Brevet FR2255127A1 — publié le 19750718

La présente invention se rapporte à la métallurgie des poudres d'aluminium et elle concerne, plus particulièrement, des mélanges de poudres d'aluminium, de cuivre et de magnésium, donnant des agglomérés frittés présentant des propriétés mécaniques améliorées. T1 est connu depuis longtemps dans la métallurgie des poudres d'aluminium d'augmenter la résistante de 1'aggloméré fritté final en mélangeant de la poudre de cuivre avec la poudre d'aluminium, avant l'agglomération et le frittae. De facon g- nérale, les quantités efficaces de poudre de cuivre ajoutée se montaient à environ t à 10 % nu poids de la poudre d'aluminium et elles donnaient des agglomérés frittés présentant une résistance maximale à la traction d'environ 1.820 k/nm2 et un allongement d'environ 2 , en utilisant environ 4 La pondre de cuivre destinée à la pronuetion de produits très résistants se présente à la fois sous la forme de particules massives et en paillettes. tes parUieulas en paillettes sont, lorsque ce sont elles qu'on utilise, du type "feuilleté" ctest-a-dire quion tendance, lorsqu'on les met en suspension dans un véhicule liquide que l'on applique sous forme de vernis ou de peinture, à se disposer les unes par rapport aux autres, dans des plans parallèles à la surface à laquelle on les applique. Dans le cas de la métallurgie de la poudre d'aluminium, l'avantage de l'utilisation de paillettes de cuivre du type "feuilleté" provient de ce cycle la surface de la paillette contient suffisamment d'acide stéarique, engendrant la propriété "feuilleté" pour favoriser le mélange du cuivre avec la poudre d'aluminium et pour jouer le rôle de lubrifiant facilitant l'agglomération du mélange résultant de poudres de cuivre et d'aluminium.En zéné- ral, les poudres de paillettes de cuivre du type "feullleté" contiennent environ 0,5 à 2 % en poids d'acide stéarique ou d'acide oléique à leurs surfaces, comme on l'a décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amériaue n 3.333.950, bien que les poudres de cuivre du type "feuilleté" que lton trouve dans le commerce renferment en général environ 1 à 2 % en poids d'acide stéarique ou d'acide oléique. les poudres à paillettes de cuivre non "feuil- letées" que l'on trouve dans le commerce contiennent environ 0,13 à 0,25 % en poids d'acide stéarique ajouté, comme lubrifiant au cours du processus de broyage nécessaire pour transformer des particules de cuivre massives en paillettes, et lorsqu'on ajoute ces poudres de paillettes de cuivre non "feuilletées" à la poudre d'aluminium, elles s'opposent totalement à la répartition dans la poudre d'aluminium, mëme au bout de 24 heures de mélange continuel. La Bemanderesse a trouvé à présent que, lorsqu'une poudre de paillettes de cuivre non "feuilletée" renferme environ de 0,07 % en poids à un maximum d'environ 0,05 % en poids d'un lubrifiant de type non "feuilleté" comme l'acide stéarique ou l'acide oléique à sa surface, il se mélange visiblement favilement avec la poudre d'aluminium et, lorsqu'on le mélange pendant un minimum critique d'au moins une demi-heure environ, il produit des agglomérés frittés de résistance-à la traction nettement plus élevée et d'aspect de surface nettement supérieur par rapport aux propriétés correspondantes des agglomérés frittés à base d'aluminium et de cuivre que l'on pouvait obtenir antérieurement. la poudre d'aluminium contient en outre une quantité classique de magnésium, calculée pour accélérer ou "activer"le frittage d'un aggloméré du mélange de poudre métallique. Le mélange n'est pas additionné d'ne quantité de matière organique quelconoue destinée à une lubrification interne. Le nouveau mélange de poudre selon l'invention peut utiliser pratiquement toutes les qualités de poudre d'aluminium, la selle limitation étant que, plus la poudre est fine, plus son débit de décharge dans un moule dans des conditions commerciales est médiocre. On a, par exemple, utilisé avec succès, de la poudre d'aluminium "Alcoa no 1220" [moins de 9,7 % de refus au tamis 325 Tyler (Q,7 ffi minus 325 mesh Taler)3 , nO 120 moins de 35, % de refus au tamis 329 (35,6 % minus 325 mesh) et nO 123 [moins de F9 ffi de refus au tamis 325 (89 % minus 325 mesh)J , avec la restriction mentionnée précédemment que les poudres plus grossières présentaient de meilleures caractéristiques d'écoulement. Une petite quantité de magnésium dans le mélange de poudre selon l'invention accélère ou "active" le frittage du mélange en formant un eutectique à point de fusion relativement inférieur avec l'aluminium. La quantité de magnésium utile dans ce but est comprise entre environ 0,2 et 2 % en poids de la poudre d'aluminium. Dans cet intervalle , on préfère actuellement des quantités de magnésium de 0,3 à 0,6 % en poids de l'aluminium. On peut ajouter le magnésium sous la forme de poudre métallique de