Brevet FR2713968A1 — publié le 19950623

a' 2713968 PROCEDE DE FABRICATION DE CORPS METALLIQUES FRITTES La présente invention concerne un procédé de fabrication de corps frittés, métalliques au moins pour partie en volume ainsi que l'utilisation de poudres métalliques plastifiées pour la fabrication de tels corps frittés. La fabrication de corps métalliques de forme à partir de poudres par la technologie de frittage a atteint une grande importance économique là o il s'agit de la fabrication de pièces techniques complexes fabriquées en grande série. Dans ce cas, les poudres sont compactées par compression en ébauches manipulables et sont ensuite frittées. Selon un procédé particulier antérieur rarement utilisé jusqu'ici, une poudre métallique est versée et compactée dans un outil de formage organique qui est fritté en même temps que la poudre qui le remplit et qui est décomposé ou volatilisé dans cette opération par des températures élevées. La technique de fabrication de corps de forme métalliques frittés est élargie par l'utilisation de l'extrusion. En ajoutant par mélange des agents plastifiants à la poudre métallique, il est possible de former mécaniquement par extrusion, sous forme de marchandise au mètre, des pièces allongées, par exemple des tiges, des tubes et des profils spéciaux simples, et de les fritter en maintenant ces profils. La qualité et le domaine d'utilisation de ce procédé sont définis dans une large mesure par les agents plastifiants utilisés ainsi que par leur introduction avant le processus de façonnage et par leur dégagement avant ou pendant le processus de frittage. Selon un procédé utilisé à cet effet, des poudres métalliques plastifiées sont laminées en feuilles minces, que l'on appelle des draps métalliques, et elles sont ensuite appliquées, par exemple sous forme5 de couches superficielles, sur des composants, par exemple des rouleaux, et sont ensuite frittées sur le corps de base. Ces dernières années, des procédés mécaniques de fabrication de corps de forme métalliques frittés se sont largement élargis en raison du développement rapide du moulage de métaux par injection (metal injection molding). Le nombre croissant d'agents plastifiants et lubrifiants, qui permettent de travailler à des températures les plus diverses et selon les procédés d'introduction et d'élimination les plus divers, a pris une large part dans le progrès technique rapide de la fabrication de pièces frittées par moulage par injection, par extrusion et des procédés utilisés à cet effet. En règle générale, plusieurs matières adaptées l'une à l'autre ou se complétant quant à leurs effets sont ajoutées à la poudre métallique. L'introduction et le dégagement des produit organiques en excès s'effectuent par des procédés en une ou plusieurs étapes, en partie par des procédés thermiques, en partie par des procédés en solution. Les additifs connus actuellement peuvent être classés en général de la manière suivante: - des matières naturelles, par exemple la cellulose, des cires, des huiles, - des matières synthétiques, c'est-à- dire des matières thermoplastiques, thermodurcissables et élastomères, - des plastifiants, que l'on appelle des agents tensioactifs, - des solvants et - des durcissants. Parmi les nombreux procédés connus décrits dans les brevets pour l'utilisation d'agents plastifiants évolués, on citera ici: - le brevet européen EP-0 503 966 dans lequel une poudre, en particulier une poudre métallique, est malaxée avec 38% en volume d'un liant spécial, des pièces moulées par injection sont fabriquées de cette manière et les liants ou les agents plastifiants sont ensuite dégagés lors du frittage qui suit dans une atmosphère contenant de l'oxygène. - le brevet européen EP-0 480 107 dans lequel une poudre métallique est également malaxée avec un liant spécial, et est ainsi rendue utilisable pour une transformation en une pièce moulée par injection. C'est le but de la présente invention que de fournir un procédé de fabrication de corps métalliques, par exemple de corps métalliques frittés, au moyen de dispositifs et de procédés de façonnage qui, à la différence de l'état de la technique, ne sont pas mécanisés, en employant des poudres métalliques plastifiées, comme celles qui sont connues pour le façonnage mécanique. C'est aussi un but de l'invention que de réaliser des corps de forme ou des zones de corps de forme proches de la surface qui ne sont pas accessibles à des procédés de façonnage mécaniques pour pièces en série, en particulier aussi en raison de leur effet esthétique et de leur unicité (exemplaire seul et unique). Ce but est atteint par un procédé dans lequel une masse de poudre métallique plastifiée susceptible d'être malaxée est modelée à la main en une forme libre, non de manière prédéterminée par un outil de35 façonnage, et la masse formée est retraitée à la main dans des zones proches de la surface. L'invention consiste aussi, selon un autre aspect, en l'utilisation d'une poudre métallique plastifiée susceptible d'être