Brevet FR2606306A1 — publié le 19880513

Z606306 Procédé de préparation de matériaux à qualités de glissement, constitués de particules et/ou de poudres et/ou de fibres comme matières de départ. L'invention se rapporte à un procédé de prépara- tion de matériaux à qualités de glissement et/ou anti-fric- tion, constitués de particules et/ou de poudres et/ou de fibres comme matières de départ. Les matériaux à qualités de glissement doivent remplir essentiellement deux fonctions: d'une part, le matériau à qualités de glissement doit résister aux char- ges normales et tangentielles, ainsi qu'aux contraintes thermiques. D'autre part, il doit toujours y avoir, dans le matériau à qualités de glissement, des substances lubri- fiantes qui empêchent tout grippage des pièces en regard, même en l'absence d'huile et de graisse. Mais ceci signi- fie que le matériau à qualités de glissement doit contenir des quantités plus ou moins grandes de substances lubri- fiantes solides sous forme de métaux tendres (par exemple: Pb, Ag),de substances lubrifiantes lamellaires (par exem- ple MoS2, WS, BN), de céramiques tendres (PbO, SnO2) ou de matières plastiques (par exemple du poly(tétrafluorc éthy- lène), qui sont dissoutes ou noyées dans une matrice plus ou moins solide. Les propriétés qui peuvent être associées dans un matériau à qualités de glissement dépendent essentielle- ment du procédé de préparation. Des alliages de fonderie habituels, comme par exemple le matériau à qualités de glisement suivant la norme DIN ISO04381, n'offrent pas, en principe, la possibilité, en raison de la démixion dans la phase liquide, de contenir des substances lubrifiantes solides sous forme de dispersions. Il en va de même pour des constituants comme par exemple le polytétrafluoro- éthylène), qui n'est plus stable au point de fusion de l'alliage de fonderie. En outre, les possibilités d'aug- menter la résistance sont limitées dans ces alliages. Les procédés de frittage présentent un plus grand spectre de combinaisons possibles. Comme, dans ce cas, aucun constituant ou un petit nombre d'entre eux est fondu, on a la possibilité d'introduire, dans le matériau à qua- lités de glissement, des particules d'un type complètement étranger (par exemple MoS2). Mais pour des proportions de matières lubrifiantes solides croissantes, la cohésion de la pièce frittée diminue, car les particules de matières lubrifiantes solides incorporées ont justement pour rôle d'empêcher la liaison entre des métaux. Ceci signifie que la proportion de matières lubrifiantes solides dans des pièces frittées peut ne pas être suffisante-dans de nom- breux cas d'utilisation, en particulier dans le cas d'un fonctionnement à sec, car une grande teneur en substances lubrifiantes solides donnerait, certes, les propriétés lubrifiantes souhaitées, mais pourrait ne pas être réali- sée dans la pièce frittée. On peut, certes, fritter avec une faible teneur en substances lubrifiantes solides de ce type, mais on ne peut pas obtenir un fonctionnement à sec. Comme le processus de frittage, même si aucun constituant n'est fondu, doit s'effectuer à des températures élevées ou assez élevées, il y a également, dans ce cas, certaines limitations à la combinaison de matériaux ayant des points de fusion différents. En outre, en raison de la températu- re de frittage et de la duree du processus, il peut se pro- duire des processus de diff.sion qui peuvent donner lieu, par exemple, à la désagrégation complète de fibres de carbone. L'invention vise à pallier les inconvénients des procédés connus jusqu'ici par un procédé permettant d'ob- S tenir des matériaux à qualités de glissement ayant des propriétés inégalées jusqu'ici. Dans le cadre d'un procédé du type indiqué en tête du présent mémoire, le procédé suivant l'invention consis- te à lier les unes aux autres les matières de départ par compactage par explosion. De préférence, le procédé consiste à: - faire agir l'onde explosive indirectement sur les matières de départ à compacter; - mettre le matériau à qualités de glissement à la forme définitive sous laquelle il doit être utilisé dès le compactage par explosion; - régler l'orientation des textures des fibres et des particules; - déposer les matériaux de départ, en tant que matériaux à qualités de glissement, sur une matière de support; - utiliser les gaz et les liquides absorbés sur les matières de départ pour des réactions chimiques pen- dant le compactage par explosion; - utiliser le processus de compactage par extru- sion pour des réactions chimiques à la surface des parti- cules ou de la poudre ou des fibres; - effectuer le compactage par explosion sous vide; - dégazer et conditionner les matières de départ sous forme d'un mélange sous vide ou dans une atmosphère particulière et, ensuite, les introduire sous forme d'un mélange lâche ou d'une masse précompactée dans le proces- sus de compactage par explosion. Le procédé suivant l'invention offre l'avantage de lever les difficultés se présentant dans les procédés connus jusqu'ici et de rendre possibles des mélanges de poudres et de particules de métaux, de céramiques ou de matières plastiques avec des fibres de n'importe quel type. Les matières, c'est-à-dire les matières de départ du matériau à qualités de glissement, sont formulées sui- vant les besoins et les cas d'utilisation, sous forme de mélange de poudres ou de mélange de poudres et de fibres. On dégaze et on conditionne ces mélanges sous vide ou dans une atmosphère particulière, puis on les introduit dans le processus de compactage par explosion sous la for- me d'un mélange lâche ou d'une masse précompactée. Les paramètres du précompactage, comme par exem- ple la température, la pression, la durée et l'atmosphère, dépendent de la nature et de la composition du matériau souhaité. Les caractéristiques du compactage par explosion suivantes: - introduction d'une grande énergie d'activation aux endroits o les particules sont en contact, - rupture des couches superficielles par les on- des de pression, sont entièrement mises à profit pour la préparation de ma- tériaux à qualités de glissement: - on peut associer des matières ayant des points de fusion complètement