magnésium ou de poudre d'alliage de magnésium. Lorsqu'on l'ajoute sous forme d'alliage, il est avantageux d'utiliser, comme constituant d'alliage, l'un des autres constituants du mélange de poudre, par exemple l'aluminium ou le cuivre (c'est-à-dire des poudres d'alliage aluminium-magnésium et cuîvre-magnésium, mais l'on peut utiliser, en liaison avec le constituant de magnésium du mélange d'autres constituants d'al- liage qui soient avantageux pour obtenir les propriétés désirées de l'agzloméré fritté ou au moins ne soient pas contraires à celles-ci. On utilise la poudre de paillettes de cuivre dans les mélanges de poudre- selon l'invention, dans des quantités comprises entre 2 et 6 % en poids de l'aluminium. I1 faut des quantités de cuivre d'au moins 2 ffi environ pour donner des caracté ri s tiques de durcissement par vieillissement aux agglomérés frittés constitués à partir du mélange, et des quantités de cuivre dépassant environ 6 % augmentent la résistance et la dureté des agglomérés frittés au prix de trop de perte de ductilité. Une quantité de poudre de cuivre d'environ 4 qb du poids de la poudre dfsruminium s'avère actuellement donner une combinaison générale optimale de propriétés physiques et mécaniques. T1a poudre de paillettes de cuivre utilisée dans les mélanges de poudre métallique selon l'invention doit etre du type non "feuilleté", mais elle doit contenir le revetement organique dit "feuilleté" dans une quantité limitée à l'intervalle de 0,03 à 0,05 g du poids des paillettes de cuivre. On produit des poudres de paillettes de cuivre en aplatissant des particules de cuivre classiques de forme massive , en présence d'un lubrifiant ou d'un agent de polissage organique, comme l'acide stéarique, l'acide oléique, le stéarate de zinc, le stéarate de lithium, etc. Lorsqu'on opère avec des poudres de paillettes de cuivre qui ont, comme on l'a souligné dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3.3q'.990, une densité proche de celle de la poudre d'aluminium, il s'est avéré qne les poudres de paillettes de cuivre "feuilletées11 contenant entre 0,5 et 2 % en poids du composé organique lubrifiant ne s'incorporaisnt pas dans la poudre d'sluminium, mais demeuraient à 1' é- tat de stries ou d'ondulations de coloration rouge dans le mélange, meme après 24 heures de mélange dans un mélangeur à double cône. nlautre part, on s'attendait à ce que ces paillettes de cuivre "feuilletées " se mélangent, facilement avec la poudre d'aluminium, à cause de la quantité de lubrifiant relativement grande présente sur les surfaces des paillettes de cuivre mais le lubrifiant n'agit pas ainsi. tu'autres expériences avec de la poudre de paillettes de cuivre non "feuilletée" qui contient commercialement entre environ 0,13 et 0,25 % en poids de lubrifiant organique mais n'en contient, dans certains cas, que o %, ont montré que la plupart de ces poudres résistaient de façon analogue au mélange intime avec de la poudre d'aluminium, même lorsque la quantité d'agent de polissage ou de lubrification de surface organique était aussi faible que 0,13 % en poids du cuivre.Tant que l'on n'avait pas utilisé des paillettes de cuivre contenant une proportion aussi basse que 0,05 % poids de matière organique sur sa surface, la poudre de paillettes de cuivre ne stest pas mélangée intimement avec la poudre d'aluminium; et, dès que cette teneur fut atteinte, etest-à-dire environ 0,03 à 0,05 en poids de composé organiques, la poudre de paillettes de cuivre s'est mélanfiée de façon spectaculaire avec l'aluminium, dans un délai de cinq minutes. Les mélanges de poudre à base d'aluminium, de cuivre et de magnésium selon l'invention, caractérisés par la présence de cuivre sous la forme de paillettes non "feuilletées" contenant environ'0,03 à G,05 % en poids de lubrifiant organique, se caractdrisent-en outre par l'absence de toute quantité additionnelle des mêmes lubrifiants internes classiques dans la métallurgie des poudres, ou d'autres similaires. En excluant ces lubrifiants additionnés, on peut fritter les mélanges de poudre agglomérés selon l'invention dans n'importe quelle atmosphère de four allant d'lue nature oxydante à une nature réductrice, en passant par une nature neutre.Ainsi, on peut fritter les mélanges de poudre agglomérés selon l'invention, dans l'air, la vapeur d'eall, les gaz de fours de fusion contenant toute une va riété de proportions d'oxyde de carbone et de gaz carbonique, d'hydrogène, d'azote, d'ammoniac de cracking etc. Une étude de la durée de mélange, utilisée pour obtenir un mélange physique intime des constituants du mélange de poudre, a'montré que la durée de mélange a un effet certain sur les propriétés mécaniques des agglomérés frittés ayant vieilli, constitués à partir d mélange de poudre.Par exemple, on effectue une série d'essais en utilisant une technique consistant à faire rouler nes flacons