malaxée pour la fabrication de corps de forme au moins partiellement métalliques, par exemple des sculptures, caractérisé en ce que les corps de forme sont modelés manuellement en formes libres, non orientées vers des buts d'utilisation, puis ils sont retraités à la main dans des zones de corps de forme proches de la surface et ils sont ensuite frittés. La notion de "mise en forme de corps façonnée à la main" désigne tous les procédés dans lesquels le corps de forme unique n'est pas fabriqué à l'aide de poudre métallique au moyen d'un outil de façonnage mécanique préformé ou dans un tel outil. Des formes de corps façonnées librement à la main incluent donc aussi la configuration de la forme de base, la configuration ultérieure de la surface ou des zones proches de la surface à la main ou au moyen d'un outil manuel, par exemple l'application de couches superficielles sur un corps de base à la spatule ou par pulvérisation. Grâce à la présente invention, un procédé qui était réservé jusqu'ici uniquement à la fabrication en grande série de pièces de forme métalliques frittées dans des outils de façonnage, est ouvert au domaine du façonnage artistique individuel. Le procédé selon l'invention, c'est- à-dire l'utilisation d'une poudre métallique plastifiée selon l'invention, permet la production de corps de forme frittés, ce qui était inconcevable par des procédés techniques mécaniques et dans des outils de formage, tant en ce qui concerne la multiplicité des formes que la configuration superficielle des formes. Le procédé selon l'invention permet en outre une multiplicité de formes et d'éléments superficiels de configuration pour des corps de forme dans lesquels il s'agit d'un effet esthétique, d'une manière qui était inconnue pour des sculptures et des formes plastiques coulées. Les différents procédés permettent des moyens de finition différents et donnent des effets esthétiques inhabituels, d'un type totalement nouveau, qui correspondent à des corps de forme métalliques frittés finis. Par rapport à des corps de forme coulés, destinés à un effet artistique, le procédé selon l'invention permet un élargissement illimité à toutes les matières métalliques. La fabrication de formes plastiques coulés est limitée en revanche à des bronzes et à des matières métalliques à bas point de fusion. Des formes plastiques artistiques en acier sont en règle générale fabriqués par forgeage d'ébauches coulées préformées. Des corps de forme fabriqués par métallurgie de frittage peuvent être fabriqués pour offrir une structure poreuse voulue, c'est-à-dire un effet superficiel caractéristique. Les pores de corps de forme fabriqués par métallurgie de frittage peuvent en outre être ensuite remplis, par exemple infiltrés, par un deuxième métal à bas point de fusion, éventuellement d'une autre couleur. Dans le procédé selon l'invention, on utilise en général des poudres métalliques plastifiées pouvant également être utilisées pour les procédés techniques décrits de l'état de la technique. Il faut dans tous les cas utiliser, à l'aide des connaissances courantes de l'homme de l'art, des critères de choix et de combinaison. Une poudre métallique qui peut être malaxée à la main doit posséder une viscosité ou une plasticité qui n'est pas toujours exigée, selon les dimensions, pour un traitement technique mécanique. Dans le cas de dispositifs et d'outils de forme mécaniques, il est possible de fabriquer des pièces de forme, à partir de poudres métalliques, aussi bien à température ambiante qu'à des températures pouvant5 atteindre environ 150. Le choix d'agents plastifiants appropriés doit être effectué en prenant ceci en compte. Pour éliminer les agents plastifiants et autres hors des corps de forme déjà formés mais non encore frittés, on utilise pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention les procédés connus de l'état de la technique. La proportion d'agents plastifiants dans la poudre métallique peut atteindre jusqu'à 50% en volume. L'élimination des agents plastifiants est alors d'une importance particulière. Des variations de forme dues au retrait pendant l'élimination de l'agent plastifiant hors du corps de forme sont inévitables, mais des fissures et des ruptures indésirables ne le sont pas. Parmi les agents plastifiants organiques et inorganiques connus, utilisables à température ambiante, on citera surtout les matières naturelles, par exemple la cellulose, les polysaccharides, les alginates, la caséine, le caoutchouc naturel, les cires, ainsi que des huiles ou des corps gras. Des matières synthétiques utilisables sont en particulier les caoutchoucs synthétiques, les silicones, les paraffines et les résines époxy, qui sont des résines résultant de la réaction de deux composants, ainsi que les combinaisons thermodurcissables de polymères et de cellulose, comme les éthers cellulosiques, la méthylcellulose, la carboxyméthylcellulose et l'hydroxéthylcellulose. Les poudres métalliques plastifiées sont de façon avantageuse traitées superficiellement, avant