EP2673615A1 - Procede d'enrobage d'un echantillon - Google Patents

Procede d'enrobage d'un echantillon

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Publication number
EP2673615A1
EP2673615A1 EP12707878.0A EP12707878A EP2673615A1 EP 2673615 A1 EP2673615 A1 EP 2673615A1 EP 12707878 A EP12707878 A EP 12707878A EP 2673615 A1 EP2673615 A1 EP 2673615A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
powder
mixture
reinforcing
coating
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12707878.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Vincent Fournee
David Bonina
Samuel Kenzari
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Lorraine
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Lorraine
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite de Lorraine filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2673615A1 publication Critical patent/EP2673615A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/36—Embedding or analogous mounting of samples
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    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/286—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q involving mechanical work, e.g. chopping, disintegrating, compacting, homogenising
    • G01N2001/2873—Cutting or cleaving
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/36—Embedding or analogous mounting of samples
    • G01N2001/364—Embedding or analogous mounting of samples using resins, epoxy

Definitions

  • the present invention relates to a method of coating samples for simplified stripping of samples.
  • the method is advantageously used in the preparation of samples, for example in metallography where the analyzes require a careful surface preparation by mechanical, mechano-chemical or chemical polishing.
  • the method according to the invention also makes it possible to make the electrical conductivity possible, which is, for example, useful for surface preparation of the sample electrolytically. It also makes it possible to coat then cut / cut a sample that is difficult to handle or fragile.
  • the coating technique is used to facilitate the characterization of a sample of material, to make a sample easily manipulated to prepare its surface by polishing, or simply to be able to cut it.
  • a sample may be coated with a coating resin in the form of granules or of powder.
  • the coating can be done in a hot press, usually called a wrapper, in which a pressure force of between 1 and 60 tons is applied to the coating material heated to a temperature sufficient to densify it. This temperature is generally between 150 ° C and 200 ° C depending on the coating resin shade used.
  • the coating resin may for example be chosen from the resins sold under the name Multifast® by the company Strippers or under the name PhenoCure® by the company Buehler. These resins belong to the family of thermosetting polymers or to that of thermoplastic polymers.
  • EP 0 246 438 describes a process for shaping metal or ceramic compounds. This document does not describe a coating material obtained from a mixture comprising, as reinforcing powder, a powder of a complex intermetallic alloy, and its teaching does not make it possible to obtain a surface preparation of a sample. of material.
  • the present invention aims to overcome these disadvantages.
  • the invention provides a simplified method for coating a sample of material and removing the coating without the risk of altering the sample.
  • the process uses in particular a reusable coating material.
  • the invention thus relates to a method of coating, and in particular hot coating, a sample using a coating material.
  • the coating material is obtained from a mixture of a polysaccharide powder, as a gelling polymer, and a reinforcing powder which is a powder of a complex intermetallic alloy or a powder comprising a complex intermetallic alloy and at least one compound selected from a ceramic compound and a polymeric compound, the volume fraction of the reinforcing powder not exceeding 60% of the total volume of the mixture.
  • the method according to the invention may thus comprise a step of shaping a composite powder consisting of a mixture comprising a gelling polymer powder and at least one other powder which makes it possible to reinforce the polymer.
  • a hot enrober may be used to transform a material into a powder mixture, the material comprising a mixture of gelling polymer and complex intermetallic powders or a mixture of complex intermetallic powders and ceramics or a mixture of intermetallic powders. complex and polymeric powders, into a solid object by hot pressing.
  • the amount of the reinforcement is chosen so that its volume fraction does not exceed 60% of the total volume of the material constituting the coating.
  • the coating material has mechanical properties, in particular of wear and hardness, sufficient for a surface preparation of a sample of material by polishing. It has also been observed that when the process is carried out with a reinforcement comprising a complex intermetallic powder or a mixture of complex intermetallic powders, the electrical conduction properties are such that they allow a surface preparation of a sample of material by electrolytic route without having to remove the coating.
  • the gelling polymer powder may be composed of a polysaccharide, such as, for example, a galactose polymer powder known under the name agar-agar or agarose.
  • the polysaccharide is thus preferably a galactose polymer, such as agar-agar.
  • the reinforcing powder may comprise a powder of a complex intermetallic compound comprising as base (greater than 50% atomic percentage) at least one element chosen from iron, aluminum, copper, chromium, nickel and zinc and titanium.
  • the reinforcing powder may also be a complex intermetallic alloy powder of one or more of these elements, without these elements having an atomic percentage greater than 50%.
