Brevet FR2346078A1 — publié le 19771028

L'invention a pour objet un procédé de production de poudre de fer à structure fibreuse, ainsi que les produits obtenus avec cette poudre. A côté des poudres de fer ayant des densités en vrac d'environ 2,3 à 3,5 g/cm3 utilisées pour la productio-n de pièces frittées selon la technique de métallurgie des poudres, des poudres de basses densités en vrac sont intéressantes pour une série d'applications. Par exemple, pour la fabrication de garnitures de freins ou de friction, dans lesquelles un squelette métallique doit avoir un grand volume poreux pour l'introduction de quantités suffisantes d'additifs, tels que graphite ou matières synthétiques, on introduit aujourd'hui des poudres moyennement 3 légères de densité en vrac dtenviron 1,4 à 1,8 g/cm3. Le but de l'invention est de proposer un procédé pour la production de poudre de fer ayant une densité en vrac d'au plus 1 g/cm3. Le but principal de l'invention est de produire des particules de fer peu poreuses en soi mais filiformes, fibreuses, car on peut s'attendre à ce que de telles poudres fibreuses aient une densité en vrac extrêmement faible en raison de leur arrangement volumineux et se comportent avant tout favorablement lors de l'introduction d'additifs, et ce, malgré l'absence de pores intérieurs. La constitution de la poudre en particules individuelles fibreuses, non poreuses en soi, devrait offrir une garantie de haute aptitude à la résistance contre les sollicitations mécaniques.Elle devrait, en outre, provoquer un accrochage plus intime des particules que celui qui est possible avec des matériaux granuleux au contact les uns des autres par points", si bien qu'on peut s'attendre, avec les poudres de fer fibreuses, à obtenir, par rapport à ce qui est usuel, une haute résistance de la pièce comprimée, ainsi qu'une haute résistance de-frittage avec la possibilité d'utiliser de plus basses températures de frittage. La densité en vrac devrait être réglable de la façon 3 la plus simple dans les limites de 0,5 à 1,2 g/cm3 sans modifica- tion des conditions de fabrication et il devrait être possible de produire également une variante avec des propriétés d'écoule- ment suffisantes malgré le caractère volumineux de telles poudres. Ces buts sont atteints, selon l'invention, par le fait qu'un oxyde de fer à gradin fin, qui est produit de façon connue en soi au moyen de grilles de pulvérisation à partir d'une solution d'attaque de déchets, est réduit en vrac ou en morceaux, tels que boulettes, a une température entre 800 et 10000C dans une atmosphère substantiellement de S02 et exempte de CO et le produit de la réduction est refroidi à la température ambiante dans une atmosphère réductrice ou inerte et finalement broyé en poudre. La conformation de la structure, sans pores et fibreuse, de la poudre de fer produite par les oxydes pulvérisés par la grille est surprenante en considération des phénomènes désavantageux résultant des procédés connus de réduction des oxydes de fer, tels que la haute porosité des particules individuelles. La teneur en S02 du gaz réducteur ne doit pas dépasser de 1% la quantité de CO, sinon la formation de fibres s'en trouverait compromise. L'aptitude des oxydes de fer obtenus à former des fibres peut, dans de nombreux cas, varier dans certaines limites suivant la nature du produit attaqué (notamment qualité de l'acier à attaquer) et suivant le mode de fonctionnement de l'installation de grilles à pulvérisation. C'est pourquoi, l'invention propose certaines mesures supplémentaires ayant pour but d'assurer la formation des fibres et de régulariser leurs dimensions, par le fait qu'on ajoute à l'atmosphère de CO jusqu'à au maximum 20% dthydrogène, ou bien qu'on soumet l'oxyde de fer, avant son traitement de réduction, à un traitement par la chaleur à une température d'environ 1000 à 120000 en atmosphère neutre ou oxydante. Grâce au traitement thermique oxydant, il est possible de renforcer la structure fibreuse, ce qui entraîne en même temps une diminution de la densité en vrac. L'addition de H2 a l'effet contraire. Dans le cas où la tendance du matériau à former des fibres doit être renforcée par le traitement par la chaleur, il suffit, par exemple à une température d'environ 110000, d'une durée de traitement thermique d'environ 8 à 20 minutes. Un autre moyen de renforcer la formation de fibres consiste à mélanger à l'oxyde de fer, ce qu'on pourrait appeler des agents adjuvants . Un agent adjuvant très efficace, qui est ainsi ajouté de préférence, est le CaO; il est particulièrement avantageux d'ajouter cet agent suivant une proportion de 0,2 à 2%. On peut d'ailleurs ajouter des quantités de CaO plus élevées, mais elles ne procurent pas d'amélioration plus sensible de la poudre de fer produite. On peut effectuer la réduction en faisant passer le gaz sur l'oxyde de fer. Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux du procédé selon l'invention, l'atmosphère de CO est produite de façon connue en soi, à partir d'un corps contenant du carbone, de préférence du charbon de bois, mélangé à l'oxyde de fer. Selon un autre moyen de l'invention, on interrompt la réaction de réduction de l'oxyde de fer après dégagement d'environ 80% de l'oxygène de l'oxyde, et la quantité restante d'oxygène est réduite ensuite par introduction d'hydrogène. Cette mesure est recommandée notamment, lorsqu'il y a risque que les quantités de carbone de dissociation qui apparaissent la plupart du temps vers la fin de la réaction de réduction ne souillent la poudre de fer produite. Si l'oxyde utilisé comme produit de départ contient des quantités gênantes de chlore et de sulfate, en entraînant un risque de corrosion du récipient de réduction, on peut prévoir une opération initiale de séparation de ces corps par lavage à l'eau et filtrage. Si la densité en vrac de la poudre de fer produite est trop faible pour une application déterminée, il est de plus prévu, selon l'invention, de soumettre la poudre de fer à un nouveau traitement de broyage jusqu'à ce que soit atteinte la densité en vrac désirée. Les poudres de fer fabriquées avec le procédé selon l'invention sont particulièrement destinées à réaliser des garnitures de frein et des garnitures de friction, dans lesquelles il doit y avoir à l'intérieur du squelette porteur métallique, fermé sur lui-même, des espaces lacunaires importants pour l'introduction d'additifs, tels que, par exemple, le graphite. En outre, cette poudre de fer peut également être utilisée dans les domaines ci-après 1. Matrice de liaison pour matériaux à fortes charges (moteur Wankel). 2. Corps frittés volumineux (densité d'environ 2) avec d'impor tantes surfaces internes pour catalyseurs chimiques. 3. Utilisation comme charge dans les matières plastiques. 4. Jonction de conducteurs dans les bougies d'allumage. 5. Ecran pour champs électriques ou magnétiques. 6. Isolations phoniques ou thermiques aux plus hautes tempéra tures, lorsque le plastique ne peut être utilisé. 7. Utilisation comme matière pour la constitution de filtres, toiles filtrantes, masses filtrantes. REVENDICATIONS 1. Procédé de production de poudre de fer à structure fibreuse, caractérisé en ce qu'un oxyde de fer à grain fin, qui est produit de façon connue en soi au moyen de grilles de pulvérisation à partir d'une solution d'attaque de déchets, est es réduit en vrac ou en morceaux, tels que boulettes, à une température entre 800 et 10000G dans une atmosphère substantiellement de S02 et exempte de CO et le produit de la réduction est refroidi à la température ambiante dans une atmosphère réductrice ou inerte et finalement broyé en poudre. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour régler la formation en fibres de la poudre de fer, on ajoute à l'atmosphère de CO jusqu'à au plus 20% d'hydrogène. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, pour renforcer la formation de fibres, l'oxyde de fer est soumis, avant le traitement de réduction, à un traitement thermique à une température d'environ 1000 à 12000G en atmosphère neutre ou oxydante. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'avant le traitement de réduction pour renforcer la formation de fibres du fer réduit, on mélange à l'oxyde de fer un adjuvant, tel que CaO au taux de 0,2 à 2%. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'atmosphère de CO est produite, de façon connue en soi, à partir d'un corps contenant du carbone, tel que charbon de bois, mélangé avec l'oxyde de fer. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on interrompt la réaction de réduction de l'oxyde de fer après dégagement d'environ 80% de l'oxygène de l'oxyde et la quantité rèstante d'oxygène est réduite ensuite par introduction d'hydrogène. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'oxyde de fer est débarrassé de ses impuretés par lavage et filtrage et ensuite séché, avant le traitement de réduction. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, pour relever la densité en vrac de la poudre de fer, celle-ci est soumise à un traitement additionnel de broyage. 9. Poudre de fer fibreuse, caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Garnitures de freins et de friction, caractérisées en ce que leur matrice est constituée par frittage d'une poudre de fer fibreuse obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.