Brevet FR2768436A1 — publié le 19990319

! MATERIAU ET PROCEDE DE FABRICATION DE CE MATERIAU L'invention concerne un matériau qui offre un bon amortissement matériel et une bonne résistance à la traction et qui est fabriqué à partir d'un matériau de base globalement métallique et d'une deuxième phase, ainsi qu'un procédé de fabrication de ce matériau. La grande accélération de pièces mécaniques mobiles provoque des oscillations gênantes dans un large spectre de fréquences. Les charges vibratoires élevées dans les systèmes oscillants conduisent à de longs temps morts dus à de longs phénomènes transitoires et limitent la durée' de vie des éléments sollicités. Un autre problème est le bruit dû aux oscillations.15 En raison de leur grande résistance, de leur faible poids et de leurs bonnes propriétés par rapport à la corrosion, les métaux et les alliages ont un large champ d'application. Cependant, ils n'offrent généralement qu'un faible amortissement et c'est pourquoi on utilise20 en plus des matériaux spéciaux d'amortissement. La plupart du temps, il s'agit alors de matières plastiques, ce qui entraîne une restriction des possibilités d'utilisation lorsque la température dépasse leur point de fusion et lorsque la place disponible est limitée. La25 fonte grise ou le magnésium pur offrent certes un plus grand amortissement mais ils ont par contre une résistance limitée. On connaît par US 4 946 647 des matériaux métalliques constitués d'un matériau de base et d'une deuxième phase en graphite. Cependant, la résistance à la traction de ces matériaux est au maximum de 190 MPa, c'est-à-dire nettement inférieure à celle du matériau de base, et l'allongement à la rupture est au maximum de 4 %, même si de l'aluminium pur est utilisé comme matériau de base. Ces valeurs caractéristiques mécaniques 2 montrent que, pour ces matériaux, l'amortissement matériel est lié à une perte drastique de résistance et qu'ils ne conviennent donc pas à une utilisation comme matériau de structure.5 L'objet de la présente invention est de proposer un matériau, constitué d'un matériau de base globalement métallique et d'une deuxième phase, qui a un amortissement matériel accru dès les petites amplitudes d'oscillations mais qui a une si grande résistance à la10 traction et un si grand allongement à la rupture qu'il peut être utilisé comme matériau de structure. Pour résoudre ce problème, un matériau du type' décrit en introduction est caractérisé selon l'invention par le fait que la deuxième phase introduite dans le15 matériau de base est métallique et comporte au moins partiellement une structure martensitique. Le matériau selon l'invention a des propriétés d'amortissement élevées dès les petites amplitudes d'oscillations. Un autre avantage est que la deuxième20 phase partiellement martensitique n'influence pas négativement les valeurs caractéristiques mécaniques du matériau de base, si bien que le matériau peut aussi être utilisé comme matériau de structure. Il s'est aussi avéré que le matériau selon l'invention n'implique aucune25 limitation du choix de la forme extérieure de la deuxième phase, le matériau pouvant ainsi être facilement adapté à différentes exigences. De préférence, la deuxième phase comprend un alliage. L'utilisation d'un alliage de nickel et de titane a une bonne influence sur l'amortissement matériel lorsque ces composants d'alliage sont mélangés dans une proportion de 48 à 52 % atomique, notamment lorsque l'alliage contient 49,9 % atomique de nickel et 50,1 % atomique de titane. Ces composants de l'alliage ne sont à35 voir que comme des valeurs préférées et non comme une 3 restriction de l'invention. On obtient une autre augmentation de l'amortissement matériel si la deuxième phase, pour la stabilisation de la phase martensitique et pour l'adaptation à des5 conditions d'exploitation, contient de préférence des composants ajoutés dans une proportion allant jusqu'à % atomique. Ces limites de proportion préférées ne sont pas non plus à voir comme une restriction, de même que le choix des composants ajoutés qui peuvent être10 avantageusement du zirconium, de l'hafnium, du cuivre, du niobium, du manganèse, du palladium, du platine et du fer. La stabilisation de la phase martensitique peut aussi être renforcée par un traitement préalable de la deuxième phase, par exemple en effectuant une déformation15 de la deuxième phase ou une homogénéisation des composants de l'alliage. La deuxième phase peut avoir la forme de particules, de fils, de fibres courtes et peut être présente sous forme de couche dans le matériau de base, de telle sorte20 que le matériau est ainsi adapté de préférence au maximum aux exigences prescrites de l'extérieur. Ce résultat est aussi obtenu en faisant varier la proportion de la deuxième phase dans le matériau total selon les propriétés souhaitées, de préférence entre 5 et 60 %25 volumétrique. Ici aussi, il ne s'agit pas d'une restriction de l'invention. Pour pouvoir garantir au mieux lors de l'amortissement le transfert