  • the reinforcing powder may be a mixture of powder (s) of complex metal alloy (s) and ceramic powder (s) or a mixture of alloy powder (s) (s) ) complex intermetallic (s) and polymeric powder (s).
  • the ceramic powder may be for example a powder of alumina (Al 2 O 3 ), of silica (SiO 2 ), of aluminum nitride (AlN), of silicon carbide (SiC), of tungsten carbide (WC) or a mixture of these. In a preferred embodiment, a ceramic content of less than 10% by volume is added to the metal powder.
  • the polymer powder may be a powder of a polymer chosen from thermoplastic organic polymers such as polyamides (for example nylon 6, nylon 11, nylon 12), and amide copolymers (for example nylon 6-12 ).
  • the reinforcing powder is preferably a powder of a complex intermetallic alloy, and in particular of a complex intermetallic alloy based on aluminum.
  • a complex intermetallic alloy may be a metal alloy comprising an atomic percentage of aluminum greater than 50%.
  • complex intermetallic alloy means an alloy that includes one or more quasi-crystalline phases that are either quasi-crystalline phases in the strict sense, ie approximate phases.
  • the quasicrystalline phases in the strict sense are phases exhibiting symmetries of rotation normally incompatible with the translational symmetry, that is to say rotational axis symmetries of order 5, 8, 10 or 12, these symmetries being revealed by diffraction techniques.
  • the approximate phases or approximate compounds are true crystals insofar as their crystallographic structure remains compatible with the translational symmetry, but which exhibit, in the electron diffraction pattern, diffraction patterns whose symmetry is close to one another. symmetry of order 5, 8, 10 or 12. These are phases characterized by an elementary cell containing several tens, or even hundreds of atoms, and whose local order presents arrangements of almost icosahedral or decagonal symmetry similar to the phases quasi-crystalline parents.
  • phase C of cubic structure, very often observed in coexistence with the approximate or quasi-crystalline phases true.
  • a diffraction pattern of this cubic phase has been published for a pure cubic phase sample and atomic composition AI 65 Cu 2 oFei5 in atomic number.
  • This phase is isotype of a hexagonal phase, noted ⁇ , found in Al-Mn alloys containing 40% by weight of Mn.
  • the cubic phase, its superstructures and the phases derived from them constitute a class of approximate phases of quasi-crystalline phases of neighboring compositions.
  • the quasi-crystalline alloys of the Al-Cu-Fe system are particularly suitable for carrying out the process of the present invention.
  • alloys which have one of the following atomic composition: Al 62 Cu 25, 5Fei 2, 5, Al 59 Cu 2 5,5Fei 2, 5B3, and Al7i, 3Fe8, iCo2.8Cr 7 , 8 .
  • These alloys are marketed by Saint-Gobain.
  • the Al alloy 59 Cu 2 of 5, 5 Fei 2,4 B 3 is sold under the name Cristome Fl
  • the alloy ommercialisé Cristome under the name Al
  • all is marketed under the name Cristome BTl.
  • the volume fraction of the reinforcing powder may be between 40 and 60% of the total volume of the mixture.
  • the mixture of gelling polymer powder and reinforcing powder may contain from 40 to 80% by volume of gelling polymer, more particularly from 45 to 75%.
  • the volume fraction of the reinforcement can easily be calculated by those skilled in the art from the mass and the density of the various constituents of the mixture.
  • the polysaccharide and / or reinforcing particles preferably have an average size of between 1 and 1000 ⁇ m, and more particularly between 10 and 100 ⁇ m.
  • the process may comprise a step of heating the mixture in an aqueous solvent, typically water, at a temperature of between 70 and 100 ° C., and then a step of gelling the mixture by cooling the mixture to a temperature below 70 ° C.
  • an aqueous solvent typically water
  • the method may also comprise a step of pressing the gelled mixture.
  • the pressing step can be carried out at a temperature between 70 and 100 ° C.
  • the pressing step can also be carried out under a pressure of between 5 and 40 MPa.
  • the powder mixture is heated in water to a temperature of about 100 ° C for a few seconds. It is then cooled in ambient air (between 15 and 25 ° C). This gelled mixture is then pressed at a temperature of between 70 and 100 ° C. under a pressure of between 5 and 40 MPa.
  • the method may comprise the following steps:
  • the method may further comprise a step of stripping the sample by immersing the coating material in an aqueous solvent at a temperature above the solubilization temperature of the polysaccharide.