le malaxage et le façonnage manuel, d'une manière telle que la poudre métallique ne colle pas à la main ou aux gants en matière plastique. A cet effet, les masses plastifiées sont préparées superficiellement à l'aide de corps gras ou d'huiles, ou encore de savons. Des liants constitués de solvants aqueux ou organiques doivent être enrichis en agents lubrifiants et en substances tensioactives afin de garantir une possibilité de malaxage facile de la masse plastifiée soumise à des forces de cisaillement élevées, et pour exclure ou pour réduire la formation de fissures internes dans la masse. Un autre critère de choix des agents plastifiants est la réduction des fissures de séchage, ainsi que la possibilité de dissoudre de nouveau ultérieurement des masses séchées et de les maintenir dans un état o elles peuvent être retraitées, ainsi que la possibilité d'un lissage superficiel et d'une structuration superficielle à la fin du procédé de façonnage. Les agents plastifiants sont introduits dans la poudre métallique par agitation et malaxage, ceci étant réalisé de façcon avantageuse à l'aide de dispositifs mécaniques, par exemple des malaxeurs, lors de la fabrication de masses plus importantes de poudres métalliques plastifiées. De telles poudres métalliques plastifiées peuvent être soudées dans des feuilles étanches à l'air, et elles peuvent être stockées sous cette forme sans variation de qualité pendant des laps de temps longs, dans la mesure o n'ont pas été mélangés des agents plastifiants qui réagissent chimiquement entre eux dans les conditions de stockage, par exemple en durcissant lentement la masse. Pour la fabrication des poudres métalliques plastifiées, il est possible d'utiliser simultanément dans une certaine mesure, en plus de poudres de métaux différents, des poudres métalliques et non métalliques et des poudres de granulométries différentes. De cette manière, les possibilités de configuration et les effets de corps formés de façon correspondante peuvent5 être élargies. Le façonnage manuel de poudres métalliques plastifiées est comparable au procédé du potier, c'est-à-dire au façonnage d'une masse céramique en corps de forme et en sculptures. Dans la notion de formation manuelle de corps de forme à partir de poudres métalliques plastifiées, sont également inclus l'application de celles-ci sur un cadre de support mécaniquement stable, résistant à la température, et/ou la liaison et le façonnage commun de poudres métalliques et de corps solides métalliques ou céramiques préformés. La notion de façonnage manuel doit inclure expressément l'utilisation de dispositifs et de moyens techniques, en particulier d'un outil manuel pour le modelage d'une forme libre, mais non l'utilisation de moules ou de moules d'injection qui prédéterminent la forme du corps. Dans la notion, il faut aussi inclure en outre des procédés de façonnage dans lesquels la plasticité de la poudre métallique plastifiée est tellement faible que le façonnage à la simple force des doigts n'est plus possible et qu'il exige des instruments ou moyens techniques comme des burins, des marteaux ou des ciseaux. Il s'agit en pratique de masses plastifiées dont les résistances mécaniques sont comparables à celle de la cire de bougie ou du gypse, c'est-à-dire des résistances mécaniques qui sont largement inférieures à celles de corps de forme métalliques frittés ou coulés. De façon spécifique, la présente invention prévoit en particulier les modalités suivantes. Les agents plastifiants peuvent être éliminés par volatilisation et/ou par décomposition à des températures supérieures à la température ambiante. Des corps métalliques et/ou non métalliques peuvent être combinés avec la poudre métallique plastifiée en une forme commune. Une masse plastifiée, mécaniquement préformée, peut être retouchée ou transformée à la main dans sa forme. 10 Des zones superficielles de la masse formée peuvent être structurées à la main avec ou sans moyens techniques. Une masse de poudre métallique plastifiée qui ne peut être malaxée à la main à température ambiante, ou qui ne peut l'être suffisamment, peut être rendue déformable à la main par échauffement local ou attaque chimique dans cette zone. La masse plastifiée mise en forme à la main peut être soumise à une pulvérisation à l'aide d'un agent qui durcit chimiquement l'agent plastifiant. La forme de corps pulvérisée et durcie peut être retraitée à la main à l'aide d'outillage manuel. On va maintenant expliquer de façon plus détaillée la présente invention à l'aide d'exemples de réalisation individuels. EXEMPLE 1: On enrichit 1000 g de poudre d'acier inoxydable d'une granulométrie emballages fermés étanches à l'air. La poudre métallique plastifiée forme une masse déformable à la main, à la simple force des doigts. Le corps de forme formé à la main et finalement retraité dans des zones proches de la surface est séché pendant 24 heures à l'air. Il est ensuite manipulable avec précautions, selon le volume du corps, sans perdre ni rompre