivant l'invention a pour effet de dimi nuer sensiblement la perte de matière subie par les pièces de contact sous l'effet de l'érosion due à l'arc électrique produit lors du processus de coupure dans les circuits électriques. En outre, la tendance à la fusion se trouve considérablement réduite par rapport à des pièces de contact usuelles, de sorte que l'on peut prévoir des dimensions plus favorables avec une moindre dépense en métal précieux. D'autre avantages résultent de la durée d'oxydation sensiblement raccourcie et des faibles déchets de métal précieux lors de la fabrication, permettent de réduire la quantité de métal précieux nécessaire à I'inustrie. La présente invention est élucidée ci-dessous à l'aide de quelques exemples. Exemple 1 De la poudre d'alliage Ag Cd obtenue par atomisation et comprenant 10 % en poids de Cd est comprimée préalablement sous 2 une pression de 2 tiom de façon à obtenir des pièces compactes de 10 mm de diamètre et 2,5 mm de haut comprenant une couche sousjacente d'argent de 0,2 mm d'épaisseur. A une température de 880 C et sous une pression partielle d'oxygène de 10 atm, la pièce comprimée est soumise en l'espace de deux heures à une oxydation interne complète et en même temps frittée.La pression 2 ultérieure utilisée est de 8 t/cm Exemple 2 : De la poudre d'alliage Ag Cu A1 obtenue par atomisation et contenant 5 @ en poids de Cu et 0,15 @ en poids de Al est com primée préalablement sous une pression de 2,5 t/cm de façon à obtenir des pièces compactes mesurant 12 x 12 x 2,0 mm comprenan une couche sous-jacente d'argent de 0,3 mm d'épaisseur. Â une température de 8200 C et sous une pression partielle d'oxygène d 10 atm, la pièce compacte est soumise en l'espace de 1,5 heure à une oxydation interne complète et est en meme temps frittée. La pression ultérieure utilisée est de 9 t/cm. Exemple 3 De la poudre d'alliage hg Sn obtenue par atomisation et comprenant 2,5 % en poids de Sn est mélangée intimement avec 3 % en poids de ZrO2 et est comprimée préalablement sous une pression de 2 t/cm de façon à obtenir des pièces compactes mesurant 8 x 12 x 2,5 mm. A une température de 8800 C et sous une pression partielle d'oxygène de 10 atm, la nièce compacte est soumise en l'espace de deux heures à une oxydation interne complète et est en même temps frittée. La pression ultérieure utilisée est de 10 t/cm2. Exemple 4 De la poudre d'alliage Ag Pd En obtenue par atomisation ecomprenant 30 % en noids de Pd et 2 % en poids de Pin est compri- mée préalablement sous une pression de 3t/cm de façon à obtenir des pièces compactes de 5 min de diamètre et 1,5 min de haut compre nant une couche sous-jacente soudable d'argent/palladium de 0,1 1 d'épaisseur. une température de 980 C et sous une pression partielle d'oxygène de 10 atm, la pièce compacte est soumise en l'espace d'une heure à une oxydation interne complète et est en même temps frittée. la pression ultérieure utilisée est de Ot/CI Exemple 5 De la poudre d'alliage Pd Ni obtenue par atomisation et comprenant 5 % en poids de nickel est comprimée au préalable sou une pression de 3 t/cm de façon à obtenir des pièces compactes mesurant 5 x 5 x 2 mm, y compris une couche sous-jacente de Ag Pd de 0,2 2 mm d'épaisseur comprenant 30 % en poids de Pd. h une température de 105C C et sous une pression partielle d'oxygène de 10 atm, la pièce compacte est soumise en l'espace de 2,5 heure à une oxydation interne complète et est en même temps frittée. REVENDICATION 1 - Procédé pour fabriquer des pièces moulées à partir d'une dispersion à base de métal précieux en utilisant une pou- dre obtenue par atomisation d'un alliage métallique liquide, cette poudre étant oxydée partiellement -à température élevée, puis comprimée et frittée, caractérisé en ce que la poudre d'alliage obtenue par atomisation d'alliages à base de métaux précieux, dont les constituants en métal commun forment avec le métal de base, à l'état solide, des solutions solides, est comprimée préalablement sous une pression de 1 à 5 t/cm de façon à obtenir des pièces moulées qui sont frittées à des températures inférieures à la température de solidus et sous une pression partielle d'oxygéne de 1 à 10 atm et plus jusqu'à obtention du degré d'oxy- dation voulu du constituant en métal commun et sont ensuite calibrées aux dimensions finales sous une pression comprise entre 6 et 12 t/cm . 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise des alliages à base d'argent et/ou de palladium. 3 - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la pression partielle d'oxygène lors du frittage est de 10 atm. 4 - procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, carac- térisé en ce que le degré d'oxydation des constituants en métal commun est de 100 % 5 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que des oxydes métalliques sont ajoutés à la poudre d'alliage avant la compression préalable. 6 - procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, lors de la compression préalable de la pièce moulée, des couches inoxydables, de préférence soudables sont en même temps comprimées. 7 - Procédé suivant i'une des revendications 1 et 4, caractérisé en ce que, en cas d'utilisation d'un alliage ricne en mé- tal commun, l'oxydation s'effectue d'abord à une température inférieure à la température de solidus correspondant à l'alliage et en ce que, apyres oxydation complète du constituant en métal commun, le frittage s'effectue à une température inférieure au point de fusion du constituant en métal précieux.