Brevet FR2896712A1 — publié le 20070803

Précurseur pour composant réalisé par Injection et Moulage d'un métal et composant réalisé à partir de ce précurseur Domaine technique L'invention concerne le procédé de moulage par injection d'une poudre, liaison des grains de poudre et frittage à chaud d'un composant à forte teneur métallique. Ce procédé est souvent appelé MIM pour Metal Injection Molding, ou appelé PIM pour Pressure Injection Molding. L'invention concerne plus particulièrement un précurseur utilisé par ce procédé et un composant réalisé par ce procédé. Art antérieur II est connu de réaliser un composant à forte teneur métallique par injection dans un moule, notamment sous pression, d'une poudre à forte teneur métallique et contenant également un agent de liaison, de chauffer cette poudre dans le moule, notamment par chauffage du moule, afin d'obtenir un objet compact par l'action de l'agent de liaison, puis, après démoulage, de chauffer cet objet jusqu'au frittage des grains de métal ou d'alliage, l'agent de liaison généralement de nature organique étant brûlé lors de cette étape thermique. Ce procédé est bien connu et largement exploité. II emploie des précurseurs métalliques en poudre dont la granulométrie est d'environ 20 à 100 pm. Il a également été proposé dans la littérature scientifique et technique d'utiliser des précurseurs métalliques en poudre nanométrique re-agglomérée sous forme de particules dont la taille est d'environ 20 à 100 pm, notamment pour obtenir des températures de frittage plus basses et de meilleures qualités de surface, en particulier une rugosité plus faible. Dans le cas d'une poudre nanométrique re- agglomérée, un liant organique est additionné afin d'assurer la liaison des particules dans un agglomérat. Ce liant organique peut servir à assurer la cohésion de l'objet lors du moulage. Dans ce procédé, afin de modifier la couleur du composant à élaborer, on emploie parfois un précurseur formé de particules métalliques additionnées d'une poudre d'un pigment coloré. Ce pigment se présente sous forme d'une poudre de granulométrie voisine de celle du métal ou de l'alliage, c'est-à-dire d'environ 10 à 50 pm. II s'agit d'un pigment inorganique car il doit rester stable aux températures de frittage, toujours supérieures à 250 C. Lorsqu'il est nécessaire d'obtenir des colorations marquées, des fractions volumiques importantes de pigment doivent être ajoutées à la poudre métallique, typiquement entre 20 et 40%, pour former le précurseur. Cela entraîne une réduction importante des liaisons métal-métal entre particules métalliques et donc de la résistance mécanique du composant moulé. Du fait de la dureté et du fluage quasi nul des compositions inorganiques formant les pigments aux températures de frittage des phases métalliques, il se forme dans le composant une porosité qui nuit à sa qualité mécanique. Objet de l'invention L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et en particulier de conserver les qualités mécaniques d'un composant à forte teneur métallique réalisé par : injection dans un moule, notamment sous pression, d'une poudre à forte teneur métallique et contenant également un agent de liaison et un pigment inorganique de chauffer cette poudre dans le moule, notamment par chauffage du moule, afin d'obtenir un objet compact par l'action de l'agent de liaison puis, après démoulage, de chauffer cet objet jusqu'au frittage des grains de métal ou d'alliage, l'agent de liaison généralement de nature organique étant brûlé lors de cette étape thermique. Selon l'invention, ce but est atteint par un précurseur pulvérulent constitué par addition à la poudre à forte teneur métallique, d'un pigment coloré inorganique sous forme d'une poudre dont la granulométrie est comprise entre 20 nm et 500 nm et d'un agent de liaison. ~o Selon une première variante de l'invention, la poudre à forte teneur métallique constituant le précurseur pulvérulent possède une granulométrie comprise entre 10 pm et 100 pm. Selon une seconde variante de l'invention, la poudre à forte teneur métallique 15 constituant le précurseur pulvérulent est une poudre formée par agglomération comprise entre 10 pm et 100 pm d'une poudre nanométrique à forte teneur métallique. Selon une troisième variante de l'invention, le précurseur pulvérulent est 20 constitué d'un mélange d'une poudre nanométrique de granulométrie comprise entre 20 nm et 800 nm à forte teneur métallique et d'une poudre d'un pigment coloré inorganique dont la granulométrie est comprise entre 20 nm et 500 nm, ce mélange étant aggloméré en particules entre 10 pm et 100 pm à l'aide d'un agent de liaison. 