la forme de corps configurée. Pour le frittage final, le corps de forme est placé dans un lit de sable, c'est-à-dire qu'il est au moins largement entouré par du sable versé, et il est introduit dans un four de frittage. L'intérieur du four contenant de la matière à fritter est rapidement amené à une température de 120C et l'échauffement se poursuit lentement dans la plage des températures comprise entre 120 et 650'C, à une allure d'environ 10'C par heure. Il s'ensuit une durée de palier d'une heure à 650'C. A cet instant, les divers additifs organiques de la poudre métallique ont été totalement éliminés du corps de forme. Puis, la matière à fritter est rapidement élevée à une température de 1250'C et elle est frittée à cette température pendant environ une heure pour former un corps fritté solide. Le frittage s'effectue de préférence sous vide ou sous une atmosphère de gaz protecteur. EXEMPLE 2: 1l On ajoute à 1000 g de poudre de bronze d'une granulométrie - 10 g d'un solvant adapté au plastifiant. La masse métallique plastifiée préparée dans le malaxeur Sigma peut être malaxée à la main. Quant le processus de façonnage est terminé, un durcissant adapté à l'agent plastifiant est pulvérisé sur tout le corps de forme. De cette manière, la matière perd sa plasticité. La forme du corps est ainsi fixée mécaniquement. L'élimination de l'agent plastifiant et du liant hors du corps de forme, en tant qu'étape préalable d'un processus de frittage, correspond au procédé de la revendication 1. Ultérieurement, le corps de forme dont l'agent plastifiant a été totalement éliminé, est rapidement chauffé à 830'C et il est traité pendant 30 minutes pour former un corps fritté solide. EXEMPLE 3: Selon une variante de l'exemple 1, les additifs organiques décrits dans cet exemple sont ajoutés, à l'exception de l'huile d'olive et du polyméthacrylate. A leur place, on ajoute comme agent plastifiant une quantité de 10 g d'acrylate de méthyle, une matière plastique qui polymérise à froid. Après l'achèvement du façonnage, un durcissant adapté à l'acrylate de méthyle est pulvérisé sur le corps de forme. Il s'effectue une polymérisation et de cette façon une stabilisation mécanique de forme. Les étapes ultérieures du procédé d'élimination d'agent plastifiant et de frittage correspondent à celles de l'exemple 1. Revendications 1. Procédé de fabrication de corps frittés, métalliques au moins pour partie en volume, comprenant les étapes de façonnage de poudres métalliques5 enrichies en agents plastifiants, d'élimination de l'agent plastifiant et de frittage, caractérisé en ce qu'une masse de poudre métallique plastifiée susceptible d'être malaxée est modelée à la main en une forme libre, non de manière prédéterminée par un outil de façonnage, et la masse formée est retraitée à la main dans des zones proches de la surface. 2. Utilisation d'une poudre métallique plastifiée susceptible d'être malaxée pour la fabrication de corps de forme au moins partiellement métalliques, par exemple des sculptures, caractérisé en ce que les corps de forme sont modelés manuellement en formes libres, non orientées vers des buts d'utilisation, puis ils sont retraités à la main dans des zones de corps de forme proches de la surface et ils sont20 ensuite frittés. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs agents plastifiants organiques sont ajoutés à la poudre métallique. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs agents plastifiants inorganiques sont ajoutés à la poudre métallique. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les agents plastifiants sont éliminés par volatilisation et/ou par décomposition à des températures supérieures à la température ambiante. 6. Procédé selon la revendication 1 ou selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que des corps métalliques et/ou non métalliques sont combinés avec la poudre métallique plastifiée en une forme commune. 7. Procédé selon la revendication 1 ou selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'une masse plastifiée, mécaniquement préformée, est retouchée ou transformée à la main dans sa forme. 8. Procédé selon la revendication 1 ou l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que des zones superficielles de la masse formée sont structurées à la main avec ou sans moyens techniques. 9. Procédé selon la revendication 1 ou l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'une masse de poudre métallique plastifiée qui ne peut être malaxée à la main à température ambiante, ou qui ne peut l'être suffisamment, est rendue déformable à la main par échauffement local ou attaque chimique dans cette zone. 10. Procédé selon la revendication 1 ou l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que la masse plastifiée mise en forme à la main est soumise à une pulvérisation à l'aide d'un agent qui durcit chimiquement l'agent plastifiant. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la forme de corps pulvérisée et durcie est retraitée à la main à l'aide d'outillage manuel.