Brevet FR2457886A1 — publié le 19801226

La présente invention concerne l'usinage par abrasion et a notamment pour objet un mélange de poudres pour la fabrication d'outils abrasifs utilisés de préférence pour usiner par abrasion les pièces en alliages durs et en non-métaux cassants. Actuellement, pour l'usinage par abrasion de pièces en alliages durs et en non-métaux cassants, on utilise sur une grande échelle des outils abrasifs de grande résistance, fabriqués avec un mélange de poudres contenant un abrasif, par exemple des diamants, et une poudre de métal faisant office d'agglomérant. Les outils abrasifs sont fabriqués avec un tel mélange la façon suivante. L'abrasif et la poudre de métal sont mélangés, puis le mélange est versé dans une matrice. Ensuite le mélange est comprimé et maintenu à une température élevée: après quoi il est soumis à une seconde compression pour prévenir la formation de vides dans la couche abrasive de l'outil. La fabrication des outils abrasifs par ce procédé se heurte dans la pratique à de grandes difficultés, liées aux dépenses accrues d'énergie pour le chauffage du mélange de poudres jusqu'à une température élevée (de l'ordre de 700 à 8000C), nécessaire pour accélérer la diffusion entre les particules de la poudre de métal. En outre, le déroulement complet de la diffusion nécessite des dépenses de temps importantes, pour le maintie du mélange de poudres à une température élevée. Vu la nécessité de chauffer le mélange de poudres Jusqu'à une température élevée, on utilise des matrices réalisées en alliages réfractaires, ce qui augmente le prix de l'outillage. Une autre complication résulte du fait que le chauffage du mélange de poudres Jusqu'à des températures élevées ne rend possible que l'emploi de diamants thermostables en tant qu'abrasif. Seuls les diamants monocristallins répondent à cette condition, mais leur prix est élevé. Pour la raison indiquée, on ne peut introduire dans le mélange de poudres des diamants polycristallins, qui sont moins chers, mais n'o pas la thermostabilité voulue. On a déjà tenté d'éviter la nécessité de chauffer le mélange de poudres Jusqu'à une température élevée. On a notammen proposé, en vu d'abaisser la température de chauffage, d'augmenter la pression de compression (voir les descriptions des inventions faisant l'obJet des brevets nO 2 561 709 délivré aux Etats-Unis, nO 935 636 délivré en France et nO 617 741 délivré en Angleterre). Toutefois, dans la pratique, cela entratnait une destruction prématurée de la matrice, aussi fallait-il réaliser la matrice avec une épaisseur de parois accrue. De telles matrices n'ont pas reçu une grande extension, par suite de leur prix élevé et de leurs grandes dimensions. Une autre façon de réduire la température de chauffage du mélange de poudres consiste à choisir d'une manière appropri la composition des poudres métalliques entrant dans le mélange. Par exemple, selon le brevet nO 2 173 834 délivré aux Etats-Uni la substitution de l'étain au zinc dans le mélange de poudres a permis d'abaisser la température de frittage du mélange de 100 à 1500C. Une solution analogue est indiquée dans le brevet nO 501 074 délivré en Angle-terre, selon laquelle, dans le mélange de poudres, on remplace le fer par le cuivre, le laiton, le bronze et l'aluminium. Toutefois, les outils abrasifs fabriqués avec les mélanges de poudres de composition indiquée s'usent rapidement. On a aussi proposé, en vue d'abaisser la température de chauffage du mélange de poudres, de mouiller le mélange avec une solution aqueuse de chlorure de zinc. Cette solution détruit les films d'oxydes recouvrant les particules de métal et s'opposant au déroulement de la diffusion. Les certificats d'auteur d'invention nO 354 992 et 387 789 délivrés en URSS prévoient le mouillage du mélange de poudres avec des solutions de bichlorures d'étain ou de chlorur de zinc. Toutefois, quand ces mélanges de poudres sont chauffés, l'eau s'évapore et il apparait une porosité qui abaisse la résistance de l'outil abrasif. De ce point de vue, on obtient un mélange de poudres plus efficace quand, en vue de détruire les films d'oxydes recouvrant les particules de métal, on aJoute à l'abrasif et à la poudre de métal un sel en poudre-(voir brevet nO 494 300 délivré en Angleterre). Notamment, ce brevet propose le borax en tant que sel de ce genre. Toutefois, ce mélange de poudres présente lui aussi des inconvénients, consistant en ce qui suit. Puisque le sel ne peut exercer son action destructrice sur les films d'oxydes qu'à l'état liquide, son influence ne commence à se manifester qu'à partir du moment ou il