Brevet FR2619035A1 — publié le 19890210

"Procédé pour fabriquer des éléments de construction & partir de poudres métalliques ou non- métalliques" L'invention a pour objet un procédé pour fabriquer des éléments de construction à partir de poudres métalliques ou nonmétalliques comprimées de façon isostatique dans un moule déformable par voie plastique. Le façonnage peut alors être effectué par les procédés ciaprès: a) pressage axial dans des matrices d'estampage, b) pressage isostatique à froid dans des moules élastiques, c) moulage de métal par injection et, d) pressage isostatique à chaud dans des boites en tôle déformables par voie plastique ou dans des moules en céramique qui se rompent. Dans les procédés suivant a), b) et c), on travaille avec une poudre à laquelle on a ajouté une quantité de liant plus ou moins grande qui est éliminé par combustion avant l'opération de frittage qui est ici nécessaire. Par contre, dans le procédé de pressage isostatique à chaud, une poudre exempte de liant est directement comprimée à la forme finale. Cependant, il est alors nécessaire que le matériau du moule résiste aux températures élevées auxquelles il est soumis pendant l'opération de compression. Mais ces procédés de fabrication connus présentent, à côté d'avantages déterminés, certains inconvénients. Ainsi, pour le pressage axial, il faut des outils de matriçage onéreux et délicats. Les moules que l'on peut réaliser pour les ébauches de compression à réaliser sont limités en longueur dans la direction de compression, notamrent par la nécessité du déplacement des poinçons de matriçage essentiellement suivant un axe. Pour les parties d'un élément de construction qui présentent des hauteurs ou des longueurs différentes, il faut des mouvements compliqués du poinçon. En outre, les densités que l'on peut obtenir lors de la fabrication de l'élément de construction peuvent être très différentes. Avec le pressage isostatique à froid dans des moules élastiques, on ne peut fabriquer que des éléments de construction de formes relativement grossières. Les difficultés proviennent notamment des parties en dépouille des évidements de traversée et des fentes étroites de l'élément de construction. Avec le procédé de moulage de métal par injection, on peut bien sûr fabriquer, en mettant en oeuvre les outils appropriés, des éléments de construction ayant des formes très réticulées et compliquées. Il faut cependant dans ce cas une proportion de liant très élevée dans la masse à injecter. Cela implique d'autre part des temps de combustion très longs et une limitation des épaisseurs des parois que l'on doit fabriquer dans les éléments de construction. En outre, par suite de la nécessité d'avoir un seul flux d'entrée de la masse comprimée dans le moule outil à température constante, la dimension maximale de l'élément de construction est limitée. Un inconvénient est essentiellement associé au pressage isostatique à chaud en ce que la fixation du moule souhaité n'a lieu qu'à des températures élevées, c'est-à-dire que le matériau du moule doit être encore étanche et conserver sa forme à ces températures. Cette limitation implique que l'on ne peut réaliser que des 3 cgrands moules ou que l'on doit tenir compte de dépenses très élevées pour la fabrication des moules. A la base de l'invention se pose le problème d'éviter les inconvénients des procédes de fabrication connus et de proposer un procédé pour fabriquer notamment en série, des éléments de construction à partir de poudres métalliques ou non-métalliques, les étapes de ce procédé devant permettre d'opérer, avec une dépense relativement faible de moyens de fabrication, de façon précise, rationnelle et, notamment, économique. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type ci-dessus caractérisé par les étapes de procédé suivantes, dans lesquelles: - on fabrique un modèle perdu de l'élément de construction à fabriquer agrandi de la cote de retrait attendue, en un matériau soluble à la température ambiante dans un solvant, par fusion et ensuite coulée dans un moule de base divisé pouvant être réutilisé de façon répétée, ce matériau étant liquide à une température supérieure à 0lOC et se solidifiant à une température inférieure à 50 C, - on fabrique une coquille de moule par revêtement du modèle perdu avec, comme matière d'enveloppement, une matière déformable par voie plastique lors du pressage isostatique ultérieur, notamment de la cire, qui forme une coquille de moule solide à la température ambiante, on élimine de la coquille de moule le matériau du modèle perdu par lavage au moyen du solvant, - on remplit