25 Selon une quatrième variante de l'invention, le précurseur pulvérulent est formé par dépôt à la surface de la poudre à forte teneur métallique dont la granulométrie est comprise entre 10 pm et 100 pm, d'un pigment coloré inorganique sous forme d'une poudre dont la granulométrie est comprise entre 30 20 nm et 500 nm, la poudre pigment coloré étant maintenue à la surface de la poudre à forte teneur métallique par un agent de liaison, cet agent de liaison servant également à maintenir la cohésion du composant lors du démoulage. L'invention concerne également un composant réalisé à partir d'un précurseur selon l'invention puis moulé et traité thermiquement pour obtenir le frittage des phases métalliques et la dégradation thermique de l'agent de liaison. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 représente un précurseur selon l'art antérieur constitué par addition d'une poudre d'un pigment coloré inorganique 20 à la poudre métallique 10, la granulométrie des deux poudres étant voisine et comprise entre 10 pm et 100 pm. La figure 2 représente un précurseur selon l'invention constitué par addition à la poudre métallique dont la granulométrie est comprise entre 10 pm et 100 pm d'un pigment coloré inorganique en poudre dont la granulométrie est comprise entre 20 nm et 500 nm et par addition d'un agent de liaison. La figure 3 représente un précurseur selon l'invention constitué d'une poudre formée par agglomération comprise entre 10 pm et 100 pm d'une poudre nanométrique à forte teneur métallique, la poudre agglomérée étant additionnée d'un pigment coloré inorganique sous forme d'une poudre dont la granulométrie est comprise entre 20 nm et 500 nm, et additionnée d'un agent de liaison. - La figure 4 représente un précurseur du procédé selon l'invention constitué d'un mélange d'une poudre nanométrique à forte teneur métallique et d'une poudre d'un pigment coloré inorganique dont la granulométrie est comprise entre 20 nm et 500 nm, ce mélange étant aggloméré en particules entre 10 pm et 100 pm à l'aide d'un agent de liaison. Description de modes particuliers de réalisation Selon l'invention, la poudre à forte teneur métallique est composée à plus de 10 98% en masse d'au moins une phase métallique, cette au moins une phase métallique étant choisie parmi les métaux purs, notamment l'aluminium, le cuivre, le nickel, le chrome, le zinc, et les alliages métalliques, notamment l'acier inoxydable, le laiton, le bronze, les alliages d'aluminium. Cette poudre à forte teneur métallique est additionnée d'un agent de liaison choisi parmi les 15 polymères organiques, notamment mais sans limitation les celluloses, les alcools polyvinyliques, les acryliques, les gélatines, les polyuréthanes, les polyoléfines, les polyesters, les polyamides. L'agent de liaison est choisi pour sa compatibilité avec la température de l'étape de moulage et en particulier avec sa capacité à se ramollir à la température de moulage. L'agent de liaison est également choisi 20 pour sa capacité à se dégrader à haute température lors du traitement thermique de frittage du composant moulé. Selon l'invention, cette poudre à forte teneur métallique est également additionnée d'un pigment coloré inorganique sous forme d'une poudre dont la granulométrie est comprise entre 20 nm et 500 nm, plus typiquement entre 50 et 200 nm. 25 Selon une première variante de l'invention, la poudre à forte teneur métallique constituant le précurseur est constituée de particules métalliques 10 dont la granulométrie est comprise entre 10 pm et 100 pm. Le pigment coloré inorganique sous forme d'une poudre 21 dont la granulométrie est comprise5 entre 20 nm et 500 nm, plus typiquement entre 50 et 200 nm, est additionné à cette poudre à forte teneur métallique. Selon une seconde variante de l'invention, la poudre à forte teneur métallique 11 constituant le précurseur est une poudre formée par agglomération d'une poudre de granulométrie comprise entre 20 et 800 nm, plus typiquement entre 50 et 200 nm, composée à plus de 98% en masse d'au moins une phase métallique, cette au moins une phase métallique étant choisie parmi les métaux purs, notamment l'aluminium, le cuivre, le nickel, le chrome, le zinc, et les alliages métalliques, notamment l'acier inoxydable, le laiton, le bronze, les alliages d'aluminium. Cette poudre à forte teneur métallique est agglomérée en