  • the method of the invention is particularly useful for coating material samples with the aid of a hot press, such as a Labopress® or CitoPress® enrober sold by the company Struers.
  • the coating obtained has mechanical properties, and in particular abrasion and hardness properties that are compatible with a surface preparation of a sample of material.
  • the use of a gelling polymer also makes it possible to obtain a reusable and easily recyclable coating in the case where it is used with a metal reinforcing powder or a mixture of metal powder and ceramic powder.
  • a composite powder comprising two different types of powders: an agar-agar powder and a powder of a complex intermetallic alloy, or an agar-agar powder and a reinforcing powder comprising a complex intermetallic alloy and at at least one compound selected from a ceramic compound and a polymeric compound.
  • the reinforcing powders used may be those described above. Each of the powders is weighed accurately to obtain a Agar-agar volume fraction of 50%. The powders are preferably mixed homogeneously using a turbuld. About two to five minutes are needed to mix 200 g of powders.
  • a composite material capable of being used as a coating was prepared by adding a solvent, water in the preferred embodiment, to the mixture of powders with an agar-agar / solvent ratio of 0.2 (the mass and volume titers). being equivalent).
  • the coating of all the above-mentioned samples could be easily separated by immersing the samples in boiling water, about 100 ° C, for three to five minutes.
  • the coating material resulting from the separation operation could be fully reused to reproduce this example.
  • Example 2 This is to obtain a conductive coating material.
  • the procedure of Example 1 was repeated, but using metal reinforcing powders.
  • the metal reinforcing powders were chosen from complex intermetallic alloys based on aluminum. Only crystalline aluminum-based alloys did not render the coating conductive. On the other hand, when the alloys are chosen from quasi-crystalline aluminum, the coating is conductive.
  • An aluminum alloy coated with a gelled polymer material and a mixture of iron and aluminum could be prepared electrolytically (polishing or etching).
  • Conductive coatings comprising a mixture of metal and ceramic powders (40% Fe, 10% SiO 2 ) or metal and polymeric powders (30% quasi-crystalline aluminum, 20% nylon Nylon® 12) were also prepared. ConduFast® resin was used to coat an aluminum alloy sample.
  • the surface could be prepared mechanically and electrolytically.
  • the rewetting by reheating led to the deterioration of the resin (release of toxic and irritating vapors, combustion) and the integrity of the prepared surface is questioned. It was impossible to cleanly separate this coating from the sample of material.
  • the immediate reuse of this coating is not possible because of its partial carbonization.
  • Example 1 The procedure of Example 1 is reproduced, but using this time a thin layer of about 1 to 2 mm of conventional resin (thermosetting or thermoplastic, conductive or otherwise) which is completed by one of the mixtures described in FIG. example 1.
  • conventional resin thermosetting or thermoplastic, conductive or otherwise
  • Example 4 Preparation of an Asphalt for Electron Microscopy
  • a conductive coating material was prepared using one of the mixtures described in Example 2 or in Example 3. Characterization by electron microscopy precludes the presence of solvent in the mix. The solvent evaporates naturally at room temperature (between 15 and 25 ° C) but it is possible to accelerate the evaporation kinetics by annealing under air for about ten minutes at a temperature above 100 ° C. . The coating material was separated from the sample by reproducing the protocol of Example 1.

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Description

PROCEDE D'ENROBAGE D'UN ECHANTILLON
La présente invention concerne un procédé d'enrobage d'échantillons permettant un désenrobage simplifié des échantillons. Le procédé trouve avantageusement son application dans la préparation d'échantillons, par exemple en métallographie où les analyses nécessitent une préparation de surface minutieuse par polissage mécanique, mécano-chimique ou chimique.
Le procédé selon l'invention permet également de rendre possible la conductivité électrique, ce qui est par exemple utile pour une préparation de surface de l'échantillon par voie électrolytique. Il permet également de pouvoir enrober puis découper/tronçonner un échantillon difficilement manipulable ou Fragile.
On utilise la technique d'enrobage pour faciliter la caractérisation d'un échantillon de matériau, pour rendre un échantillon facilement manipulable afin de préparer sa surface par polissage, ou simplement pour pouvoir le découper. On peut notamment enrober un échantillon avec une résine d'enrobage se présentant sous forme de granulés ou de poudre. L'enrobage peut se faire dans une presse à chaud, habituellement appelée enrobeuse, dans laquelle une force de pression comprise entre 1 et 60 tonnes est appliquée sur le matériau d'enrobage porté à une température suffisante pour le densifier. Cette température est généralement comprise entre 150°C et 200°C selon la nuance de résine d'enrobage utilisée.
