Brevet FR2741554A1 — publié le 19970530

Pièce composite et son procédé de fabrication La présente invention concerne une pièce composite formée d'une structure de base faiblement ou non conductrice et d'un matériau de renfort à base essentiellement de métaux ou d'alliages de métaux recouvrant au moins partiellement la structure de base. Les pièces composites, en particulier celles réalisées en résine de synthèse, sont de plus en plus répandues en raison de leur faible coût et de leur rapidité et leur facilité de mise en oeuvre. Ainsi, aujourd'hui, les moules destinés à la fabrication de pièces prototypes pour des préséries ou des séries sont réalisés en de telles matières. Toutefois, de telles matières présentent de réels inconvénients. Ainsi, par exemple, dans le cas d'une application de ces matières à la fabrication de moules, on constate que la durée de vie des moules est limitée du fait d'une faible résistance du moule aux agents démoulants, d'une dureté insuffisante, d'une mauvaise résistance aux solvants de nettoyage et d'une faible résistance aux chocs et aux rayures. Pour pallier ces inconvénients, des techniques de métallisation desdits moules ont été mises au point. Ainsi, certains moules prototypes sont fabriqués en projetant une poudre aluminium/zinc sur un contre moule. La méthode utilisée est appelée "schupage". Le moule est ensuite bourré de résine pour le renforcer avant le démoulage. Cette méthode est rapide et peu onéreuse. Toutefois, du fait d'une projection métallique, cette méthode ne peut s'appliquer qu'à des moules de forme simple et sur des surfaces lisses. En outre, c'est une méthode bruyante. La qualité de surface obtenue est relativement médiocre du fait de la présence de nombreuses porosités. Une autre technique consiste à enduire au pistolet le moule en résine d'une peinture argentée comme cela est décrit dans le brevet FR-A-2.695.412. Celle-ci rend la matière constitutive du moule conductrice et permet la métallisation de sa surface par voie humide. Là encore, la technique est rapide et peu chère. Toutefois, les principaux défauts de cette technique sont une adhérence faible de la couche métallique sur le support, une faible pénétration et une faible reproductibilité des détails de surface. La métallisation en bain, qui constitue une autre méthode de métallisation par voie humide, est également largement utilisée. Dans ce cas, les pièces sont immergées dans une série de bains de manière à permettre le recouvrement des surfaces par une couche métallique. La technique offre une bonne reproductibilité des surfaces et une adhérence assez bonne pour de faibles épaisseurs. Toutefois, le nombre de bains nécessaires est élevé, ce qui rend la mise en oeuvre de la technique onéreuse et complexe. L'adhérence reste faible pour des épaisseurs importantes et pour des températures supérieures à lOO'C. Le but de la présente invention est de proposer des pièces composites qui, tout en offrant les avantages de coût et de facilité de mise en oeuvre des pièces réalisées en matière synthétique, présentent une résistance et une solidité en surface égales à celles de pièces métalliques. Un autre but de la présente invention est de proposer une pièce composite métallisée à moindre coût avec une qualité d'adhérence métal/structure de base très bonne. L'invention concerne à cet effet une pièce composite formée d'une structure de base faiblement ou non conductrice et d'un matériau de renfort à base essentiellement de métaux ou d'alliages de métaux, recouvrant au moins partiellement la structure de base, caractérisée en ce que la zone superficielle de la structure de base, dite zone de jonction entre la structure de base et le matériau de renfort, est constituée d'un mélange incorporant au moins un liant, tel qu'une matière synthétique thermodurcissable, et une charge granuleuse à base essentiellement de grains de métaux ou d'alliage de métaux, cette zone de jonction étant soumise à un traitement mécanique superficiel, tel qu'un sablage ou un décapage, pour mettre au moins partiellement à nu des grains de la charge qui servent de moyens d'accrochage du matériau de renfort lors du dépôt de ce dernier. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le mélange liant/charge est réalisé de manière telle que la charge représente entre 40 et 50 % du volume total charge + liant. Le poids de la charge est compris entre 80 et 90 % du poids du liant. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une pièce composite, caractérisé en ce qu'on fabrique une structure de base dont au moins une zone superficielle dite zone de jonction entre la structure de base et le matériau de renfort est formée d'un mélange liant thermodurcissable/charge granuleuse métallique, en ce qu'on traite mécaniquement la surface de ladite zone de jonction pour mettre au moins partiellement à nu les grains de la charge incorporés dans ledit liant et en ce qu'on dépose sur ladite zone ainsi traitée au moins une couche d'un matériau de renfort venant s'accrocher aux grains de ladite charge. Selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé, on dépose sur un modèle de la pièce à mouler une couche d'un mélange liant/charge puis, avant ou après démoulage de ladite couche, on renforce cette couche au moyen d'une structure de base à base essentiellement de matière synthétique, telle qu'une résine, on traite mécaniquement la surface de ladite couche formée du mélange liant/charge et on métallise par voie humide ladite surface ainsi traitée. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure l représente une vue en coupe de la structure de base de la pièce composite avant traitement mécanique superficiel de sa surface, la figure 2 représente une vue en coupe de la pièce composite après traitement mécanique de sa surface et la figure 3 représente une vue en coupe de la structure de la pièce composite après dépôt du matériau de renfort. La pièce composite, objet de l'invention, est formée d'une structure de base l faiblement ou non conductrice devant être revêtue au moins partiellement d'un matériau de renfort 3 à base essentiellement de métaux ou d'alliages de métaux. Pour assurer une adhérence suffisante entre le matériau de renfort 3 et la structure de base 1, il est nécessaire que la zone superficielle 2 de la structure de base 1 destinée à recevoir le matériau de renfort soit réalisée de manière appropriée. Pour ce faire, la zone superficielle de la structure de base, constituant la zone de jonction structure de base/matériau de renfort et destinée à recevoir le matériau de renfort, est constituée du mélange d'au moins un liant, tel qu'une matière synthétique thermodurcissable, et d'une charge granuleuse à base essentiellement de grains de métaux ou d'alliage de métaux.Un grand choix est offert en ce qui concerne le liant utilisé. Toutefois, à titre préférentiel, le liant sera constitué par une résine bi-composants. La résine sera choisie en fonction de sa viscosité, de sa dureté, de sa résistance à la température et de son retrait lors de la polymérisation. Un bon liant sera un liant dont la viscosité sera inférieure à 2000 mpsa, dont la dureté sera supérieure à 80 shores D, dont la résistance à la température sera supérieure à 1200C et qui présentera en outre de bonnes résistances à la rupture, à la compression et aux solvants. Les liants répondant à cette définition sont par exemple des résines époxy. La charge métallique utilisée peut également être diverse. Les métaux préférés seront le cuivre, le nickel et le fer du fait qu'ils peuvent être par la suite métallisés sans inconvénient par un procédé de métallisation par voie humide. Parmi ces trois métaux cités, le cuivre offre le meilleur rapport qualité-prix. La granulométrie de la charge sera de préférence comprise entre 10 et 40 microns. En effet, on constate qu'une charge, dont les éléments constitutifs se présenteraient sous forme d'éléments pulvérulents à granulométrie trop faible, se mélangera en quantité moindre et augmentera les microporosités. A l'inverse, une granulométrie trop forte risquerait de nuire à la finesse de la métallisation en générant des grains trop grossiers en surface. Toutefois, le grain doit être suffisamment gros pour que l'adhérence du métal sur la résine soit la meilleure possible. La granulométrie de la charge demeure un paramètre important qui définit la qualité de finition, l'adhérence et l'amorçage de la métallisation. De préférence, les grains seront choisis sphériques pour augmenter la densité du métal dans la résine. Le mélange liant/charge est réalisé de manière telle que la charge représente entre 40 et 50% du volume total charge + liant. Le poids de la charge est quant à lui compris entre 80 et 90 % du poids du liant. Le mélange est ensuite placé sous vide pour éliminer la majorité des micro-bulles présentes. Ce mélange sera par la suite disposé à la surface de la structure de base à recouvrir. Généralement, la zone de jonction 2 structure de base 1/matériau de renfort 3 se présente sous forme d'une couche d'épaisseur au plus égale à 1,5 mm. Dans le cas où la pièce composite est destinée à constituer l'un des éléments d'un moule, on procède de la manière suivante : on choisit un modèle