Brevet FR3039839A1 — publié le 20170210

Arrière-plan de l'invention L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce composite à matrice métallique. Le renforcement de pièces métalliques par des fibres longues à base d'un matériau céramique tel que le carbure de silicium a été envisagé afin d'améliorer les propriétés mécaniques (limite élastique, module d'Young) de ces pièces. Cependant, l'intégration de fibres longues dans une matrice métallique par les procédés de mise en forme conventionnels (fonderie, forge, usinage) est complexe. En outre, la cohésion entre les fibres et la matrice métallique est généralement faible, du fait soit d'une faible diffusion entre ces deux éléments ou d'une réaction entre les fibres et la matrice. Une solution pour améliorer la cohésion des fibres à la matrice métallique consiste à utiliser des fibres constituées d'une âme en matériau céramique et d'une gaine métallique entourant cette âme. La gaine peut par exemple avoir été déposée par enduction grande vitesse. Un traitement thermique de soudage par diffusion peut alors être réalisé afin de solidariser les fibres à une pièce préalablement mise en forme par exemple forgée et/ou usinée. Une telle solution est par exemple décrite dans le document FR 2 886 180. Cette solution fonctionne mais elle nécessite une grande succession d'opérations : mise en forme de la pièce initiale, usinage de gorges pour introduire les fibres, soudage d'un capot pour fermer la pièce, et traitement thermique de soudage par diffusion. En outre, dans ce type de solution, la répartition des fibres nécessite à chaque fois des opérations spécifiques, rendant leur répartition en de multiples positions relativement longue à réaliser. Il existe donc un besoin pour disposer de procédés plus simples d'élaboration de pièces composites à matrice métallique renforcées par des fibres céramiques tout en conservant pour les pièces obtenues des propriétés mécaniques satisfaisantes. 303 983 9 2 Objet et résumé de l'invention A cet effet, l'invention propose, selon un premier aspect, un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant un 5 renfort fibreux densifié par une matrice métallique, le procédé comprenant au moins les étapes suivantes : a) positionnement d'une pluralité de fibres comprenant une âme en matériau céramique enrobée par une gaine métallique sur une première préforme d'une première partie de la pièce à fabriquer, ladite 10 première préforme comprenant au moins une poudre métallique d'un premier alliage et un premier liant, b) positionnement d'une deuxième préforme d'une deuxième partie de la pièce à fabriquer sur la première préforme afin d'obtenir une structure empilée, les fibres étant présentes entre la première préforme et 15 la deuxième préforme dans ladite structure empilée, ladite deuxième préforme comprenant au moins une poudre métallique d'un deuxième alliage et un deuxième liant, la température de fusion T1 du premier alliage, la température de fusion T2 du deuxième alliage et la température de fusion T3 de la gaine métallique des fibres vérifiant les deux conditions 20 suivantes : 1T3 - 5_ 25% et 1T3 - T21/1-2 25%, c) élimination des premier et deuxième liants présents dans la structure empilée obtenue après mise en oeuvre de l'étape b) afin d'obtenir une structure empilée déliantée, d) traitement thermique de la structure empilée déliantée afin 25 d'obtenir la pièce en matériau composite durant lequel la gaine métallique des fibres est assemblée avec les poudres des premier et deuxième alliages par soudage par diffusion et durant lequel les poudres des premier et deuxième alliages sont frittées afin de former la matrice métallique. Sauf mention contraire, les températures de fusion T1, T2 et T3 30 sont exprimées en °C (degrés Celsius). Sauf mention contraire, la grandeur notée 1A1 désigne la valeur absolue de la grandeur A. Le fait que les températures T1, T2 et T3 vérifient les deux inégalités ci-dessus permet de garantir une bonne compatibilité entre la gaine métallique des fibres et les première et deuxième poudres afin de 35 réaliser un soudage par diffusion efficace et obtenir une interface de 3039839 3 bonne qualité entre les fibres et la matrice métallique permettant ainsi de disposer d'une pièce présentant les propriétés mécaniques souhaitées. Le fait d'utiliser des première et deuxième préformes à base de poudres permet avantageusement de significativement simplifier la 5 fabrication de la pièce en matériau composite du fait notamment de la possibilité de mettre à profit la même étape de traitement thermique à la fois pour densifier les première et deuxième préformes et former la matrice métallique ainsi que pour rendre solidaire la gaine des fibres à la matrice métallique. L'obtention de pièces présentant des propriétés 10 mécaniques satisfaisantes par un tel procédé