de charge nécessaire du matériau de base à la deuxième phase, il est avantageux30 que la deuxième phase forme à la surface limite par rapport au matériau de base une combinaison avec celui-ci. La deuxième phase métallique avec une structure au moins partiellement martensitique à l'intérieur du matériau de base permet de satisfaire aux exigences 4 d'amortissement du matériau grâce à la seule deuxième phase tandis que la résistance à la traction et l'allongement à la rupture sont déterminés avant tout par le matériau de base. Pour cette raison, le matériau de5 base peut être choisi comme matériau de structure pour n'importe quelle exigence. En raison des propriétés mécaniques, le matériau de base est toutefois avantageusement un métal léger ou un alliage léger, l'alliage d'aluminium EN AW-6061 selon DIN EN 573 étant10 préféré ici. Mais il peut aussi exister des cas dans lesquels des résistances accrues sont nécessaires et dans lesquels on utilise alors des matériaux de base qui ont différentes structures ou qui, en tant que matériaux composites, ont au moins une troisième phase de15 renforcement. Un traitement thermo-mécanique adapté au matériau de base conduit aussi à une augmentation avantageuse de la résistance du matériau de base. La suite de la description se rapporte à la partie concernant le procédé de fabrication d'un matériau selon l'invention. Le procédé selon US 4 236 925 permet de fabriquer des matériaux qui comportent une deuxième phase en graphite, en plomb ou en magnésium et qui présentent un amortissement matériel accru. Cependant, le procédé de25 fabrication doit être tel que, après une étape supplémentaire du procédé pendant laquelle le matériau est soumis à une déformation plastique, la deuxième phase est présente sous forme de fuseau et le matériau est chauffé lors d'une autre étape au-delà de la température30 de recristallisation du matériau de base. L'objet de la présente invention est aussi de proposer un procédé de fabrication d'un matériau, offrant un bon amortissement matériel et une bonne résistance, qui est mis en oeuvre sans étapes opératoires complexes35 supplémentaires. Ce problème est résolu selon l'invention en consolidant un mélange d'un matériau de base présent sous forme de poudre et d'une deuxième phase par un traitement thermique à une température comprise entre 400 C et5 700 C et à une pression comprise entre 1 000 et 3 000 bars. Ce faisant, la durée de durcissement peut valoir entre 1 et 6 heures. Une mise en oeuvre de la consolidation à 540 C, 2 000 bars et 2 heures de durée10 de durcissement donne toutefois les meilleurs résultats. Ceci est aussi valable pour le choix de la nature des états de départ pour le matériau de base et pour la deuxième phase lorsque le matériau de base est utilisé comme matériau atomisé dans du gaz inerte. Dans la mesure15 o le choix de la forme extérieure de la deuxième phase l'autorise, la deuxième phase est aussi présente sous cette forme de préparation. Une étape avantageuse du procédé est le dégazage du mélange formé par le matériau de base et la deuxième phase avant que celui-ci soit20 consolidé. Cette consolidation peut s'effectuer par compression isostatique à température élevée, par frittage, par filage ou par forgeage. Selon une autre solution, la fabrication du matériau selon l'invention est aussi possible en amenant la deuxième phase au matériau de base présent sous forme fluide. Lors de l'introduction de la deuxième phase dans le matériau de base fluide, il est avantageux, pour protéger la deuxième phase, de munir celle-ci éventuellement d'un30 revêtement afin d'empêcher une réaction trop violente avec le matériau de base. Dans les deux procédés de fabrication selon l'invention, la deuxième phase peut être introduite sous différentes formes. Elle est avantageusement présente35 sous forme de particules, de fils, de fibres courtes ou 6 de couches. Dans une étape préférée, on prépare la deuxième phase avant la consolidation afin de stabiliser la phase martensitique. Il peut s'agir là de déformer la deuxième phase ou d'homogénéiser les composants de la5 deuxième phase dans celle-ci. Les procédés de fabrication du matériau n'exigent aucune étape critique pendant laquelle la deuxième phase devrait être amenée à une forme extérieure déterminée. Pour présenter un amortissement matériel élevé, le10 matériau n'a donc pas besoin d'être chauffé lors d'une étape supplémentaire à une température supérieure à la température de recristallisation du matériau de base. On détaille ci-dessous l'invention à l'aide d'un exemple de réalisation qui en donne d'autres particularités, caractéristiques et avantages. Dans une conception du procédé selon l'invention pour la fabrication du matériau, on utilise une poudre atomisée dans de l'argon et constituée de l'alliage d'aluminium EN AW-6061, selon DIN EN 573, avec une taille20 de particules inférieure à 45 pm et une poudre de nickel et de titane fabriquée de la même manière avec une taille de particules inférieure à 