fond. Ainsi, dans le cas d'utilisation du borax, ayant un point de fusion de 7410C, tant que le mélange de poudres n'atteint pas cette température, les films d'oxydes ne sont pas détruits. De surcrolt, le chauffage du mélange de poudres s'accompagne d'un accroissement des films d'oxydes sur les particules métalliques. Il s'ensuit que, pour obtenir un déroulement complet de la diffusion, il faut augmenter la durée de séjour du mélange de poudres à une température élevée, ce qui entrasse un accroissement des dépenses de temps pour la fabrication des outils et des dépenses d'énergie importantes. En outre, la viscosité du sel en fusion est telle qu'il pénètre dans les écartements de la matrice et colle ses parties constitutives entre elles, ce qui complique fortement le démontage de la matrice La densité du mélange de poudres s'abaisse par suite de la fuite du sel en fusion, ce qui provoqu un abaissement de la résistance de l'outil abrasif fabriqué avec ce mélange. Une complication supplémentaire est créée par l'action sélective du sel (borax) sur les films d'oxydes de métaux différents. Ainsi, par exemple, il détruit efficacement les films d'oxydes sur les particules d'un métal, mais agit moins bien sur les particules d'un autre métal, ce qui se traduit par un abaissement de la résistance de l'outil abrasif. Les complications indiquées ci-dessus limitent dans une mesure notable les applications des mélanges de poudres connus à la fabrication des outils abrasifs. Compte tenu des vastes perspectives offertes par l'applica tion des outils abrasifs, le perfectionnement de la composition des mélanges de poudres connus de façon à satisfaire aux besoins de plus en plus pressants est devenu un problème d'actualité. Le but de l'invention est de supprimer les complications indiquées. On s'est donc proposé de créer un mélange de poudres pou: la fabrication d'outils abrasifs, qui contiendrait des constituants tels, et en de telles proportions, qu'ils assureraient une destruction efficace des films d'oxydes recouvrant les particules métalliques et, de la sorte, intensifieraient la diffusion des métaux, et permettraient de réaliser à des températures plus basses et en un temps relativement court le frittage du mélange de poudres, tout en assurant lwobtention d'outils abrasifs de haute qualité. La solution consiste en un mélange de poudres pour la fabrication d'outils abrasifs, du type composé d'un abrasif, d'une poudre de métal et d'un constituant minéral choisi dans 1 groupe de sels contenant du chlore, du fluor et du bore, caractérisé, d'après l'invention, en ce qu'il contient encore au moins un constituant minéral choisi dans ledit groupe de sels et ayant un point de fusion autre que celui du premier, et en ce que le point de fusion du sel choisi dont le point de fusion est le plus élevé est situé dans une plage dont la limite inférieure est le point de fusion du sel choisi dont le point. de fusion est le plus bas, et dont la limite supérieure est le point d'ébullition de ce même sel, le taux des constituants choisis dans ledit groupe de sels étant de préférence de 1 à 14,5% du poids total du mélange de poudres. AJoutés au mélange de poudres, les constituants à points de fusion différents, choisis dans le groupe mentionné de sels assurent une destruction efficace des films d'oxydes recouvran les particules métalliques, à une température de chauffage moi élevée et en un temps plus court à partir du début du chauffag Ceci résulte du fait que, au cours du chauffage, c'est d'abord le constituant sel à point de fusion le plus bas qui fond et detruit les films d'oxydes recouvrant les particules métalliques. Les processus de diffusion, dans le mélange de poudres conforme à l'invention, commencent donc quand la matrice commence seulement à s'échauffer, c'est-à-dire bien plus tôt que dans le cas d'utilisation des mélanges de poudres connus pour le même usage. L'emploi de mélanges de sels à points de fusion différent permet d'élargir notablement la plage de leur température d'action, ainsi que d'intensifier leur effet de destruction des films d'oxydes recouvrant les particules des poudres de métaux. Les constituants à point de fusion plus élevé, choisis dans le groupe des sels, commenceront eux aussi à détruire plus tôt les films d'oxydes recouvrant les-particules de métal, c'est-à-dire avant le début de leur fusion, car, grâce à leur dissolution dans les sels à point de fusion plus bas, ils passeront à la phase liquide. Dans ce cas, le sel ne s'échappez pas de la matrice, car, en se dissolvant dans les sels à point de fusion plus bas, les sels à point de fusion élevé