simplifié est rendue possible du fait de la mise en oeuvre de matériaux présentant des températures de fusion particulières afin de garantir un soudage par diffusion efficace comme mentionné plus haut. Le premier liant et le deuxième liant peuvent être identiques ou 15 différents. La poudre métallique du premier alliage peut être présente dans la première préforme en une teneur volumique comprise entre 50% et 80% et le premier liant peut être présent dans la première préforme en une teneur volumique comprise entre 20% et 50%. De même, la poudre métallique du deuxième alliage peut être présente dans la deuxième 20 préforme en une teneur volumique comprise entre 50% et 80% et le deuxième liant peut être présent dans la deuxième préforme en une teneur volumique comprise entre 20% et 50%. De préférence, les deux conditions suivantes peuvent être vérifiées : 1T3 - 1-11/Ti 15% et IT .3 - - 21, 2 REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une pièce (15) en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice métallique (14), le procédé comprenant au moins les étapes suivantes : a) positionnement d'une pluralité de fibres (10 ; 10') comprenant une âme en matériau céramique (10a ; 10'a) enrobée par une gaine métallique (10b ; 10'b) sur une première préforme (7a ; 27a ; 37a) d'une première partie de la pièce à fabriquer, ladite première préforme (7a ; 27a ; 37a) comprenant au moins une poudre métallique d'un premier alliage et un premier liant, b) positionnement d'une deuxième préforme (7b ; 27b ; 37b) d'une deuxième partie de la pièce à fabriquer sur la première préforme (7a ; 27a ; 37a) afin d'obtenir une structure empilée, les fibres (10 ; 10') étant présentes entre la première préforme (7a ; 27a ; 37a) et la deuxième préforme (7b ; 27b ; 37b) dans ladite structure empilée, ladite deuxième préforme (7b ; 27b ; 37b) comprenant au moins une poudre métallique d'un deuxième alliage et un deuxième liant, la température de fusion T1 du premier alliage, la température de fusion T2 du deuxième alliage et la température de fusion T3 de la gaine métallique (10b ; 10'b) des fibres (10 ; 10') vérifiant les deux conditions suivantes : 1T3 - Ti Irri 25% et 1T3 - 1-21/1-2 25%, c) élimination des premier et deuxième liants présents dans la structure empilée obtenue après mise en oeuvre de l'étape b) afin d'obtenir une structure empilée déliantée, d) traitement thermique de la structure empilée déliantée afin d'obtenir la pièce en matériau composite (15) durant lequel la gaine métallique (10b ; 10'b) des fibres (10 ; 10') est assemblée avec les poudres des premier et deuxième alliages par soudage par diffusion et durant lequel les poudres des premier et deuxième alliages sont frittées afin de former la matrice métallique (14). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les deux conditions suivantes sont vérifiées : 1T3 - Til/Ti 5_ 15% et 1T3 - T21/T2 5. 15%. 3039839 19 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les première (7a ; 27a ; 37a) et deuxième (7b ; 27b ; 37b) préformes sont chacune formées par mise en oeuvre d'un procédé 5 de moulage par injection de métal. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la gaine métallique (10b ; 10'b) des fibres (10 ; 10'), le premier alliage et le deuxième alliage sont chacun constitués 10 majoritairement en masse d'un même élément métallique. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le matériau formant la gaine métallique (10b ; 10'b) des fibres (10 ; 10') est identique au premier alliage et/ou au deuxième 15 alliage. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les fibres (10) sont, dans la structure empilée, logées dans des rainures (42a ; 42b) ménagées sur la surface de la première 20 préforme (37a) et/ou sur la surface de la deuxième (37b) préforme. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la gaine métallique (10b) de tout ou partie des fibres (10) est sous la forme d'une couche continue d'un matériau métallique. 25 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la gaine métallique (10'b) de tout ou partie des fibres (10') est sous la forme d'une pluralité de brins métalliques (10'c) entourant l'âme (10'a). 30 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les fibres comportent un premier ensemble de fibres s'étendant le long d'une première direction (X) et un deuxième ensemble de fibres s'étendant le long d'une deuxième direction (Y) 35 non parallèle à la première direction (X). 3039839 20 10.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le premier alliage est identique au deuxième alliage. 11.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le premier alliage et le deuxième alliage sont choisis parmi : les alliages à base de titane, les alliages à base de nickel, les alliages à base de cobalt, les alliages à base d'aluminium ou les aciers.