Brevet FR2489959A1 — publié le 19820312

La présente invention concerne un procédé de polissage d'un échantillon solide notamment d'un échantillon métallographique,selon lequel on applique ltéchan- tillon, par une face de contact, sur une paroi abrasive souple en mouvement relatif par rapport audit échantillon. L'invention concerne également l'echantillon poli conformément à ce procédé. L'invention concerne aussi un dispositif de polissage mettant en oeuvre ledit procédé. La métallurgie structurale offre de nombreux cas où l'étude des couches de surface d'un échantillon métallique est d'une importance primordiale; ces cas sont notamment - transformations physico-chimiques superficielles provoquées par échange à haute température entre le métal et l'atmosphère de chauffage (recuit, trempe etc - couches de diffusion ou de combinaison obtenues par traitement thermochimique (cémentation, nitruration, diffusion ionique etc...) - couche de protection déposée par voie chimique ou électrolytique. Malheureusement, la préparation par polissage d'une face à observer optiquement d'un échantillon est toujours très difficile car on obtient sur les bords de cette face un arrondi dû au polissage, empêchant dans la plupart des cas la mise en évidence claire des structures métallographiques intéressantes, situées au voisinage immédiat de la surface examinée en coupe. Le polissage de finition d'un échantillon métallographique préalablement enrobé est généralement effectué par frottement sous pression modérée, sur un disque tournant recouvert d'un tissu qui est humecté par la projection sur ce dernier d'une suspension aqueuse d'abrasif fin. Selon le procédé de polissage classique, pendant l'application de l'echantillon sur le disque, on fait tour o ner constamment ledit échantillon sur 360 autour d'un axe perpendiculaire à la face de contact de l'echantillon. La matière d'enrobage de l'echantillon est en général plus tendre; elle s'use donc plus rapidement que l'échantillon métallique enrobé. Par conséquent, ce dernier présente,sur la face polie, en fonction de la durée de ltopération, un relief de plus en plus proéminent et dont les bords, de plus en plus arrondis, se prêtent mal à l'observation au microscope optique, une mise au point optique sur une zone substantielle d'un bord de la face polie étant rendue impossible par la forme arrondie de ce bord. Différents moyens ont été proposés pour éviter cet inconvénient : nickelage épais, enrobage composites etc... Mais ces procédés n'apportent pas toujours les résultats espérés et, en outre, ils augmentent sensiblement les temps de préparation. C'est pourquoi, l'un des buts de l'invention est de proposer un procédé de polissage évitant la formation de cet arrondi sur une partie du bord de la face polie de l'echantillon. Ce but est atteint conformément à l'invention du fait que le mouvement relatif entre la face de contact et la paroi abrasive est principalement un mouvement de translation, moyennant quoi on obtient, après polissage, un bord à angle vif sur le côte de la périphérie de la face de contact orienté en sens inverse du déplacement de l'echantillon par rapport à la paroi abrasive. Avantageusement, afin d'éviter la formation de sillons ou stries de polissage, on imprime en outre à l'échantillon,par rapport à la paroi abrasive, un mouvement oscillant de rotation autour d'un axe perpendiculaire à la face de contact, d'amplitude angulaire inférieure à 900. Ladite amplitude angulaire est, de préférence, d'environ 450 Avantageusement, lorsqu'on utilise en tant que paroi abrasive, une paroi sensiblement plane animée d'un mouvement absolu de rotation dans son plan autour d'un centre, lors de l'application de l'echantillon sur cette paroi tournante, on imprime à ce dernier un mouvement absolu sensiblement de translation pour lequel la face de contact décrit un trajet situé à l'intérieur d'un secteur imaginaire fixe de 900 d'ouverture dont le sommet coïncide avec le centre de rotation de la paroi abrasive. Ledit trajet peut être une boucle fermée. Alternativement, on peut imprimer à l'échantillon un mouvement au cours