accroissent la viscosité de la solution. Grâce à l'emploi de mélanges appropriés de sels différents, les films d'oxydes recouvrant des métaux différents sont détruits plus rapidement: ce qui permet d'améliorer la frittabilité des mélanges de poudres complexes à constituants multiples. Des essais et des expériences prolongées ont permis aux auteurs de l'invention de trouver la quantité nécessaire de constituants, choisis dans le groupe mentionné de sels, devant être aJoutée au mélange de poudres. Cette quantité se situe de préférence entre 1 et 14,5% du poids total du mélange de poudres. La quantité de ces constituants dépend de la composition des poudres de métaux et du degré d'oxydation des particules de métal. L'abaissement de la quantité de sels minéraux au-dessous de la limite inférieure indiquée (1% du poids) rend les résultats instables, et son augmentation au-dessus de 14,5% du poids abaisse la tenue des outils fabriqués. Le mélange de poudres pour la fabrication d'outils peut contenir un composé du bore, choisi dans le groupe comprenant l'anhydride borique, l'acide borique et les fluoborates, sa quantité étant telle que le total, avec les constituants choisis dans le groupe mentionné de sels, se situe entre l et 14,5% du poids du mélange de poudres. Les composés du bore, par enyffie lEdde boei;ie,rarde borique oui loboratedesodiumv aJoutés au mélange de poudres permettent d'abaisser le point du fusion de l'agglomérant dans le mélange de poudres et de détruire plus rapidement les films d'oxydes recouvrant les particules de poudres de métaux. I1 est recommandé d'utiliser les composés indiqués du bore simultanément avec les constituants choisis dans le group mentionné de sels, afin d'assurer la formation d'un composé à point de fusion plus bas. Les composés du bore sont extrêmement actifs, aussi détruisent-ils bien les films d'oxydes recouvrant divers métaux. Le mélange de poudres peut avoir dans sa composition, en tant que constituant choisi dans le groupe de sels, un sel double, comprenant le constituant choisi dans le groupe comprenant le chlore, le fluor et le bore. Les sels doubles sont des minéraux fréquemment rencontré dans la nature, aussi sont-ils plus accessibles.-En outre, ils sont caractérisés par un point de fusion abaissé. Un avantage supplémentaire des sels doubles consiste en ce que, ayant dans leur composition divers ions métaux et radicaux acides, ils s'avèrent suffisamment efficaces quand ils sont aJoutés à-un mélange de poudres contenant des poudres de métaux différents. L'abaissement de la température de début de fusion des sels peut être obtenu en employant comme constituant ou constituants, choisis dans le groupe mentionné de sels, des eutectiques de sels, ou des mélanges de sels à proportion proche de la proportion eutectique, comprenant un constituant choisi dans le groupe contenant du chlore, du fluor et du bore Pour mieux illustrer l'invention, on décrit plus bas plusieurs exemples de réalisation concrets mais non limitatifs La technique générale de fabrication d'outils abrasifs avec le mélange de poudres consiste à mélanger l'abrasif, les poudres de métaux et les constituants minéraux choisis dans le groupe de sels contenant du chlore, du fluor et du bore, à verser le mélange de poudres dans une matrice, à le soumettre à une première compression à la température normale, sous une pression de 800 à 1000 kg/cm2 (compression à froid), à chauffe le mélange de poudres en commun avec la matrice, à les maintien pendant le temps prescrit à une température élevée, à soumettr le mélange à une seconde compression (compression à chaud), à refroidir la matrice et, enfin, à démonter la matrice. Ci-dessous sont décrits des exemples concrets mais non limitatifs du mélange de poudres faisant l'obJet de l'invention, pour la fabrication d'outils abrasifs. Exemple l Composition volumique du mélange Poudre de métal (mélange de poudres de cuivre et d'étain dans la proportion de 4/1) 57,5% Abrasif : diamants polycristallins à grain de 630/500 25% carbure de siliclui vert 12,5% Constituant minéral choisi dans le groupe des sels 5% La composition pondérale du constituant minéral étant Température, C Pourcentage fusion d'ébullitioi Mélange eutectique à bas point de fusion (NiC1 = 12,3 % en moles et SnCl2 = 87,7% en moles) 20 183 652 Anhydride borique 28 600 1860 Fluorure de potassium 34 856 1505 Fluoborate de potassium 18 530 900 La matrice a été chauffée avec le mélange de poudres dans un four. Grâce à la présence, dans le constituant minéral, d'ur mélange eutectique de sels à bas point de fusion (1830C), la température de chauffage, qui