La résine d'enrobage peut par exemple être choisie parmi les résines commercialisées sous la dénomination Multifast® par la société STRUERS ou encore sous la dénomination PhenoCure® par la société BUEHLER. Ces résines appartiennent à la famille des polymères thermodurcissables ou bien à celle des polymères thermoplastiques.
Il est connu que le pressage à chaud de ces résines d'enrobage permet d'obtenir un enrobé suffisamment résistant mécaniquement pour être manipulé et suffisamment résistant à l'abrasion pour effectuer une préparation de surface d'un échantillon de matériau par polissage. En revanche, aucune résine ne peut être enlevée de l'échantillon sans être détériorée, ce qui ne permet pas de la réutiliser.
Le document EP 0 246 438 décrit un procédé de mise en forme de composés métalliques ou céramiques. Ce document ne décrit pas de matériau d'enrobage obtenu à partir d'un mélange comprenant en tant que poudre de renfort une poudre d'un alliage intermétallique complexe, et son enseignement ne permet pas d'obtenir une préparation de surface d'un échantillon de matériau.
La présente invention a pour objectif de remédier à ces inconvénients.
L'invention propose un procédé simplifié, permettant d'enrober un échantillon de matériau et d'enlever l'enrobage sans risque d'altérer l'échantillon. Le procédé utilise en particulier un matériau d'enrobage réutilisable.
L'invention a ainsi pour objet un procédé d'enrobage, et notamment d'enrobage à chaud, d'un échantillon à l'aide d'un matériau d'enrobage.
Conformément à l'invention, le matériau d'enrobage est obtenu à partir d'un mélange d'une poudre de polysaccharide, en tant que polymère gélifiant, et d'une poudre de renfort qui est une poudre d'un alliage intermétallique complexe ou une poudre comprenant un alliage intermétallique complexe et au moins un composé choisi parmi un composé céramique et un composé polymérique, la fraction volumique de la poudre de renfort n'excédant pas 60% du volume total du mélange.
Le procédé selon l'invention peut ainsi comprendre une étape de mise en forme d'une poudre composite constituée d'un mélange comprenant une poudre de polymère gélifiant et au moins une autre poudre permettant le renforcement du polymère.
On peut par exemple utiliser une enrobeuse à chaud pour transformer un matériau sous forme d'un mélange de poudres, le matériau comprenant un mélange de polymère gélifiant et de poudres intermétalliques complexes ou un mélange de poudres intermétalliques complexes et céramiques ou un mélange de poudres intermétalliques complexes et de poudres polymériques, en un objet solide par pressage à chaud . La quantité du renfort est choisie de manière à ce que sa fraction volumique n'excède pas 60% du volume total du matériau constituant l'enrobage. La demanderesse a découvert que, de manière surprenante, lorsque le procédé est mis en œuvre à partir d'un mélange de poudres comprenant cette teneur limitée en poudre de renfort, le matériau d'enrobage peut être enlevé facilement et être réutilisé totalement. Elle a également constaté qu'en utilisant une poudre de renfort intermétallique complexe ou un mélange de poudres intermétalliques complexes et céramiques, le matériau d'enrobage présentait des propriétés mécaniques, notamment d'usure et de dureté, suffisantes pour une préparation de surface d'un échantillon de matériau par polissage. Elle a également observé que lorsque le procédé est mis en œuvre avec un renfort comprenant une poudre intermétallique complexe ou un mélange de poudres intermétalliques complexes, les propriétés de conduction électrique sont telles qu'elles permettent une préparation de surface d'un échantillon de matériau par voie électrolytique sans avoir à enlever l'enrobage.