particules dont la granulométrie est comprise entre 10 pm et 100 pm. Elle est additionnée d'un agent de liaison choisi parmi les polymères organiques, notamment mais sans limitation les celluloses, les alcools polyvinyliques, les acryliques, les gélatines, 15 les polyuréthanes, les polyoléfines, les polyesters, les polyamides. L'agent de liaison est choisi pour sa compatibilité avec la température de l'étape de moulage et en particulier avec sa capacité à se ramollir à la température de moulage. L'agent de liaison est également choisi pour sa capacité à se dégrader à haute température lors du traitement thermique de frittage du composant 20 moulé. Selon l'invention, cette poudre à forte teneur métallique est également additionnée d'un pigment coloré inorganique sous forme d'une poudre 21 dont la granulométrie est comprise entre 20 nm et 500 nm, plus typiquement entre 50 et 200 nrn. 25 Selon une troisième variante de l'invention, le précurseur est constitué d'une poudre 30 obtenue par agglomération d'une poudre nanométrique à forte teneur métallique 11 et d'une poudre d'un pigment coloré inorganique 21. L'agglomération de la poudre nanométrique à forte teneur métallique et de la poudre du pigment coloré inorganique est obtenue à l'aide d'un agent de liaison. 30 La poudre nanométrique à forte teneur métallique possède une granulométrie comprise entre 20 et 800 nm, plus typiquement entre 50 et 200 nm et elle est composée à plus de 98% en masse d'au moins une phase métallique, cette au moins une phase métallique étant choisie parmi les métaux purs, notamment l'aluminium, le cuivre, le nickel, le chrome, le zinc, et les alliages métalliques, notamment l'acier inoxydable, le laiton, le bronze, les alliages d'aluminium. Le pigment coloré inorganique possède une granulométrie comprise entre 20 nm et 500 nm, plus typiquement entre 50 et 200 nm. L'agent de liaison est choisi parmi les polymères organiques, notamment mais sans limitation les celluloses, les alcools polyvinyliques, les acryliques, les gélatines, les polyuréthanes, les polyoléfines, les polyesters, les polyamides. L'agent de liaison est choisi pour sa compatibilité avec l'opération d'agglomération, pour sa compatibilité avec la température de l'étape de moulage et pour sa capacité à se dégrader à haute température lors du traitement thermique de frittage du composant moulé. Selon une quatrième variante de l'invention, le précurseur est formé d'une poudre à forte teneur métallique dont les particules de granulométrie est comprise entre 10 pm et 100 pm sont partiellement couvertes par des particules d'un pigment coloré inorganique. La poudre à forte teneur métallique est composée à plus de 98% en masse d'au moins une phase métallique, cette au moins une phase métallique étant choisie parmi les métaux purs, notamment l'aluminium, le cuivre, le nickel, le chrome, le zinc, et les alliages métalliques, notamment l'acier inoxydable, le laiton, le bronze, les alliages d'aluminium. La poudre formant le pigment coloré inorganique possède une granulométrie comprise entre 20 nm et 500 nm, plus typiquement entre 50 et 200 nm. Les particules du pigment coloré sont maintenues à la surface de la poudre à forte teneur métallique par un agent de liaison. Cet agent de liaison est choisi pour assurer également la cohésion du composant moulé et pour sa capacité à se dégrader à haute température lors du traitement thermique de frittage du composant moulé. 30 L'invention concerne également un composant réalisé à partir d'un précurseur selon l'invention puis moulé et traité thermiquement pour obtenir le frittage des phases métalliques et la dégradation thermique de l'agent de liaison. Le composant ainsi réalisé montre une coloration due au pigment inorganique présent dans le précurseur. L'invention n'est pas limitée aux modes particuliers de réalisation décrits ci-dessus. En particulier, elle s'applique à tout pigment coloré inorganique qui est 10 un mélange de plusieurs compositions colorées inorganiques. La réalisation du procédé selon l'invention va être décrite plus en détail ci- dessous. 