était de 6800C, a pu être abaissai Jusqu'à S300C. En outre, la durée de séjour de la matrice à cette température, qui était de 30 minutes, a été réduite à 15 minutes. La matrice était en acier faiblement allié, relativement bon marché. Pour la comparaison on a fabriqué un outil abrasif aux régimes indiqués (5300, 15 mn), avec un mélange de poudres ne contenant pas de sels minéraux. La tenue de l'outil s'est abaissée de 3 ou 4 fois. La fabrication des outils selon l'exemple 1, avec emploi de gros diamants polycristallins, a permis d'éviter le recours aux diamants naturels onéreux. Exemple 2 Composition volumique du mélange Poudre de métal provenant d'une réduction récente (mélange de poudres de cuivre et d'étain dans la proportion pondérale de 4/1) 61,5% Abrasif diamants polycristallins 12,5% carbure de silicium vert 254j Constituant minéral 1% La composition duconstituant minéral, choisi dans le group des sels, et les régimes de fabrication de l'outil sont analogues à ceux de l'exemple 1. L'utilisation d'une poudre de métal provenant d'une réduction récente a permis de réduire la quantité de constituant minéral à 1%. Pour un abaissement insignifiant (de 20%) de la tenue de l'outil, comparativement à celle de l'outil fabriqué selon l'exemple 1, la quantité de diamants dans l'outil a été diminuée de 2 fois, ce qui a abaissé son prix de 60%. Exemple 3 Composition volumique du mélange Poudre de métal (mélange de poudres de fer, de nickel, d'étain dans le rapport pondéral de 5/3/2) 72% Diamants 25% Constituant minéral 3% Composition pondérale du constituant minéral TemDérature, C Pourcentage de fusion d'ebulliti Mélange de borax et de fluoborate de sodium (Na2B407)=l9% en moles;; Na2(BF4)2=81% en moles 20 270 900 Chlorure double de potassium et de sodium (sel double) 80 670 1417 Grâce à l'addition du constituant minéral, la température de chauffage qui était de 8000C a été abaissée Jusqu'à 6000C, et la durée de séJour qui était de 30 minutes a été abaissée Jusqu'à 15 minutes. Les caractéristiques d'utilisation de l'outil ne se sont pas altérées. Exemple 4 Composition volumique du mélange Poudre de métal (mélange de fer, de cobalt, de cuivre, d'étain, dans le rapport pondéral de 5/2/2/1) 60,5% Diamants 25% Constituant minéral 14,5% Composition pondérale du constituant minéral Température, 0 Pourcentage de fusion d'ébullition Sel double : carnallite (KCl.MgCl2) 10 265 1412 Mélange de sels (KC1=61,4% en moles et MgCl2=38,6% en moles) 90 430 1412 La température de chauffage qui était de 8000C a été abaissée- Jusqu'à 6500C, et la durée de séJoUr qui était de 45 minutes a été abaissée Jusqu'à 20 minutes. Le pouvoir coupant de l'outil s'est accru de 30%, la résistance à l'usure s'est légèrement abaissée (de 20%). Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Mélange de poudres pour la fabrication d'outils abrasifs, du type composé d'un abrasif, d'une poudre de métal et dinuconstituant minéral choisi dans le groupe de sels contenant du chlore, du fluor et du bore, caractérisé en ce qu'il contient encore au moins un second constituant minéral choisi dans ledit groupe de sels et ayant un point de fusion autre que celui du premier, et én ce que le point de fusion du sel choisi dont le point de fusion est le plus élevé est situé dans une plage dont la limite inférieure est le point de fusion du sel choisi dont le point de fusion est le plus bas, et dont la limite supérieure est le point d'ébullition de ce même sel, le taux des constituants choisis dans ledit groupe de sels étant de préférence de 1 à 14,5% du poids total du mélange de poudres. 2. Mélange de poudres selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient un composé de bore choisi dans le groupe comprenant l'anhydride borique, l'acide borique et les fluoborates, en quantité telle que le total du composé de bore avec lesdits constituants choisis dans ledit groupe de sels se situe entre 1 et 14,5% du poids total du mélange de poudres. 3. Mélange de poudres selon l'une des revendications 1 et2, caractérisé en ce que au moins l'un des constituants choisis dans ledit groupe de sels est un sel double comprenant un constituant choisi dans le groupe contenant du chlore, du fluor et du bore. 4. Mélange de poudres selon l'une des revendications 1 et2, caractérisé en ce que au moins l'un des constituants choisis dans ledit groupe de sels est un eutectique ou un mélange de sels comprenant un constituant choisi dans le groupe contenant du chlore, du fluor et du bore. 5. Outil abrasif caractérisé en ce qu'il comporte application du mélange de poudres faisant l'obJet de l'une des revendications 1 à 4.