CH685927A5 - Procede de fabrication de produits en alliage cuivreux. - Google Patents

Description

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CH 685 927 A5

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Description

On recherche activement, depuis des années, à fabriquer de manière industriellement applicable des produits en alliage présentant des caractéristiques élevées de conductibilité électrique et thermique et de résistance à la traction.

On sait que le cuivre présente d'excellentes caractéristiques de conductibilité électrique et thermique. Afin de donner au cuivre les propriétés requises de résistance mécanique, on a tenté avec succès de l'allier avec un métal du groupe formé par le fer, le niobium, le tantale, le chrome, le molybdène, le vanadium et le tungstène. Une publication de Verhoeven et consorts, dans la revue Materials and Manufacturing Processes, 4 (2), pages 197 ss., 1989, décrit ce qui est encore l'état actuel de la technique dans ce domaine.

Selon la publication en question, l'obtention des caractéristiques désirées de résistance mécanique s'obtient en deux phases: tout d'abord, il convient de produire un lingot, contenant par exemple 20% de niobium et 80% de cuivre. Le lingot est obtenu par solidification des métaux en fusion, ou par frit-tage d'un mélange de métaux en poudre. Ensuite, le lingot est soumis à une importante déformation par laminage, extrusion ou étirage. La déformation provoque en effet la transformation des dendrites de niobium incluses dans le cuivre en filaments de section réduite. Il est constaté, dans la publication susmentionnée, que la résistance mécanique du produit augmente avec la finesse du filament. Il faut donc obtenir des filaments aussi fins que possibles. Cela entraîne la nécessité d'une déformation aussi grande que possible, et/ou la nécessité d'avoir au départ des dendrites d'un diamètre aussi faible que possible.

Selon la publication de Verhoeven et consorts, un problème pratique se pose: pour obtenir, par exemple, une résistance à la traction de 1400 MPa, il faut réduire de 90 fois le diamètre du lingot initial. En partant d'un lingot d'un diamètre de 30 centimètres, on obtient donc un fil de 3,3 mm de diamètre, ce qui est très faible. Un tel diamètre est d'autant plus faible que la résistance exigée dépasse dans de nombreux cas 1400 MPa et peut atteindre 2000 MPa dans certaines applications. En outre, dans le cas exposé dans ladite publication, la proportion nécessaire de métal non cuivreux (nobium, chrome ou tantale), soit 20%, est élevée.

Une solution simple consiste à partir de lingots de grand diamètre. Il s'agit là cependant d'une solution peu pratique, car les lingots doivent pouvoir être aisément maniés et traités aussi bien par les hommes que par les machines et les outillages actuels. De plus, les lingots de grand diamètre présentent des microstructures plus grandes, de sorte que le facteur de réduction à appliquer est encore plus fort.

Une autre possibilité citée dans la publication susmentionnée (p. 204) consiste à extruder des barres de section hexagonale de 3 mm de diamètre chacune, à mettre côte à côte ces barres en une botte placée dans un conteneur de cuivre, sous vide, à souder les barres les unes aux autres par un faisceau d'électrons et à extruder le tout. L'opération peut être répétée indéfiniment, de façon à aboutir à un facteur élevé de réduction de la surface de la section des filaments. Cependant, outre la complexité du processus, cette solution présente en pratique l'inconvénient que la soudure entre les barres réunies en botte ne se fait pas de manière satisfaisante, à moins que l'extrusion ait lieu à une température assez élevée, d'environ 750°C. Or, les filaments se dégradent, c'est-à-dire redeviennent des sphères, déjà à des températures de 400 à 500°C. A 750°C, le phénomène est encore plus prononcé, et la résistance mécanique est fortement amoindrie. Il est donc en pratique très difficile, sinon impossible, d'utiliser une telle solution.

Afin d'obtenir un lingot dans lequel le métal ré-fractaire est distribué aussi uniformément que possible dans le cuivre, et sous forme de particules aussi petites que possible, Verhoeven et consorts proposent d'utiliser la technique des poudres frit-tées. II s'agit là effectivement d'une technique éprouvée, qui semble avoir donné certains résultats satisfaisants dans une application à la confection de lingots. Cependant, cette confection exige l'accomplissement de diverses opérations délicates (filtrage, insertion dans un conteneur, chauffage, compactage, enlèvement du conteneur par usinage) et, partant, coûteux.

La présente invention vise à fournir un procédé qui permette d'obtenir aisément, et à des coûts supportables, des produits en alliage de cuivre et d'un ou plusieurs métaux d'un groupe comprenant le niobium, le chrome, le fer, le tungstène, le vanadium, le tantale et le molybdène, qui présentent des qualités de résistance mécanique élevée, à partir de lingots faciles à fabriquer et qui n'exigent pas une réduction excessive de diamètre au cours du procédé de formage. A cette fin, le procédé selon l'invention utilise des lingots présentant une répartition uniforme du métal réfractaire dans le cuivre et des particules de métal de très petites dimensions.