correspondant à la pièce à mouler, on recouvre ce modèle du mélange liant/charge de telle sorte que l'épaisseur dudit mélange soit au plus égale à 1,5 mm. Une fois le mélange polymérisé, la pièce est démoulée. Les éléments du moule ainsi récupérés subissent un bétonnage au moyen d'une structure de base formée essentiellement de matière synthétique, telle qu'une résine, pour renforcer la structure dudit moule puis un étuvage pour augmenter la résistance à la température.Il est à noter que ce bétonnage peut être réalisé avant démoulage de la couche de mélange liant/charge. On obtient ainsi un ensemble formé essentiellement d'une structure de base constituée essentiellement d'une résine éventuellement et de charges quelconques et d'un mélange disposé en surface de la structure de base en un endroit devant être recouvert par le matériau de renfort. Les pièces en particulier les moules, ainsi obtenus sont conformes à ceux représentés à la figure 1. Toutefois, à ce stade, le matériau de renfort ne peut toujours pas être déposé à la surface de la structure de base car cette structure de base n'est pas suffisamment sensible pour permettre une adhérence suffisante du matériau de renfort et une résistance à une température élevée sans engendrer un décollement du matériau de renfort. Il convient donc de préparer la surface de la zone superficielle de jonction de la structure de base destinée à recevoir le matériau de renfort de manière à la sensibiliser à la réception de ce matériau de renfort. Pour ce faire, cette zone à recouvrir est soumise à un traitement mécanique superficiel, tel qu'un sablage ou un décapage, pour mettre au moins partiellement à nu des grains de la charge qui serviront de moyens d'accrochage du matériau de renfort lors du dépôt de ce dernier.Après traitement mécanique, la surface de la structure de base obtenue est conforme à celle représentée à la figure 2. Le traitement mécanique permet de dégager les grains 4 en surface du liant. Cette opération mécanique peut être constituée par un sablage, par exemple avec des charges dures, telles que du corindon blanc. Le sablage peut être de type humide ou sec selon la qualité de finition requise. On s'assure que l'opération de sablage est terminée uniquement par un contrôle visuel. En effet, le changement de couleur doit être uniforme à la fin du décapage. Les grains de métal ainsi mis à nu vont servir d'amorces à la métallisation. En effet, le matériau de renfort métallique 3, qui va être déposé lors d'opérations ultérieures, viendra se fixer à la structure de base grâce à la présence de ces grains métalliques 4. Grâce à une telle mise en oeuvre, il est possible de traiter n'importe quelle surface indépendamment de son profil, que ce profil soit simple ou complexe, et d'obtenir une adhérence particulièrement importante entre le matériau de renfort 3 et la structure de base 1 malgré leur incompatibilité en terme de composition. Le dépôt du matériau de renfort 3 sera généralement réalisé par voie humide. C'est ce matériau de renfort qui assure la métallisation de la pièce composite. Des techniques de métallisation du type de celles décrites dans l'introduction de la présente demande pourront être retenues. Il existe trois grandes familles de procédés de métallisation par voie humide. La première famille concerne les procédés de métallisation par déplacement chimique du métal à déposer à partir d'un de ses sels, généralement en solution. La seconde famille consiste en un procédé par immersion à chaud dans un métal fondu, La troisième famille concerne les procédés de métallisation par revêtement électrolytique. Dans le cas de la présente invention, l'un quelconque des procédés précités pourra être utilisé.Le matériau de renfort est constitué d'une ou plusieurs couches de métaux, la ou les couches étant obtenues par des opérations du type cuivrage et/ou nickelage et/ou chromage. Généralement, lorsque la charge métallique, incorporée dans le liant, est une charge à base de cuivre, les opérations de métallisation successives, qui prendront place après le traitement mécanique superficiel, consisteront en un cuivrage puis en un nickelage et enfin en un chromage. Généralement, le cuivrage et le nickelage seront réalisés chimiquement au moyen de solutions de cuivrage et de nickelage appropriées disponibles commercialement, tandis que le chromage sera réalisé électrolytiquement. A titre d'exemple, le nickelage chimique pourra être réalisé par immersion de la pièce dans un bain chaud à base d'une solution de divers sels de nickel. Ces sels de nickel subiront la réduction d'un hypophosphyte