En effet, lorsqu'un échantillon métallique est enrobé par une résine conventionnelle, il se trouve totalement isolé électriquement, ce qui rend impossible une préparation de surface par voie électrolytique. L'utilisation d'une résine conductrice est une solution pour pallier cet inconvénient. On peut utiliser comme résine conductrice la résine commercialisée sous la dénomination ConduFast ® par la société STRUERS ou encore sous la dénomination ProbeMet® par la société BUEHLER. De plus, le caractère isolant des matériaux d'enrobage conventionnels rend difficile la caractérisation en microscopie électronique des échantillons enrobés et il est même impossible d'atteindre la résolution optimale sans enlever la résine ou sans créer un contact électrique entre l'échantillon et la platine support à l'aide d'un adhésif à base de cuivre ou de carbone. Dans ce dernier cas, l'observation de petits échantillons (moins de 1 cm) est limitée du fait d'une surface réduite. Pour pallier cet inconvénient, on peut utiliser une résine conductrice choisie parmi les résines commercialisées sous la dénomination PolyFast® par la société STRUERS ou encore sous la dénomination KonductoMet® par la société BUEHLER. Cependant, le coût élevé de ces résines limite leur utilisation. La solution majoritairement utilisée reste d'enlever la résine d'enrobage avec une scie ou une tronçonneuse au risque d'altérer l'échantillon, surtout s'il est Fragile.
La poudre de polymère gélifiant peut être constituée de polysaccharide, comme par exemple une poudre de polymère de galactose connue sous la dénomination d'agar-agar ou d'agarose.
Le polysaccharide est ainsi de préférence un polymère de galactose, comme de l'agar-agar.
La poudre de renfort peut comprendre une poudre d'un composé intermétallique complexe comprenant comme base (plus de 50% en pourcentage atomique) au moins un élément choisi parmi le fer, l'aluminium, le cuivre, le chrome, le nickel, le zinc et le titane.
La poudre de renfort peut également être une poudre d'alliages intermétalliques complexes d'un ou plusieurs de ces éléments, sans que ces éléments aient un pourcentage atomique supérieur à 50%.
La poudre de renfort peut être un mélange de poudre(s) d'alliage(s) métallique(s) complexe(s) et de poudre(s) céramique(s) ou un mélange de poudre(s) d'alliage(s) intermétallique(s) complexe(s) et de poudre(s) polymérique(s). La poudre céramique peut être par exemple une poudre d'alumine (Al203), de silice (Si02), de nitrure d'aluminium (AIN), de carbure de silicium (SiC), de carbure de tungstène (WC) ou d'un mélange de celles-ci. Dans un mode de réalisation préféré, une teneur en céramique inférieure à 10% en volume est ajoutée à la poudre métallique. La poudre polymère peut être une poudre d'un polymère choisi parmi les polymères organiques thermoplastiques tels que les polyamides (par exemple de type Nylon 6, Nylon 11, Nylon 12), et les copolymères d'amide (par exemple le Nylon 6-12).
La poudre de renfort est de préférence une poudre d'un alliage intermétallique complexe, et notamment d'un alliage intermétallique complexe à base d'aluminium.
Un alliage intermétallique complexe peut être un alliage métallique comprenant un pourcentage atomique d'aluminium supérieur à 50%.
Dans le présent texte, "alliage intermétallique complexe" désigne un alliage qui comprend une ou plusieurs phases quasi-cristallines qui sont soit des phases quasi-cristallines au sens strict, soit des phases approximantes. Les phases quasi-cristallines au sens strict sont des phases présentant des symétries de rotation normalement incompatibles avec la symétrie de translation, c'est-à-dire des symétries d'axe de rotation d'ordre 5, 8, 10 ou 12, ces symétries étant révélées par les techniques de diffraction . A titre d'exemple, on peut citer la phase icosaédrique de groupe ponctuel «¾3 5 et la phase décagonale de groupe ponctuel 10/mmm.
Les phases approximantes ou composés approximants sont des cristaux vrais dans la mesure où leur structure cristallographique reste compatible avec la symétrie de translation, mais qui présentent, dans le cliché de diffraction d'électrons, des figures de diffraction dont la symétrie est proche d'une symétrie d'ordre 5, 8, 10 ou 12. Ce sont des phases caractérisées par une maille élémentaire contenant plusieurs dizaines, voir plusieurs centaines d'atomes, et dont l'ordre local présente des arrangements de symétrie presque icosaédrique ou décagonale similaire aux phases quasi-cristallines parentes.
Parmi ces phases, on peut citer à titre d'exemple la phase orthorhombique Oi, caractéristique d'un alliage ayant la composition atomique I65Cu2oFeioCr5, dont les paramètres de maille exprimés en nm sont : a0 (1) = 2,366, b0 (1) = 1,267, c0 (1) = 3,252. Cette phase orthorhombique Oi est dite approximante de la phase décagonale. La nature des deux phases peut être identifiée par microscopie électronique en transmission .
On peut également citer la phase rhomboédrique de paramètres aR = 3,208 nm, a = 36°, présente dans les alliages de composition atomique voisine de AI64Cu24Fei2. Cette phase est une phase approximante de la phase icosaédrique.
