Brevet FR2595277A1 — publié le 19870911

Procédé'pour Ia'fabricatior d'un corps fritté imper- méable notamment aux fluides ". L'invention concerne un procédé pour-la fabrication d'un-corps fritté imperméable aux fluides, à partir d'un mélange de poudres contenant, pour sa majeure partie, des poudres métalliques.- Les pièces moulées constituées de métaux frittés sont en général poreuses en raison de leur fabrication même. La porosité constitue un avantage,- par exemple dans des filtres, ou aussi des paliers à glissement, leurs pores servant--alors desupport pour le lubrifiant. Les corps poreux ont d'autre part une solidité comparativement faible, l'action des procédés courants de durcissement habituels avec des agents dur- cissants fluides, n'est pas limitée à la surface exté- rieure, mais au contraire s'étend plus ou moins profon- dément à l'intérieur du corps et enfin la perméabilité aux:liquides et aux gaz peut limiter sensiblement le domaine d'utilisation de ces corps. Pour améliorer les propriétés, il a été proposé de remplir les pores-du corps fritté avec des substances solides à la température d'utilisation. Il est connu par exemple, par le document DE-OS 33 27 282, que l'on peut imprégner des corps frit- tés constitués par des alliages de fer, avec du cuivre, et, à cet effet, de les chauffer à environ 1 130 C alors qu'ils sont en contact avec un alliage de cuivre. L'alliage de cuivre en fusion est ici aspiré par capilla- rité dans le système de pores du corps. Le point désa- vantageux de ce procédé est l'augmentation du volume du corps imprégné, o la dispersion, comparativement impor- tante, rend nettement plus difficile la conservation de tolérances étroites. On sait aussi que l'on peut diminuer la perméabilité de corps frittés poreux par imprégnation avec une résine synthétique. Comme les résines synthéti- ques n'ont qu'une résistance limitée à la chaleur, les corps frittés, imprégnés de ces résines, ne peuvent être utilisés qu'à des températures relativement basses. En chauffant le corps imprégné avec un agent contenant du carbone, à la température de carbonisation, on obtient des corps frittés remplis de carbone qui sont, certes, résistants à la chaleur, mais qui ne sont plus imperméa- bles, au cours de la pyrolyse en raison de la dispari- tion de l'agent d'imprégnation (US-PS 3 007 822). Finale- ment, il est connu que l'on peut imprégner des corps frittés poreux, surtout pour améliorer leur résistance à la corrosion, avec des solutions aqueuses de silicates de métaux alcalins (DE-OS 1 947 963). Les défauts essen- tiels de ce procédé sont la souillure du corps fritté par l'agent d'imprégnation et l'augmentation de la per- méabilité avec la durée du stockage en raison du proces- sus de vieillissement, qui font, qu'en général, on n'obtient qu'une imperméabilité d'une durée limitée. Pour la fabrication de paliers auto-lubrifiants, il est connu que l'on peut ajouter, à un mélange de poudres de cuivre et d'étain, 1 à 3 % d'une poudre de verre à base de borosilicate de plomb, dont le point de ramollissement est d'environ 740 C, presser le mélange de poudres et fritter la pièce moulée à des tem- pératures de 780 à 820 C (powder metallurgy international, 17, 1985, 124 à 128). Le procédé est réalisé de telle façon que les corps frittés sont poreux et qu'ils absor- bent, au cours d'une imprégnation subséquente une propor- tion d'huile suffisante pour une marche a roulement à sec. En conséquence, les corps frittés fabriqués par ce pro- cédé sont plus ou moins fortement perméables aux fluides. L'invention a pour objet de réaliser un procédé pour la fabrication de corps frittés qui soient imperméables aux liquides et aux gaz, pendant une longue durée, même aux températures élevées, et sous d'importan- tes différences de pression. A cet effet, l'invention propose un procédé du type mentionné en commençant, dans lequel il est ajouté, au mélange de poudres, une substance, qui, à l'état solide, présente un