alcalin en présence d'un catalyseur et de stabilisants. Dans le cas du procédé de fabrication du moule précité, une fois les éléments du moule démoulés, les surfaces du moule, correspondant en particulier aux surfaces délimitant la cavité de moulage de ce moule, subiront un traitement mécanique superficiel du type de celui décrit ci-dessus, (décapage ou sablage) puis seront immergées par exemple dans des bains pour subir les opérations de métallisation de la surface ainsi préparée. Grâce à la mise en oeuvre d'un tel procédé, on obtient un moule métallisé en moins d'une semaine. L'épaisseur de métal déposé peut atteindre l/lOème et plus. L'adhérence est parfaite du fait d'une jonction métal/métal-résine. Le dépôt résiste à une température de 230-C sans se décoller et peut même résister à une température supérieure si la résine le permet. Grâce à un tel procédé, on reproduit finalement toute surface plane, grainée, etc.. La mise en oeuvre d'une telle préparation de la surface de la structure de base élimine tous les procédés de projection thermique, de peinture conductrice utilisées à ce jour dont les qualités d'adhérence du matériau de renfort ainsi déposé sont loin de donner toute satisfaction. REVENDICATIONS 1. Pièce composite formée d'une structure de base (1) faiblement ou non conductrice et d'un matériau de renfort (3) à base essentiellement de métaux ou d'alliages de métaux, recouvrant au moins partiellement la structure de base (1), caractérisée en ce que la zone superficielle (2) de la structure de base (1), dite zone de jonction entre la structure de base (1) et le matériau de renfort (3), est constituée d'un mélange incorporant au moins un liant, tel qu'une matière synthétique thermodurcissable, et une charge granuleuse à base essentiellement de grains de métaux ou d'alliage de métaux, cette zone de jonction (2) étant soumise à un traitement mécanique superficiel, tel qu'un sablage ou un décapage, pour mettre au moins partiellement à nu des grains (4) de la charge qui servent de moyens d'accrochage du matériau de renfort (3) lors du dépôt de ce dernier. 2. Pièce composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que le mélange liant/charge est réalisé de manière telle que la charge représente entre 40 et 50% du volume total charge + liant. 3. Pièce composite selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le poids de la charge est compris entre 80 et 90 % du poids du liant. 4. Pièce composite selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le liant est une résine époxy et la charge du cuivre. 5. Pièce composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau de renfort (3) qui assure la métallisation de la pièce composite est déposé par voie humide. 6. Pièce composite selon la revendication 5, caractérisée en ce que le matériau de renfort est constitué d'une ou plusieurs couches, la ou les couches étant obtenues par des opérations du type cuivrage et/ou nickelage et/ou chromage. 7. Pièce composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que la zone de jonction (2) structure de base (1)/matériau de renfort (3) se présente sous forme d'une couche d'épaisseur au plus égale à 1,5 mm. 8. Pièce composite selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle constitue un moule métallisé dont la partie de la structure de base (1) qui est recouverte par un matériau de renfort (3) est au moins constituée par la surface délimitant la cavité de moulage. 9. Procédé de fabrication d'une pièce composite, notamment d'un moule métallisé selon la revendication l, caractérisé en ce qu'on fabrique une structure de base (1) dont au moins une zone superficielle (2), dite zone de jonction entre la structure de base et le matériau de renfort, est formée d'un mélange liant thermodurcissable/charge granuleuse métallique, en ce qu'on traite mécaniquement la surface de ladite zone de jonction (2) pour mettre au moins partiellement à nu les grains (4) de la charge incorporés dans ledit liant et en ce qu'on dépose sur ladite zone ainsi traitée au moins une couche d'un matériau de renfort venant s'accrocher aux grains de ladite charge. 10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on dépose sur un modèle de la pièce à mouler une couche (2) d'un mélange liant/charge, en ce que, avant ou après démoulage de ladite couche, on renforce cette couche au moyen d'une structure de base (1) à base essentiellement de matière synthétique, telle qu'une résine, en ce qu'on traite mécaniquement la surface de ladite couche formée du mélange liant/charge et en ce qu'on métallise par voie humide ladite surface ainsi traitée.