la coquille de moule avec de la poudre à laquelle on ajoute le cas échéant un liant, 2_ - on amène la coquille de moule remplie de poudre à une température appropriée pour le façonnage par pressage qui suit, - - on comprime par pressage isostatique la poudre dans le coquille de moule, - on enlève la coquille de moule de l'ébauche crue comprimée, - on élimine par combustion, le cas échéant, le liant de l'ébauche crue et on fritte l'ébauche crue. Suivant un mode de réalisation on divise le modèle perdu en plusieurs modèles élémentaires, ceux-ci étant fabriqués séparément l'un de l'autre suivant la première étape du procédé et on les assemble ensuite solidement entre eux, notamment par collage. b L'avantage particulier de l'invention consiste essentiellement, d'une part, dans la fabrication simple du moule de base divisé, utilisable de façon répétée, pour la fabrication des modèles perdus et, d'autre part, dans le cycle de fabrication fermé et sans déchets pour les modèles intermédiaires et les coquilles de modèles dont les matériaux ou matières peuvent être réutilisés. Conformément à l'invention, on propose donc finalement un procédé par lequel on peut fabriquer par compression, en plusieurs étapes de mise en oeuvre, des éléments de construction en poudres métalliques ou nonmétalliques avec une grande précision et avec une mise en oeuvre répétitive des moyens d'action utilisés, c'est-à-dire en procédant avec une utilisation répétée, aussi souvent qu'on le désire, des matériaux des modèles perdus et des coquilles de modèles. Des caractéristiques de réalisation complémentaires du procédé de fabrication suivant l'invention sont indiquées dans la suite. Le procédé suivant l'invention est décrit par étapes ci-après en se référant à un schéma fonctionnel L représenté sur la figure unique annexée. Ce procédé de fabrication se déroule comme indiqué dans la suite. Avec les méthodes usuelles de réalisation des modèles, on fabrique d'abord un modèle de base agrandi 1 pour tenir compte du retrait ultérieur, ce modèle étant en un matériau que l'on peut usiner facilement. A partir de ce modèle de base 1, on fabrique, par exemple en coulant du caoutchouc au silicone, un moule de base 2, divisé, pouvant être réutilisé de façon répétée et qui sert à fabriquer des modèles perdus 3. Pour cela, on fait fondre un matériau facilement soluble M, par exemple du nitrate de nickel qui est liquide à une température supérieure à 100'C et qui se solidifie à une température inférieure à 50'C. Le modèle perdu 3 ainsi moulé est plongé à l'état solide dans une matière d'enveloppement fondue H, notamment de la cire, qui se solidifie à la température ambiante. Cette cire conserve sa forme dans le domaine des températures ambiantes s'étendant de 15 à C environ, est suffisamment ductile entre 45 et 600C environ pour prendre sans rupture les déformations qui se produisent lors du pressage isostatique à froid et est fusible à des températures inférieures à 100 C. On a maintenant un modèle perdu enveloppé 4. A l'aide d'un solvant L, la matière M du modèle perdu 4 est éliminée par lavage et revient dans le circuit de fabrication le solvant L étant séparé et réutilisé. La coquille de moule ainsi produite, constituée en matière d'enveloppement, notamment en cire, est ensuite remplie avec une poudre P, avec laquelle l'élément de construction à fabriquer doit être constitué, ce remplissage étant effectué avec ou sans liant B. La poudre P peut aussi être une poudre céramique. Cette poudre P peut être notamment un alliage à base de nickel, un alliage à base de titane ou à base de fer. Ensuite, le remplissage F de la coquille de moule qui, pour éviter les ruptures de moule et permettre la déformation plastique a été amenée au préalable à une 2: température appropriée, est comprimé par pressage isostatique à froid dans une mesure telle que les particules de poudre soit liées entre elles de façon suffisamment solide pour la suite du façonnage, le cas échéant à l'aide d'un liant B mélangé en faibles 3'- quantités. L'ébauche crue 6 ainsi produite, encore enveloppée, est ensuite transformée en ébauche crue 6' sans enveloppe, ni coquille de moule 5 par fusion de la coquille de moule 5 ou de la natière d'enveloppe H qui revient dans le processus de fabrication. Les résidus 6 2Z619035 d'enveloppe sont ensuite éliminés de l'ébauche crue 6' par vaporisation et, en outre, le liant B est éliminé par combustion. On effectue en outre un frittage préalable. En procédant ainsi, on obtient une ébauche crue 6" dont le frittage est ensuite achevé pour obtenir l'élément de construction BT. En cas de