15 Exemple 1 Une poudre d'un acier inoxydable de grade 316 de granulométrie moyenne 20 pm est additionnée d'une poudre d'un pigment bleu d'aluminate de cobalt CoAI2O4 de granulométrie moyenne 80 nm. A ce mélange est ajoutée une 20 solution aqueuse d'alcool polyvinylique de grade 25/140 à 0.5% en masse d'alcool polyvinylique pour obtenir une viscosité de 500 centipoises_ Ce mélange est homogénéisé dans un dispositif à billes. Il est ensuite pulvérisé et séché pour former des grains de granulométrie moyenne 80 pm, l'alcool polyvinylique assurant la cohésion des particules d'acier inoxydable et de pigment dans les 25 grains du précurseur La poudre ainsi obtenue est ensuite injectée dans un moule. Par chauffage on ramollit l'alcool polyvinylique qui assure la cohésion des particules. Après démoulage, l'objet moulé est traité thermiquement afin de fritter les particules d'acier inoxydable. Après frittage, le composant formé montre une couleur bleu provenant du pigment d'aluminate de cobalt sans modification notable des caractéristiques mécaniques par rapport au même composant sans le pigment nanométrique. Exemple 2 Une poudre d'un alliage cuivre-zinc et de granulométrie moyenne 400 nm est additionnée d'une poudre d'un pigment jaune de vanadate de bismuth BiVO4 de granulométrie moyenne 40 nm et d'un volume d'un liant cellulosique à 0.3% en masse de telle manière que la viscosité du mélange soit de 200 centipoises. Ce mélange est homogénéisé dans un dispositif à billes puis pulvérisé et séché pour former des grains de granulométrie moyenne 20 pm. Le liant cellulosique assure la cohésion à l'intérieur des grains du précurseur avant le moulage. Le précurseur en poudre préparé est ensuite injecté dans un moule. Par chauffage on ramollit le liant cellulosique qui assure alors la cohésion entre les grains du précurseur après l'étape de moulage. Après démoulage, l'objet moulé est traité thermiquement afin de fritter les particules de l'alliage cuivre-zinc. Après frittage, le composant formé montre une couleur jaune vif provenant du pigment de vanadate de bismuth. Revendications 1. Précurseur pulvérulent destiné à réaliser un composant à forte teneur métallique par injection du précurseur dans un moule, par chauffage de ce précurseur dans le moule, puis après démoulage, par traitement thermique de l'objet moulé jusqu'au frittage des grains métalliques, et caractérisé en ce qu'il est constitué d'une poudre à forte teneur métallique additionnée d'un pigment coloré inorganique sous forme d'une poudre dont la granulométrie est comprise entre 20 nm et 500 nm et d'un agent de liaison. 2. Précurseur pulvérulent selon la revendication 1 caractérisé en ce que la poudre à forte teneur métallique est composée à plus de 98% en masse d'au moins une phase métallique, cette au moins une phase métallique étant choisie! parmi les métaux purs, notamment l'aluminium, le cuivre, le nickel, le chrome, le zinc, et les alliages métalliques, notamment l'acier inoxydable, le laiton, le bronze, les alliages d'aluminium. 3. Précurseur pulvérulent selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la poudre à forte teneur métallique constituant le précurseur pulvérulent possède une granulométrie comprise entre 10 pm et 100 pm. 4. Précurseur pulvérulent selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la poudre à forte teneur métallique est une poudre formée par agglomération comprise entre 10 pm et 100 pm d'une poudre à forte teneur métallique dont la granulométrie est comprise entre 20 nm et 800 nm. 10 5. Précurseur pulvérulent destiné à réaliser un composant à forte teneur métallique par injection du précurseur dans un moule, par chauffage de ce précurseur dans le moule, puis après démoulage, par traitement thermique de l'objet moulé jusqu'au frittage des grains métalliques, et caractérisé en ce qu'il est constitué d'un mélange d'une poudre à forte teneur métallique de granulométrie comprise entre 20 nm et 800 nm additionnée d'un pigment coloré inorganique en poudre de granulométrie comprise entre 20 nm et 500 nm et qu'il est aggloméré à l'aide d'un agent de liaison en particules entre 10 pm et 100 pm. 6. Précurseur pulvérulent selon l'une quelconque des revendication 1 et 4 et caractérisé en ce que le pigment coloré inorganique est sous forme d'une poudre dont la granulométrie est comprise entre 20 nm et 500 nm et qu'il est maintenu à la surface de la poudre à forte teneur métallique par un agent de liaison. 7. Composant à forte teneur métallique réalisé par injection d'un précurseur dans un moule, par chauffage de ce précurseur dans le moule, puis après démoulage, par traitement thermique de l'objet moulé jusqu'au frittage des grains métalliques, caractérisé en ce qu'il est réalisé à partir d'un précurseur constitué d'un mélange d'une poudre à forte teneur métallique additionnée d'un pigment coloré inorganique en poudre de granulométrie comprise entre 20 nm et 500 nm.