duquel la face de contact décrit en va-et-vient un trajet sensiblement rectiligne et transversal aux rayons dudit secteur. Ce procédé est avantageusement mis en oeuvre dans un dispositif de polissage, caractérisé en ce qu'il comprend - un bâti; - un disque de polissage monté, sur le bâti rotatif autour de son axe, ce disque ayant une surface supérieure abrasive; - un moteur pour entraîner ce disque en rotation autour de son axe; - au moins un support sur lequel un échantillon peut être monté avec une partie de ce dernier dépassant dudit support; - des moyens pour solliciter ce support en direction du disque de polissage pour appliquer ladite partie dépassante de l'échantillon par une face de contact de ce dernier sur la face supérieure abrasive du disque de polissage; et - des moyens pour déplacer ledit support par rapport au bâti suivant un mouvement pour lequel la face de contact maintenue appliquée contre la face supérieure abrasive du disque, parcourt un trajet situé à l'intérieur d'un secteur imaginaire fixe ayant pour sommet le centre du disque et 900 d'ouverture angulaire. On peut utiliser un tel dispositif de polissage dans lequel le support d'échantillon est monté sur un corps intermédiaire qui est lui-même monté sur le bâti pour ne pouvoir se déplacer que suivant un axe parallèle au plan du disque, et des moyens moteurs sont prévus pour imprimer à ce corps un mouvement alternatif de coulissement suivant cet axe. Alternativement, le corps intermédiaire peut être monté sur le bâti pour pouvoir à la fois tourner autour d'un pivot fixe du bâti et se déplacer par rapport à ce pivot en translation rectiligne parallèle au plan du disque de polissage, cependant que ledit corps intermédiaire est articulé de façon excentrée sur une manivelle d'axe perpendiculaire au plan du disque, cette manivelle étant associée à un moteur pour son entraînement en rotation autour de son axe. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux comprises à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation de l'invention, description faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale à travers un échantillon poli selon l'art antérieur; - la figure 2 est une vue schématique partielle en plan d'un dispositif de polissage,n)ontrant un procé- dé de polissage selon un mode de réalisation de l'invention; - la figure 3 est une vue schématique partielle en plan d'un dispositif de polissage, montrant un autre mode de réalisation du procédé de polissage selon l'invent ion; - la figure 4 est une vue partielle en coupe longitudinale à travers un échantillon poli conformément au procédé selon l'invention;; - la figure 5 est une vue schématique en coupe montrant le positionnement d'un échantillon par rapport à l'objectif d'un microscope avec lequel on observe un bord de la face polie de l'echantillon; - la figure 6 est une vue schématique en plan d'un dispositif de polissage selon un mode de réalisation de l'invention; - la figure 7 est une vue schématique en élévation et en coupe partielle du dispositif de polissage de la figure 6; - la figure 8 est une vue schématique en plan d'un dispositif de polissage selon un autre mode de réa- lisation de l'invention; et - la figure 9 est une vue partielle en coupe verticale suivant le plan IX-IX de la figure 8. La figure 1 montre le profil que présente la face polie la d'un échantillon métallographique 1 entouré par un enrobage 2, en cours de polissage selon le procédé classique. La préparation 1, 2 possède un axe longitudinale 20 orthogonal à la face polie la. A un instant donné de l'operation de polissage on peut considérer que la face la de l'echantillon métallique enrobé 1,2,quelle que soit sa forme, présente relativement à la direction du déplacement de l'echantillon l, 2 par rapport à la paroi abrasive, un bord avant 3, exposé au mouvement rentrant" d'un complexe non rigide tissu + eau + abrasif utilisé pour le polissage, et un bord arrière 4, exposé au mouvement sortant" du même complexe abrasif. En raison de la dénivellation progressive se formant en cours de polissage, entre la matière d'enrobase 2 et l'echantillon 