On peut aussi citer des phases 02 et 03 orthorhombiques de paramètres respectifs en nm a0 (2) = 3,83 ; b0 (2) = 0,41 ; c0 (2) = 5,26 ainsi que a0 (3) = 3,25 ; b0 (3) = 0,41 ; c0 (3) = 9,8, présentes dans un alliage de composition atomique AI63Cui7,5Coi7,5Si2 ou encore la phase orthorhombique 04 de paramètres en nm a0 (4) = 1,46 ; b0 (4) = 1,23 ; c0 (4) = 1,24, qui se forme dans l'alliage dont la composition atomique est AI63Cu8Fei2Cri7. On peut encore citer une phase C, de structure cubique, très souvent observée en coexistence avec les phases approximantes ou quasi-cristallines vraies. Cette phase, qui se forme dans certains alliages Al-Cu-Fe et Al-Cu-Fe- Cr, consiste en une surstructure, par effet d'ordre chimique des éléments d'alliage par rapport aux sites d'aluminium, d'une phase de structure type Cs-CI et de paramètre de réseau ai = 0,297 nm. Un diagramme de diffraction de cette phase cubique a été publié pour un échantillon de phase cubique pure et de composition atomique AI65Cu2oFei5 en nombre d'atomes.
On peut aussi citer une phase H de structure hexagonale qui dérive directement de la phase C comme le démontrent les relations d'épitaxie observées par microscopie électronique entre cristaux des phases C et H et les relations simples qui relient les paramètres des réseaux cristallins, à savoir aH = > ïaJ (à 4,5% près) et cH = 3-J a 2 (à 2,5% près). Cette phase est isotype d'une phase hexagonale, notée ΦΑΙΜη, découverte dans des alliages Al-Mn contenant 40% en poids de Mn.
La phase cubique, ses surstructures et les phases qui en dérivent, constituent une classe de phases approximantes des phases quasi-cristallines de compositions voisines.
Les alliages quasi-cristallins du système Al-Cu-Fe sont particulièrement appropriés pour la mise en œuvre du procédé de la présente invention. On peut citer en particulier les alliages qui ont l'une des compositions atomiques suivantes : AI62Cu25,5Fei2,5, AI59Cu25,5Fei2,5B3, et Al7i,3Fe8,iCoi2,8Cr7,8. Ces alliages sont commercialisés par la société Saint- Gobain. En particulier, l'alliage AI59Cu25,5Fei2,4B3 est commercialisé sous la dénomination Cristome Fl, l'alliage ommercialisé sous la dénomination Cristome Al, et l'all est commercialisé sous la dénomination Cristome BTl . Ces alliages complexes ont pour avantage de posséder des propriétés tribologiques (frottement et usure), de surface (faible énergie de surface), mécaniques (dureté, limite d'élasticité et module d'Young), de conductivité thermique et électriques (résistivité élevée), différentes de celles des alliages d'aluminium cristallins. La fraction volumique de la poudre de renfort peut être comprise entre 40 et 60% du volume total du mélange.
Le mélange de poudre de polymère gélifiant et de poudre de renfort peut contenir de 40 à 80% en volume de polymère gélifiant, plus particulièrement de 45 à 75%.
La fraction volumique du renfort pourra facilement être calculée par l'homme de métier à partir de la masse et de la masse volumique des différents constituants du mélange.
Dans le mélange de poudres utilisé pour la mise en œuvre du procédé, les particules de polysaccharide et/ou de renfort ont de préférence une taille moyenne comprise entre 1 et 1000 pm, et plus particulièrement entre 10 et 100 pm.
Le procédé peut comprendre une étape de chauffage du mélange dans un solvant aqueux, typiquement de l'eau, à une température comprise entre 70 et 100°C, puis une étape de gélification du mélange en refroidissant le mélange jusqu'à une température inférieure à 70°C.
Le procédé peut également comprendre une étape de pressage du mélange gélifié. L'étape de pressage peut être réalisée à une température comprise entre 70 et 100°C. L'étape de pressage peut en outre être réalisée sous une pression comprise entre 5 et 40 MPa.
Dans un mode de réalisation préféré, le mélange de poudres est chauffé dans de l'eau jusqu'à une température de l'ordre de 100°C pendant quelques secondes. Il est ensuite refroidi à l'air ambiant (entre 15 et 25°C). Ce mélange gélifié est ensuite pressé à une température comprise entre 70 et 100°C sous une pression comprise entre 5 et 40 MPa.