180 pn et avec une combinaison de 49,9 % atomique de nickel et 50,1 % atomique de titane. Le mélange de poudres placé dans des capsules25 contient 10 % volumétrique de poudres de nickel et de titane, le reste étant de la poudre de l'alliage d'aluminium EN AW-6061. Pour éviter des pores contenant du gaz, le mélange est dégazé à température ambiante et la capsule est fermée pour être étanche au gaz. La30 consolidation du matériau s'effectue par compression isostatique à température élevée pendant deux heures à une pression de 2 000 bars et à une température de 540 C. Dans un matériau fabriqué selon ce procédé, les particules de nickel et de titane sont réparties de 7 manière homogène dans l'alliage d'aluminium EN AW-6061. La résistance à la traction de ce matériau correspond à celle d'un matériau fabriqué par compression isostatique à température élevée et constitué seulement de l'alliage d'aluminium EN AW-6061. En outre, le matériau a un allongement à la rupture supérieur à 10 %, ce qui permet une utilisation comme matériau de structure. On dégaze à froid et/ou à chaud le mélange de matériau de base et de la deuxième phase avant la consolidation. REVEND ICAT IONS 1. Matériau offrant un bon amortissement matériel et une bonne résistance à la traction et constitué d'un matériau de base globalement métallique et d'une deuxième phase, caractérisé en ce que la deuxième phase est métallique et comporte au moins partiellement une structure martensitique.10 2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième phase comprend un alliage. 3. Matériau selon la revendication 2, caractérisé, en ce que l'alliage contient du nickel et du titane dans une proportion de 48 à 52 % atomique, de préférence15 49,9 % atomique de nickel et 50,1 % atomique de titane. 4. Matériau selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième phase contient des composants ajoutés dans une proportion allant jusqu'à 25 % atomique.20 5. Matériau selon la revendication 4, caractérisé en ce que les composants ajoutés sont du zirconium, et/ou de l'hafnium et/ou du cuivre et/ou du niobium et/ou du manganèse et/ou du palladium et/ou du platine et/ou du fer.25 6. Matériau selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième phase est présente sous forme de particules et/ou de fils et/ou de fibres courtes et/ou de couches. 7. Matériau selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que la proportion de la deuxième phase dans le matériau total vaut de 5 à 60 % volumétrique. 8. Matériau selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de base est un métal léger ou un alliage léger. 9. Matériau selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de base est l'alliage d'aluminium EN AW-6061, selon DIN EN 573. 10. Matériau selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de base comporte différentes structures. 11. Matériau selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de base est un matériau composite avec au moins une troisième phase. 12. Matériau selon une ou plusieurs des. revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième phase forme à la surface limite par rapport au15 matériau de base une combinaison avec celui-ci. 13. Procédé de fabrication d'un matériau selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on consolide un mélange d'un matériau de base présent sous forme de poudre et d'une deuxième phase par20 un traitement thermique à une température comprise entre 400 C et 700 C et à une pression comprise entre 1 000 et 3 000 bars. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le matériau de base et la deuxième phase, dans la mesure o la forme extérieure de celle-ci l'autorise, sont présents chacun sous forme de matériau atomisé dans du gaz inerte. 15. Procédé selon une ou plusieurs des revendications précédentes 13 à 14, caractérisé en ce que l'on dégaze à froid et/ou à chaud le mélange de matériau de base et de deuxième phase avant la consolidation. 16. Procédé selon une ou plusieurs des revendications précédentes 13 à 15, caractérisé en ce que le traitement thermique est une compression isostatique à35 température élevée (HIP) et/ou un frittage et/ou un filage et/ou un forgeage. 17. Procédé de fabrication d'un matériau selon une ou plusieurs des revendications précédentes 1 à 12, caractérisé en ce que l'on amène la deuxième phase au5 matériau de base présent sous forme fluide. 18. Procédé selon une ou plusieurs des revendications précédentes 13 à 17, caractérisé en ce que la deuxième phase est munie d'un revêtement. 19. Procédé selon une ou plusieurs des revendications précédentes 13 à 18, caractérisé en ce que la deuxième phase est introduite sous forme de particules et/ou de fils et/ou de fibres courtes et/ou de couches. - 20. Procédé selon une ou plusieurs des revendications précédentes 13 à 19, caractérisé en ce que l'on prépare la deuxième phase avant le traitement. 21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que la préparation est une déformation et/ou une homogénéisation.