Des lingots présentant ces avantages peuvent être obtenus par un procédé développé ces vingt dernières années et qui est parvenu assez récemment à un stade industriel. Il s'agit du procédé qui consiste pour l'essentiel à pulvériser, de préférence dans un milieu gazeux inerte, des gouttes de métal en fusion sur un support. Ce procédé est décrit notamment dans le brevet anglais 1 262 471. Dans ce document, le procédé n'est appliqué qu'à la confection de pièces métalliques longues et de section transversale faible. Le procédé décrit dans le brevet anglais 1 472 939 Osprey apporte une amélioration: le flux du gaz destiné à la pulvérisation du liquide en fusion, et sa température, sont contrôlés, et les gouttes de liquide pulvérisées se déposent sur une étampe. Cette amélioration permet d'obtenir, non seulement une forme allongée et de faible section, mais une pièce de forme quelconque. Le brevet anglais 1 270 926 fait aussi état de la fabrication de lingots par pulvérisation de gouttes en fusion sur un support refroidi.

Le procédé selon l'invention est une application du procédé commercialisé actuellement par Osprey.

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Le lingot est formé par projection de gouttelettes en fusion de l'alliage à base de cuivre contenant un (ou éventuellement plusieurs) métal(aux) réfractai-re(s) en fusion appartenant au groupe comprenant le niobium, le fer, le chrome, le vanadium, le tungstène, le tantale et le molybdène. La pulvérisation, ou «atomisation», des métaux en fusion se fait par l'écoulement des métaux hors d'un ou plusieurs creusets remplis de métal en fusion, et par l'émission d'un ou plusieurs jets de gaz, de préférence inerte, comme de l'azote ou de l'argon, par des buses situées à côté des bouches des creusets par lesquelles s'écoulent les métaux. Les jets de gaz pulvérisent en gouttelettes le métal en fusion. Les particules de chaque creuset sont projetées sur le support. Elles se soudent à l'arrivée aux autres gouttelettes et forment le lingot. Le réglage de la température et de la quantité des gaz injectés permettent de régler la consistance plus ou moins liquide des gouttelettes.

Selon les constatations faites dans l'utilisation du procédé Osprey, les gouttelettes, ou particules, conservent dans le lingot de faibles dimensions. Si les conditions de température sont remplies, il n'y a pas de formation de dendrites, ni de microségrégation, qui s'étendent au-delà de la circonférence de chaque particule. De plus, les particules sont uniformément réparties. L'expérience montre qu'il est possible d'obtenir aisément des particules d'un diamètre de l'ordre de 1 jim, et des particules d'un diamètre de 0,25 à 0,5 jxm dans des conditions optimales. Autrement dit, le diamètre des particules d'un lingot obtenu avec ce procédé est de 10 à 40 fois inférieur à celui des dendrites d'un lingot obtenu de manière classique par coulée. Les dendrites de lingots obtenues par coulée ont en effet couramment un diamètre de 10 um.

La réduction de section nécessaire est donc largement moindre que dans le cas d'un lingot classique. L'expérience montre que, pour obtenir un diamètre de filaments de 20 à 40 nm, un lingot obtenu par coulée et d'un diamètre initial de 15 cm doit être réduit jusqu'à un diamètre de 0,015 mm à 0,04 mm, ce qui est inutilisable.

Par contre, un lingot obtenu par pulvérisation, et d'un diamètre initial de 15 cm également, ne doit être réduit que jusqu'à un diamètre de 0,15 mm à 0,4 mm pour obtenir le même résultat. Un tel diamètre demeure largement dans les limites d'un produit industriellement utilisable.

La réduction du diamètre se fait de manière classique par laminage, extrusion du étirage. Il peut également se faire éventuellement par martelage.

La surface de la section transversale aux filaments du produit obtenu après l'opération de formage représente de préférence tout au plus un centième de la surface initiale de la section transversale du lingot. De manière typique, le facteur de réduction appliqué atteint 99,9%, de sorte que la surface de la section transversale du lingot obtenue après formage atteint au plus un millième de la section transversale initiale du lingot.

Dans une forme d'exécution préférée de l'invention, l'alliage contient, outre du cuivre, du chrome, du fer ou du niobium.

La proportion de cuivre dans l'alliage se situe entre 80% et 95%.

Claims (5)

Revendications

1. Procédé de fabrication de produits en alliage de cuivre et d'au moins un métal du groupe comprenant le niobium, le chrome, le fer, le tungstène, le vanadium, le tantale et le molybdène, caractérisé en ce qu'un lingot dudit alliage est formé par la pulvérisation de métal en fusion et la projection de particules ainsi pulvérisées sur un support, la pulvérisation étant assurée par un ou plusieurs jets de gaz, le lingot étant ensuite soumis à un formage avec compression.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le formage avec compression se fait par laminage, étirage ou extrusion.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'alliage contient de 80% à 95% de cuivre.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surface de la section transversale du produit obtenu après le formage représente au plus un centième de la surface initiale de la section transversale du lingot.

5. Procédé selon les revendications 1 à 4.

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