Le procédé peut comprendre les étapes suivantes :
- préparation d'un mélange d'une poudre de polysaccharide et d'une poudre de renfort qui est une poudre d'un alliage intermétallique complexe ou une poudre comprenant un alliage intermétallique complexe et au moins un composé choisi parmi un composé céramique et un composé polymérique, la Fraction volumique de la poudre de renfort n'excédant pas 60% du volume total du mélange, - chauffage du mélange dans un solvant aqueux jusqu'à une température supérieure à la température de solubilisation du polysaccharide,
- gélification du mélange par refroidissement du mélange, de manière à augmenter sa viscosité, et
- enrobage de l'échantillon par pressage à chaud, de manière à diminuer la viscosité du mélange autour de l'échantillon. Le procédé peut en outre comprendre une étape de désenrobage de l'échantillon par immersion du matériau d'enrobage dans un solvant aqueux à une température supérieure à la température de solubilisation du polysaccharide.
Le procédé de l'invention est particulièrement utile pour l'enrobage d'échantillons de matériau à l'aide d'une presse à chaud, comme par exemple une enrobeuse Labopress® ou CitoPress® commercialisée par la société STRUERS. L'enrobage obtenu présente des propriétés mécaniques, et notamment des propriétés d'abrasion et de dureté compatibles avec une préparation de surface d'échantillon de matériau. L'utilisation d'un polymère gélifiant permet en outre l'obtention d'un enrobage réutilisable et facilement recyclable dans le cas où il est mis en œuvre avec une poudre de renforcement métallique ou un mélange de poudre métallique et de poudre céramique.
La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des exemples suivants, auxquels elle n'est cependant pas limitée.
Exemple 1 : enrobage, séparation et réutilisation de l'enrobage
Préparation de la poudre
On a préparé une poudre composite comprenant deux natures de poudres différentes : une poudre d'agar-agar et une poudre d'un alliage intermétallique complexe, ou une poudre d'agar-agar et une poudre de renfort comprenant un alliage intermétallique complexe et au moins un composé choisi parmi un composé céramique et un composé polymérique.
Les poudres de renfort utilisées peuvent être celles décrites plus haut. Chacune des poudres est pesée avec précision de manière à obtenir une Fraction volumique d'agar-agar de 50%. Les poudres sont de préférence mélangées de façon homogène à l'aide d'un turbulat. Environ deux à cinq minutes sont nécessaires pour mélanger 200 g de poudres.
Préparation du matériau d'enrobage
On a préparé un matériau composite apte à être utilisé comme enrobant en ajoutant un solvant, de l'eau dans le mode de réalisation préféré, au mélange de poudres avec un ratio agar-agar/solvant de 0,2 (les titres massique et volumique étant équivalents).
Enrobage d'un échantillon de matériau
On a effectué plusieurs enrobages d'échantillons de matériaux divers tels que le fer, l'acier, la fonte, le cuivre, le laiton, l'aluminium, le titane. Les propriétés mécaniques et d'abrasion ont permis la préparation de surface par voie mécanique de tous ces échantillons.
Séparation de l'enrobage de l'échantillon de matériau
L'enrobage de tous les échantillons cités précédemment a pu être séparé facilement par immersion des échantillons dans de l'eau portée à ébullition, soit environ 100°C, pendant trois à cinq minutes. Le matériau d'enrobage issu de l'opération de séparation a pu être entièrement réutilisé pour reproduire cet exemple.
Exemple 2 : préparation de surface par voie électrolytique
Il s'agit ici d'obtenir un matériau d'enrobage conducteur. On a reproduit le mode opératoire de l'exemple 1, mais en utilisant des poudres de renfort métalliques. Les poudres de renfort métalliques ont été choisies parmi les alliages intermétalliques complexes à base d'aluminium. Seuls les alliages à base d'aluminium cristallin n'ont pas rendu l'enrobage conducteur. En revanche, lorsque les alliages sont choisis parmi les aluminiums quasi- cristallins, l'enrobage est conducteur. On a pu préparer par voie électrolytique (polissage ou attaque) un alliage d'aluminium enrobé par un matériau constitué de polymère gélifié et d'un mélange de fer et d'aluminium. On a également préparé des enrobages conducteurs comprenant un mélange de poudres métalliques et céramiques (40% Fe, 10% Si02) ou de poudres métalliques et polymériques (30% aluminiums quasi-cristallins, 20% de polyamide Nylon® 12). On a utilisé la résine ConduFast® pour enrober un échantillon d'alliage d'aluminium. La surface a pu être préparée par voie mécanique et électrolytique. Cependant, le désenrobage par réchauffage a mené à la détérioration de la résine (dégagement de vapeurs toxiques et irritantes, combustion) et l'intégrité de la surface préparée est remise en cause. Il a été impossible de séparer proprement cet enrobage de l'échantillon de matériau. De plus, la réutilisation immédiate de cet enrobage n'est pas envisageable du fait de sa carbonisation partielle.