coefficient de dilatation plus petit que celui du métal, qui se ramollit à la température du frittage, et qui ne dissout pas les composants du mélange de poudres, on presse ensuite, à partir du mélan- ge, les pièces moulées et les chauffe à la température de frittage. Les mélanges de poudres utilisés pour l'exécution du procédé revendiqué contiennent, comme il est courant, en règle générale, à côté des poudres métalliques telles que cuivre, bronze, aluminium, ou fer, de petites proportions d'additifs, par exemple des agents auxiliaires de pressage ou de frittage. Il est introduit, dans le mélange de poudres une substance principalement non métallique qui, à la température de frittage, pré- sente une plasticité ou une aptitude au formage la plus grande possible, dans laquelle les autres composants du mélange de poudres ne peuvent se dissoudre. Une troisième condition est le coefficient de dilatation thermique de la substance ajoutée, qui doit être plus grand que le coefficient de dilatation de la poudre métallique utili- sée. Des substances métalliques conviennent moins bien pour cet usage en raison de l'importante solubilité réci- proque. Il y a avantage à utiliser des substances miné- rales, celles qui conviennent particulièrement étant des poudres minérales ou rocheuses, en liaison avec des poudres de métaux à point de fusion élevé et de préfé- rence de la poudre de verre, dont le comportement au ramollissement peut être adapté d'une façon simple, par alliage, aux conditions qui se présentent. La quantité de substance ajoutée au mélange de poudres dépend essen- tiellement du type du métal, de la granulométrie de la poudre de métal et du taux de compactage de la poudre, un abaissement suffisant de la perméabilité sera, en règle générale, atteint avec des additions de 0,1 à 10 % en poids en particulier de 1 à 5 %. Des additions de moins de 0,1 % ne donnent pas une imperméabilité suffi- sante et des additions de plus de 10 % donneraient lieu, surtout si l'on utilise du verre, à la formation de défauts de surface par formation de soufflures. Les mélanges de poudres, grossis de la substance seront comme à l'habitude, avantageuse- ment compactes au moyen de presses à estamper ou de pres- ses à injection, sous la forme de pièces moulées que l'on chauffera à la température de frittage, l'atmosphère, la température et la durée du frittage étant déterminées, de la façon connue, par le type de métal. A la tempéra- ture de frittage, la substance devient plastique, et coule, sous l'effet de la capillarité, dans les canaux des pores dont les diamètres sont les plus faibles, qui relient toujours entre eux les pores plus grands. Au cours du refroidissement de la pièce frittée, la masse fondue durcit dans les capillaires et bloque le passage des fluides à travers le corps fritté. L'invention est basée sur cette constatation surprenante que l'on obtient des pièces frittées imperméables aux fluides, à des températures et sous des pressions élevées, au moyen de l'addition de substances, si ces substances sont inertes chimiquement, et sont fluides à la température de frittage, et, ce qui est surprenant, si elles ont un coefficient de dila- tation thermique plus petit que celui de la phase métal- lique du corps fritté. Le procédé est particulièrement simple, car il supprime les étapes d'imprégnation one- reuses. Un autre avantage réside en ce que les modifica- tions de volume des pièces fabriquées suivant l'inven- tion au cours du frittage ne diffèrent pratiquement pas des modifications du volume qui apparaissent lors du frittage de corps auxquels il n'a été ajouté aucune substance. Enfin, il n'apparait aucune souillure du corps fritté par un agent d'imprégnation qui en sorti- rait. Les pièces frittées fabriquées, suivant l'inven- tion et rendus étanches aux fluides, seront utilisés, par exemple, comme éléments hydrauliques et pneumatiques. L'invention est expliquée ci-après avec référence à des exemples. Exemple 1: 98 % de poudre d'un mélange Invar contenant 28 % de nickel, 18 % de cobalt, le reste étant du fer, sont mélangés avec 2 % de poudre de verre, gros- seur de grain maximum 0,1 mm, ce mélange est pressé, sous une pression de 600 MPa en plaquettes, et ces pla- quettes sont frittées, par chauffage à 1150 C, dans un four à longerons mobiles. Les dimensions des plaquettes étaient: diamètre 20 mm, épaisseur 1 mm. Des-plaquettes de poudre de fer pur ont été fabriquées dans les mêmes conditions. les coefficients de dilatation thermique linéaire des métaux étaient: Invar -5,1. 