différents, - en raison de la température basse du procédé, on n'a pas à redouter des modifications et des dommages dus à la diffusion et à une réaction chimique, - la rupture des couches superficielles augmente le nombre et la qualité de liaison entre les particules, - la grande énergie d'activation de la surface des particules permet d'obtenir des liaisons entre des matières de nature différente, liaisons qui ne peuvent pas être obtenues par des moyens purement thermiques. Le compactage par explosion a été essayé avec suc- cès sur plusieurs mélanges de matériaux à qualités de glissement. Les possibilités du procédé sont illustrées, d'une manière plus précise, sur l'exemple du mélange suivant: Constituant Point de % en % en Remarques fusion poids volume Remarques Fibre en 1400C 2 2,5 La couche de acier austé environ Cr203 empêche nitique le mouillage (diamètre par d'autres 12 ô) métau MoS Décomposi- 5 10 Lubrifiant cé- (5p) environ) tion à l'air ramique à dès 400 C structure la- environ mellaire) o tm thydroscopique Polyétra- Décomposi-+ 2 9 A peine fluoro- tion dès 2080C mouillable éthylène environ (31) environ) Plomb 327 67 57 (7.)environ) Antimoine (3,5)environ) 630. 14,5 21 Etain i (10 0) environ) 232 9,1 12 On prépare ce mélange à l'air sans le conditionner, ni le précompacter. On n'élimine pas, avant le processus de compactage, les gaz absorbés et l'eau absorbée, laquel- le est présente en grande quantité en raison de la faible dimension des particules. On ne réduit pas non plus les couches d'oxyde de chrome des fibres austénitiques. On ne peut pas comprimer ou fritter un mélange de ce type par un procédé habituel, dans lequel, en raison des métaux à bas point de fusion et de la température de décomposition du poly(tétrafluoroéthylène), la température est limitée à 2000C environ, en une pièce solide, ayant une résistance intéressante du point de vue technique. Par compactage par explosion, on obtient une dure- té de 40 HVo,1 environ. Cette dureté est même supérieure à la dureté que l'on peut obtenir pour l'alliage de base (2. 3310. DIN 1703). La liaison entre les fibres austéni- tiques et l'alliage de base a lieu également. L'élimination des couches d'oxyde de chrome, qui est une condition préa- lable à une liaison, a lieu cependant, dans un procédé purement thermique, seulement à une température supérieure à 1200 C, de sorte qu'on ne peut pas lier, par des proces- sus purement thermiques, des fibres de ce type à des mé- taux à bas point de fusion ou à des matières qui se décom- posent à basse température. On ne peut qu'illustrer la palette des matériaux à qualités de glissement qui peuvent être préparés par compactage par explosion et cette illustration ne doit en aucun cas être considérée comme exhaustive: fibres de carbone en liaison avec des matières qui ont tendance à chaud à s'absorber sur le carbone et à s'y lier, - association à n'importe quelles sortes de fibres métalliques, - fibres de matières plastique en liaison avec des métaux de n'importe quelle nature, même ceux à point de fusion élevé, - utilisation des quantités d'eau absorbées sur les particules, pour la production d'oxydes mé- talliques in situ (par exemple transformation de Pb en PbO), - production de pièces composites qui contiennent, par exemple, du soufre élémentaire ou des composés soufrés, ainsi que du molybdène, de ma- nière à produire du MO2 in situ, lors de la com- pression ou lors de l'utilisation ultérieure, - introduction de substances dures résistant à l'abrasion (par exemple WC, A1203, etc.), détermination de la direction privilégiée des fibres par la manière dont on conduit le procédé. Le compactage par explosion peut s'effectuer fonda- mentalement directement, c'est-à-dire que l'onde explosive agit directement sur les matières de départ, ou le compac- tage peut s'effectuer indirectement, par exemple avec l'interposition d'un dispositif transmettant la pression, de manière à pouvoir donner aussi à la pièce en le maté- riau à qualités de glissement des formes compliquées adé- 14 quates. La mise en oeuvre du vide pendant le compactage augmente l'efficacité des matériaux détonants et peut con- tribuer à d'autres réactions chimiques ou à empêcher des réactions chimiques indésirables. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de matériaux à qualités de glissement et/ou anti-friction, constitués de particu- les et/ou de poudres et/ou de fibres comme matières de dé- part, caractérisé en ce qu'il consiste à lier les unes aux autres les matières de départ par compactage par ex- plosion. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à faire agir l'onde explosive direc- tement sur les matières de départ à compacter. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à faire agir l'onde explosive indi- rectement sur les matières de départ à compacter. 4. Procédé suivant l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre le matériau à qualités de glissement à la forme définitive sous laquelle il doit être utilisé dès le compactage par explosion. 5. Procédé suivant l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'il consiste à régler l'orien- tation des textures de fibres et des particules. 6. Procédé suivant l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer les matières de départ, en tant que matériaux anti-friction, sur un matériau de support. 7. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à utili- ser les gaz et les liquides absorbés sur les matières de départ pour des réactions chimiques pendant le compactage par explosion. 8. Procédé suivant l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser le processus de compactage par explosion pour des réactions chimiques à la surface des particules ou de la poudre ou des fibres. 9. Procédé suivant l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer le compactage par explosion sous vide. 10. Procédé suivant l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à dégazer et à conditionner les matières de départ sous forme d'un mé- lange sous vide ou dans une atmosphère particulière et, ensuite, à les introduire sous forme d'un mélange lâche ou d'une masse précompactée dans le processus de compac- tage par explosion.