besoin, l'élément de construction BT peut encore être comprimé après coup par pressage isostatique à chaud (élément de construction BT'). On peut munir le modèle perdu d'une couche de séparation avant la construction de la coquille de moule. Dans le cas d'utilisation d'un liant (B), la température de ramollissement de ce liant est plus élevée que la température de fusion de la coquille de moule constituée en cire. 7 2 6 12619035 REVENDICATIONS 1) Procédé pour fabriquer des éléments de construction à partir de poudres métalliques ou non- métalliques comprimées de façon isostatique dans un moule déformable par voie plastique, caractérisé par les étapes de procédé suivantes, dans lesquelles: - on fabrique un modèle perdu (3) de l'élément de construction à fabriquer agrandi de la cote de retrait attendue, en un matériau (M) soluble à la température ambiante dans un solvant (L), par fusion et 0 ensuite coulée dans un moule de base divisé (2) pouvant être réutilisé de façon répétée, ce matériau étant liquide à une température supérieure à 0l0C et se solidifiant à une température inférieure à 50 C, - on fabrique une coquille de moule (5) par revêtement du modèle perdu (3) avec, comme matière d'enveloppement (H), une matière déformable par voie plastique lors du pressage isostatique ultérieur, notamment de la cire, qui forme une coquille de moule solide (5) à la température ambiante, - on élimine de la coquille de moule (5) le matériau (M) du modèle perdu (3) par lavage au moyen du solvant (L), - On remplit la coquille de moule (5) avec de la poudre (P) à laquelle on ajoute le cas échéant un liant (B), - on amène la coquille de moule (5) remplie de poudre (P) à une température appropriée pour le façonnage par pressage qui suit, - on comprime par pressage isostatique la poudre (P) dans la coquille de moule (5), - on enlève la coquille du moule (5) de l'ébauche crue comprimée (6), - on élimine par combustion, le cas échéant, le liant (B) de l'ébauche crue (6") et on fritte l'ébauche crue (6"). 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on divise le modèle perdu (3) en plusieurs modèles élémentaires, ceux-ci étant fabriqués séparément l'un de l'autre suivant la première étape du procédé et on les assemble ensuite solidement entre eux, notamment par collage. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on comprime encore après coup par pressage isostatique à chaud l'élément de construction fritté ou terminé (BT). 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on usine encore mécaniquement l'ébauche crue (6') avant l'élimination par combustion et le frittage. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la température de ramollissement du liant (B) est plus élevée que la température de fusion de la coquille de moule (5) constituée en cire. 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 5, caractérisé en ce que la cire (H) pour la fabrication de la coquille de moule (5) conserve sa forme dans le domaine des températures ambiantes s'étendant de 15 à 30'C environ, est suffisamment ductile entre 45 et 60 C environ pour prendre sans rupture les déformations qui se produisent lors du pressage isostatique à froid et est fusible à des températures inférieures à 100'C. 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la solution obtenue par l'élimination par lavage du matériau (M) du modèle perdu (3) est ramenée dans son état initial par séparation du solvant (L) et du matériau (M),; le solvant (L) et le matériau (M) étant tous les deux reris dans le processus de fabrication. 8) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on utilise un moule de base (2) en caoutchouc au silicone. 9) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on utilise du nitrate de nickel en tant que matériau (M) pour le modèle perdu (3). ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on utilise un alliage à base de nickel en tant que poudre (P) pour la fabrication de l'élément de construction. 11) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on utilise un alliage à base de titane en tant que poudre (P) pour la fabrication de l'élément de construction. 12) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise un alliage à base de fer en tant que poudre (P) pour la fabrication de l'élément de construction. (13) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on utilise une poudre céramique en tant que poudre (P) pour la fabrication de l'élément de construction. 14) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'on munit le modèle perdu (3) d'une couche de séparation avant la - construction de la coquille de moule (5)