Exemple 3 : préparation d'un enrobé multicouche
On reproduit le mode opératoire de l'exemple 1, mais en utilisant cette Fois une fine couche de 1 à 2 mm environ de résine conventionnelle (thermodurcissable ou thermoplastique, conductrice ou non) que l'on complète par un des mélanges décrits dans l'exemple 1.
Dans le cas où l'enrobage doit être conducteur, on reproduit ce mode opératoire mais en utilisant un des mélanges décrits dans l'exemple 2. On s'assure alors que la couche de résine conventionnelle ne dépasse pas la hauteur de l'échantillon de matériau à préparer de sorte que le matériau et le mélange soient en contact. On obtient un enrobé dont les caractéristiques mécaniques permettent sa préparation de surface (par voie mécanique, électrolytique ou chimique). De plus, la présence d'une couche de résine conventionnelle permet d'améliorer les effets de bords liés à la préparation mécanique. Exemple 4 : préparation d'un enrobé destiné à la microscopie électronique
On a préparé un matériau d'enrobage conducteur en utilisant un des mélanges décrits dans l'exemple 2 ou dans l'exemple 3. La caractérisation par microscopie électronique interdit la présence de solvant dans l'enrobé. Le solvant s'évapore naturellement à température ambiante (comprise entre 15 et 25°C) mais il est possible d'accélérer la cinétique d'évaporation en effectuant un recuit sous air d'une dizaine de minutes à une température supérieure à 100°C. On a séparé le matériau d'enrobage de l'échantillon en reproduisant le protocole de l'exemple 1.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'enrobage d'un échantillon à l'aide d'un matériau d'enrobage, caractérisé en ce que le matériau d'enrobage est obtenu à partir d'un mélange d'une poudre de polysaccharide, en tant que polymère gélifiant, et d'une poudre de renfort qui est une poudre d'un alliage intermétallique complexe ou une poudre comprenant un alliage intermétallique complexe et au moins un composé choisi parmi un composé céramique et un composé polymérique, la fraction volumique de la poudre de renfort n'excédant pas 60% du volume total du mélange.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polysaccharide est un polymère de galactose.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le polymère de galactose est de l'agar-agar.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la poudre de renfort est une poudre d'un alliage intermétallique complexe.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la fraction volumique de la poudre de renfort est comprise entre 40 et 60% du volume total du mélange.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les particules de polysaccharide et/ou de renfort ont une taille moyenne comprise entre 1 et 1000 pm.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les particules de polysaccharide et/ou de renfort ont une taille moyenne comprise entre 10 et 100 pm.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de chauffage du mélange dans un solvant aqueux, à une température comprise entre 70 et 100°C, puis une étape de gélification du mélange en refroidissant le mélange jusqu'à une température inférieure à 70°C.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre une étape de pressage du mélange gélifié.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape de pressage est réalisée à une température comprise entre 70 et 100°C.
11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que l'étape de pressage est réalisée sous une pression comprise entre 5 et 40 MPa.
12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- préparation d'un mélange d'une poudre de polysaccharide et d'une poudre de renfort qui est une poudre d'un alliage intermétallique complexe ou une poudre comprenant un alliage intermétallique complexe et au moins un composé choisi parmi un composé céramique et un composé polymérique, la fraction volumique de la poudre de renfort n'excédant pas 60% du volume total du mélange,
- chauffage du mélange dans un solvant aqueux jusqu'à une température supérieure à la température de solubilisation du polysaccharide,
- gélification du mélange par refroidissement du mélange, de manière à augmenter sa viscosité, et
- enrobage de l'échantillon par pressage à chaud, de manière à diminuer la viscosité du mélange autour de l'échantillon.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la poudre de renfort est une poudre d'un alliage intermétallique complexe.
14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de désenrobage de l'échantillon par immersion du matériau d'enrobage dans un solvant aqueux à une température supérieure à la température de solubilisation du polysaccharide.
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