10 6/K, fer 11,9. 10 6/K, et les types de verre utilisés: A - 8,9. 10 6/K, B - 6. 10 6/K, C - 4,8. 10-6/K, D - 3,3. 10 6/K. Pour vérifier la perméabilité, on ú a soumis les plaquettes serrées dans un dispositif de mesure, sur une face, à une pression de 6 bars, et on a vérifié l'étanchéité à l'aide du test Nekal. _Verre Fer Invar A Etanche Non étanche B Etanche Non étanche C Etanche Etanche D Etanche Etanche Les essais montrent nettement que les pièces frittées ne sont étanches que si le coeffi- cient de dilatation de la phase verre est plus petit que celui de la phase métallique. Le coefficient de perméa- bilité de l'échantillon d'Invar avec le verre D se mon- -10 2 tait à environ 10-1 cm2/s. Exemple 2: Pour fabriquer une plaquette de 3 mm d'épaisseur et 20 mm de diamètre, on a mélangé de la poudre de fer atomisée, du commerce, avec 1 % en poids de verre dont le coefficient de dilatation thermi- que était de 6; 10 6/K, et 1 % en poids de cire comme agent lubrifiant. Ce verre avait un point de fusion de 1100 C, et une grosseur de grain maximum de 0,08 mm. Le mélange a été pressé sous une pression de 800 MPa, et les plaquettes ont été frittées, dans un four à longerons mobiles, à une température de 1250 C. Les pièces frit- tées ont été soumises à l'arrivée d'air sous pression sur une face dans un dispositif d'essai, pression 10 bars, et l'on a vérifié l'imperméabilité. La plaquette était imperméable dans ces conditions. Exemple 3: De la poudre de fer atomisée cou- rante dans le commerce, a été mélangée avec 0,4 % de graphite, 1 % de cire d'amide comme auxiliaire de pres- z sage, et 4 % de poudre de verre. Le verre avait un coefficient dedilatation thermique d'environ 4,8. 10 -6/K, un point de ramollissement élastométrique de 578 C, et contenait en plus du SiO2, environ 10 % d'oxyde de baryum et 22 % d'autres oxydes métalliques. On a pressé des anneaux d'un diamètre intérieur de 14 mm et d'une épaisseur de paroi de 2 mm, la pression se montant à 600 MPa. Ces pièces pressées ont été frittées, dans un four à bande passante, avec du gaz endothermi- que comme gaz protecteur, à 1120 C. Ces pièces pressées étaient étanches à l'azote sous 10 bars. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Procédé pour la fabrication d'un corps fritté imperméable aux fluides, à partir de mélanges de poudres contenant comme partie dominante de la poudre de métal, caractérisé en ce que l'on ajoute au mélange de poudres, une substance qui se ramollit à la température de frittage, qui ne dissout pas les poudres du mélange, et qui présente, à l'état solide, un coeffi- cient de dilatation thermique plus petit que celui du métal, presse, à partir du mélange des pièces moulées, qui sont ensuite chauffées à la température de frittage. 2 ) Procédé suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'on ajoute une substance- minérale. 3 ) Procédé suivant l'une des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on ajoute de la poudre de verre. 4 ) Procédé suivant l'une quelcon- que des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on ajoute 1 à 5 % en poids de poudre de verre. ) Procédé suivant l'une queleon- que des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la poudre de verre ajoutée a une grosseur de grains maximum de 0,2 mm. 6 ) Procédé suivant l'une queleon- que des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on utilise de la poudre de fer.