cylindriqies, pour des lots de 2.000 g d'un mélange de poudre comprenant de ls poudre d'aluminium " Alcoa &num; 1202", 0,6 % en poids de poudre de magnésium réduit par de 1 'é- lium inférieure à 325 mailles (norme Tyler) (0,6 % hy weight of minus 325 mesh), et 4 %en poids de poudre de paillettes de cuivre contenant 0,03 % en poids d'aciae stéarique. On remplit des flacons de verre à moitié de leur volume et l'on y insère une grille métallique pour briser les agglomérés de poudre éventuels pendant la rotation des mélanges.On fait varier la dorée de mélange d'une demi-heure à 24 heures. On obtient les résultats présentés sur la fim1re 1 qui est un graphique des propriétés mécaniques en fonction de la durée de mélange pour des barreaux de 10,2 x 1,27 x 0,318 cm, que l'on comprime à o5 % de Is densité théorique, puis qi'e l'on fritte à l'air à 593 OC, dans un four qu'ils traversent à une vitesse de défilement de h,35 cm à la minute (quatre minutes à cette température), l'atmosphère du four étant constituée par l'air environnant. Comme on peut le voir, la courbe de résistance limite à la traction monte, plafonne, puis commence à descendre lentement.Les allongements ont la mëme allure, mais ils ne diminuent pas lorsqu'on prolonge la durée de mélange, c'est-à-dire à 2A heures. il s'avère qu'il faut une durée de mélange d'au moins une heure pour ce type d'appareil mélangeur, les propriétés mécaniques optimales étant obtenues aii bout d'environ R à 4 heures de durée de mélange. D'autres propriétés varient, de même, avec la durée de mélange, comme l'indiquent les figures 2 et 3. La figure 2 montre que la flexion à la rupture plafonne à une valeur maximale au bout de six heures de mélange, tandis que la différence des longueurs à l'état fritté entre les barreaux de 10,19 cm de long atteint un minimum au bout de six heures de mélange. La figure 3 représente une diminution de croissance d'environ 20 eours du frittage à l'air) par rapport aux longueurs de 10,19 cm, après le frittage, en utilisant le mélange obtenu au bout de six heures. On augmente l'échelle des essais précédents en utilisant un mélangeur à double cône d-e 0,142 m , dans lequel on mélange des charges de 113,40 kg du même mélange de poudre pendant des durées variant de 15 minutes à 6 heures. Ces essais montrent que l'on obtient un mélange plus complet en moins de temps avec l'appareil à grande échelle de production que pour la combinaison flacon-rouleau à petite échelle. Ainsi, les propriétés mécaniques des barreau frittés aummentent, plafonnent et commencent à diminuer au bout d'une durée de mélange moins grande; ainsi, la diminution des propriétés mécaniques devient apparente au bout de deux heures de mélange dans le mélangeur à double clone, au lieu de six heures dans les flacons plus petits. Une autre comparaison des avantages dll mélange de poudre selon l'invention, par rapport à des mélanges identiques, en dehors de l'utilisation de poudre de cuivre classique, ressort de l'essai suivant. On fritte des échantillons de barreau constitués par le mélange de paillettes de cuivre précité selon l'invention (six heures ae mélange), et des échantillons de barreau du même mélange, sauf que l'on utilise de la poudre de cuivre classique, et on les refroidit imrrédlatement dans de l'eau à la température ambiante, lorsqu'ils sortent d'un four de frittage à courroie continu. Lorsqu'on refroidit des barreaux contenantles paillettes de cuivre à partir de 550 e, et au bout de cinq jours de vieillissement, ils présentent. une résistance limite à la trac tion de @.4@@ kg/cm -:, un allongement de 4,0 %. Des barreaux fabriiiés avec la poudre de oeie classique atteignent une ré sistairce maximale à la traction de 2254 kg/cm2 avec un allongement ie 1,F % R E V E N D I C A T I O N S I.- Mélange de poutre aluminium-ouivre-magnésium, propre à être aggloméré et fritté en un produit durcissant en vieillissant, caractérisé en ce qu'il comprend un mélange intime de poudre de métal dépourvu de toute quantité de matière organique de lubrification interne et comprenant essentiellement de la poudre d'aluminium, environ 2 à % en poids de poudre de paillettes de cuivre non "feuilletée"contenant à sa surface environ 0,03 % à ,05 % en poids d'un lubrifiant de type "feui-lleté", et environ 0,2 à 2 % en poids de magnésium en poudre. 2,- Mélange selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on l'a mélangé physiquement pendant une période continue d'au moins une demi-helare. 3.- mélange selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on l'a mélangé physiquement pendant une période continue d-' au moins une heure et demie. 4.- Mélange selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poudre de paillettes de cuivre est présente dans une quantité d'environ 4 % en poids et en ce que le magnésium est présent dans une quantité d'environ 0,6 % en poids.