1 enrobé, la dynamique de déformation du complexe tissu + eau + abrasif, au voisinage du bord avant 3, comprend une faible dépression (flèches fl),sui- vie d'une forte suppression (flèches f2) agissant sur l'angle de l'echantillon métallique au niveau du bord 3. Ces phénomènes dynamiques correspondent, respectivement, à une diminution suivie d'une -augmentation de l'énergie cinétique d'abrasion, dont résulte le profil arrondi caractéristique illustré schématiquement par la figure l. Au voisinage du bord arrière 4 par contre, le contact frottant entre l'echantillon enrobé, la préparation 1, 2 et le complexe déformable tissu + eau + abrasif est caractérisé tout d'abord par une faible surpression (flèches f3) agissant sur l'échantillon métallique 1, puis par une forte dépression (flèches f4) atténuant l'énergie cinétique d'abrasion dans la traînée du bord arrière 4. De plus,les variations de l'énergie d'abrasion qui viennent d'être décrites dépendent également des effets d'inertie et de conservation du mouvement, qui tendent à contrarier la déformation du complexe tissu + eau + abrasif. La demanderesse a constaté que si, contrairement au procédé habituel de polissage, on maintient la preparation 1,2 selon une orientation constante, ou à peu près constante, par rapport à la direction F du polissage, on obtient (fig. 4) un bord avant 3 fortement arrondi et un bord arrière 4 suffisamment peu déformé pour permettre une observation en coupe des structures superficielles, dans les meilleures conditions possibles. Dans la description qui suit, la paroi abrasive utilisée est un disque tournant 5 revêtu d'un tissu Sa sur sa face supérieure, ce tissu recevant la suspension acqueuse d'abrasif. Lors de l'application de la préparation 1,2 sur la paroi abrasive 5, Sa, plutôt que de maintenir ladite préparation dans une position absolue constante, il est préférable de faire varier modérément son orientation afin d'éviter, en croisant les traits de polissage, l'apparition de sillons oude "comètes". Les meilleurs résultats sont atteints en imprimant à la préparation 1,2 un mouvement pour lequel la face de contact la se déplace en va-et-vient sur une corde 6 inscrite dans un o angle "a" de l'ordre de 45 (fig. 2) ou décrit un mouve- ment circulaire 7, également inscrit dans un angle "b" d'environ 450 (fig. 3). Les angles "ai' et "b" sont à côtés fixes et ils ont pour sommet le centre de rotation 8 du disque de polissage 5,5a.Les angles "a" et "b" déterminent un secteur imaginaire fixe coplanaire par rapport au disque de polissage 5,5a,et dont le sommet est le centre de rotation 8. Ce secteur imaginaire fixe est, bien entendu, contenu dans un secteur imaginaire fixe analogue 9 ayant un angle d'ouverture de 900. En pratique et comme le montre la figure 4, la zone du bord arrière 4 de l'echantillon metallographi- que 1, malgré l'angle vif du bord 4, présente tout de même un profil faiblement arrondi, selon un arc de grand rayon 10. Il est possible de remédier à cet inconvénient en inclinant légèrement l'axe 20 de la préparation 1,2 par rapport à la direction de l'axe ll de l'objectif 12 du microscope d'observation (fig. 5) par exemple au moyen d'une table inclinable non représentée. Les figures 6 et 7,d'une part, et 8 et 9, d'autre part,représentent deux modes de réalisations parti culiers d'un dispositif de polissage selon l'invention. Le dispositif représenté sur les figures 6 et 7 comprend - un bâti 13; - un disque de polissage horizontal 5 monté sur le bâti rotatif autour de son axe Sb, ce disque é- tant revêtu sur sa face supérieure, d'un tissu Sa humecté par une suspension aqueuse d'abrasif fin; - un moteur 14 pour entraîner ce disque 5 en rotation autour de son axe 5b; - deux supports sur chacun desquels un échantillon enrobé 15 peut être monté avec une partie 15a de ce dernier dépassant dudit support; - des moyens pour solliciter chacun de ces supportsen direction du disque de polissage 5 pour appliquer ladite partie dépassante 15a de ltéchantillon 15, par une face de contact 15b de ce dernier, sur la couche supérieure abrasive Sa du disque de polissage 5; et - des moyens pour déplacer chacun desdits supports par rapport au bâti 13 suivant un mouvement pour lequel la face de contact 15b maintenue appliquée contre la couche supérieure abrasive Sa du disque 5 parcourt un trajet situé à l'intérieur d'un secteur imaginaire fixe 9 ayant pour sommet le centre 8 du disque 5 et 90 d'ouverture angulaire; chaque support d'échantillon comprend une pièce sphérique 16 dans laquelle est fixé l'échantillon enrobé 15; la pièce 16 est fixée réglable en rotation autour de son centre dans un évidement de forme correspondante 17 ménagé à une extrémité d'un bras 18.La pièce 16 comporte une tige de manoeuvre 16a à l'aide de laquelle on peut faire pivoter cette piece 16 autour de son centre pour régler le parallélisme entre la face à polir 15b de ltéchantillon 15 et la couche su- périeure abrasive du disque 5. Lorsque ce parallélisme est obtenu, le serrage d'une vis pointeau 100 assure le blocage en position de la pièce 16 dans le logement 17. Le bras 18 est articulé,à son extrémité opposée à la pièce 16,autour de l'axe 19, sur une chape 21 d'un corps intermédiaire en forme de T, 22 s'étendant dans un plan parallèle au disque 5. Les axes 19 sont horizontaux et les chapes 21 sont prévues aux extrémités libres de la barre supérieure 22a du T, 22, tandis que ce corps en forme de T, 22 est monté axialement coulissant le long de l'axe longitudinal 22b de la barre inférieure 22c du T, 22 dans une glissière 23 du bâti 13. Ainsi le corps 22 est monté sur le bâti 13 pour ne pouvoir se dé placer que suivant l'axe 22b qui est parallèle au plan du disque 5. Des moyens moteurs sont prévus pour imprimer à ce corps 22 un mouvement alternatif de coulissement suivant cet axe 22b. Selon les figures 6 et 7, ces moyens comprennent une bielle 24 articulée, d'une part,en un point excentré 25 d'un disque horizontal 26 et,d'autre part, sur l'extrémité libre. de la barre 22c du T, 22, par 1'intermédiaire d'une fourche d'extrémité 24a de labelle 24. Le disque 25 peut être entraîne en rotation autour de son axe par un moteur 27. Sur la figure 8, les éléments analogues à ceux des figures 6 et 7 portent les mêmes références. Le mode de réalisation des figures 8 et 9 diffère de celui des figures 6 et 7 notamment par le fait que le corps inter médiaire 22 peut à la fois tourner autour d'un pivot fixe du bâti 13 et se déplacer le long de l'axe 22b de la barre inférieure 22c du T, 22. A cet effet, la barre 22c présente une rainure ou lumière longitudinale 28 dans laquelle s'engage sensiblement sans jeu transversal un galet 29 monté fou sur un axe fixe 30 du bâti 13. La barre 22c est articulée, à son extrémité libre, sur un point excentré 31 d'un disque horizontal 32 pouvant être entraîne en rotation autour de son axe 32a par un moteur non représenté. Lors de la rotation du disque 32, le corps in termédiaire 22 est animé d'un mouvement tel qu'il imprime à chacun des échantillons enrobés 15 montés à l'ex- trémité des bras 18,un déplacement de trajectoire elliptique 33 sur la face supérieure du disque de polissage 5. Chaque trajectoire 33 est inscrite dans un angle inférieur à 900 et ayant pour sommet le centre de rotation 8 du disque 5. Il faut noter que les échantillons enrobés 15 sont maintenus appliqués contre le disque 5 par un ressort non represente agissant sur le bras 18 correspondant. Il est à noter que l'axe 30 est prolongé vers le bas par une partie coaxiale de plus grand diamètre 30a, elle-même fixée au bâti 13, de sorte qu'est ménagé un épaulement annulaire horizontal 30b sur lequel repose et glisse la barre 22c. REVENDICATIONS 1. Procédé de polissage d'un échantillon solide (1;l5), notamment d'un échantillon métallographique, selon lequel on applique ltéchantillon par une face de contact (la;15b) sur une paroi abrasive souple (5,5a) en mouvement relatif par rapport audit échantillon, caractérisé en ce que ledit mouvement relatif est principalement un mouvement de translation, moyennant quoi on obtient, après polissage, un bord à angle vif sur le côte de la périphérie de la face de contact orienté en sens inverse du déplacement de l'échantillon par rapport à la paroi abrasive. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé se en ce qu'on imprime en outre à ltéchantillon (1;15), par rapport à la paroi abrasive (5,5a), un mouvement oscillant de rotation autour d'un axe perpendiculaire à la face de contact(la;15b), d'amplitude angulaire inférieure à 900. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérise en ce que ladite amplitude angulaire est d'environ 450. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise en tant que paroi abrasive, une paroi sensiblement plane (5,5a) animée d'un mouvement absolu de rotation dans son plan autour d'un centre (8), et, lors de l'application de l'echantillon (1;15) sur cette paroi tournante, on imprime à ce dernier un mouvement absolu sensiblement de translation pour lequel la face de contact (la;lSb) décrit un trajet (6;7;33) situé à l'intérieur d'un secteur imaginaire fixe (9) de 900 d'ouverture dont le sommet coincide avec le centre de rotation (8) de la paroi abrasive (S,Sa). S. Procédé selon la revendication 4, caractérise en ce que ledit trajet est une-boucle fermée (7;33). 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on imprime à l'échantillon (1;15) un mouvement au cours duquel la face de contact (la~15b) décrit en vaet-vient un trajet sensiblement rectiligne (6) et transversal aux rayons dudit secteur imaginaire (9). 7. Echantillon solide poli conformément au procédé selon l'une des revendications précédentes. 8. Dispositif de polissage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend - un bâti (13); - un disque de polissage (5) monté, sur le bâti, rotatif autour de son axe, ce disque ayant une face supérieure abrasive (5a); - un moteur (14) pour entraîner ce disque en rotation autour de son axe (5b); - au moins un support (16,18) sur lequel un échantillon (15) peut être monté avec une partie (15a) de ce dernier dépassant dudit support; - des moyens (18;19;21) pour solliciter ce support en direction du disque de polissage (5) pour appliquer ladite partie dépassante (1Sa) de l'échantillon (15) par une face de contact (15b) de ce dernier sur la face supérieure abrasive (5a) du disque de polissage (5); et - des moyens (22 à 27;22,28 à 32) pour déplacer ledit support (16,18) par rapport au bâti (13) suivant un mouvement pour lequel la face de contact (15b) maintenue appliquée contre la face supérieure abrasive (5a) du disque (5) parcourt un trajet (6;33) situé à l'intérieur d'un secteur imaginaire fixe (9) ayant pour sommet le centre du disque (8) et 900 d'ouverture angulaire. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le support d'échantillon (16;18) est monté sur un corps intermédiaire (22) qui est lui-même monté sur le bâti (13) pour ne pouvoir se déplacer que suivant un axe (22b) parallèle au plan du disque (5), et des moyens moteurs (24 à 27) sont prévus pour imprimer à ce corps (22) un mouvement alternatif de coulissement suivant cet axe (22b). 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le support d'échantillon (16,18) est mon té sur un corps intermédiaire (22) qui est lui-même monté sur le bâti (13) pour pouvoir à la fois tourner autour d'un pivot fixe (29,30) du bâti et se déplacer par rapport à ce pivot en translation rectiligne parallèle au plan du disque de polissage (S),et ce corps intérmédiaire (22) est articulé (31) de façon excentrée sur une manivelle (32) d'axe (32a) perpendiculaire au plan du disque (5), cette manivelle étant associée à un moteur, pour son entraînement en rotation autour de son axe (32a). 11. Dispositif selon- l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'échantillon (5) est fixé sur son support (18) par l'intermédiaire de moyens (16, 17, 100) permettant le réglage de l'orientation de l'échantillon par rapport audit support. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens de fixation comprennent un élément de forme sphérique (16) destiné à recevoir l'échantillon (5), un évidement de forme correspondante (17) ménagé dans le support (18) et logeant l'élément sphérique (16) et des moyens (100) pour le blocage de l'élément sphérique (16) dans l'évidement (17).