EP3999264A1 - Process for manufacturing a part comprising aluminium - Google Patents

Process for manufacturing a part comprising aluminium

Info

Publication number
EP3999264A1
EP3999264A1 EP20737223.6A EP20737223A EP3999264A1 EP 3999264 A1 EP3999264 A1 EP 3999264A1 EP 20737223 A EP20737223 A EP 20737223A EP 3999264 A1 EP3999264 A1 EP 3999264A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polymer
reinforcing
powder
reinforcing compound
compound
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.)
Pending
Application number
EP20737223.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Samuel Kenzari
Vincent Fournee
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
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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 filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP3999264A1 publication Critical patent/EP3999264A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30Process control
    • B22F10/36Process control of energy beam parameters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0408Light metal alloys
    • C22C1/0416Aluminium-based alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C2200/00Crystalline structure
    • C22C2200/06Quasicrystalline
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C32/00Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0094Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with organic materials as the main non-metallic constituent, e.g. resin
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing functional parts comprising aluminum, in particular to a rapid method of manufacturing composite functional parts comprising aluminum. It also relates to the parts obtained using the process.
  • Selective laser sintering also called Selective Laser Sintering (SLS) in English, is a process allowing the shaping of a part by successive contributions of material in the form of powders.
  • This process uses a laser to transform a powdered material, comprising a mixture of metal powders and polymer powder, into a solid object by selective sintering without external pressure.
  • document FR 2 950 826 has proposed a process which comprises a step of selective laser sintering of a mixture comprising a polymer powder and a powder of a quasi-crystalline aluminum alloy. .
  • the part obtained When the process is implemented from a mixture of powders comprising a limited content of quasi-crystalline aluminum alloy, the part obtained has a very low rate of porosity, and therefore a higher seal than when the process is implemented from crystalline aluminum powder.
  • the part obtained By using a quasi-crystalline aluminum alloy, the part obtained exhibits improved mechanical properties, in particular wear, friction and hardness.
  • An improvement of this patent is described in WO 2013/026972. It has been found that the addition of a reinforcing compound having given properties in terms of contact angle and thermal conductivity improves hardness and wear resistance, while exhibiting less brittleness and brittleness. while retaining the sealing properties of the parts obtained with the prior patent FR 2 950 826.
  • the composite material manufactured according to this process is marketed under the name PAQc.
  • the invention aims to further improve the mechanical properties of traditional PAQc materials.
  • the invention consists of an improvement of the method of WO 2013/026972, and proposes a method making it possible to rapidly obtain functional parts of complex shape having a metallic appearance and which have a very good seal, said parts further exhibiting reduced brittleness and very good hardness and wear resistance properties.
  • the subject of the present invention is thus a method of manufacturing a part comprising aluminum.
  • the method according to the invention comprises a step of selective laser sintering of a mixture comprising: (a) a polymer powder to form the matrix,
  • the present method is based on the method described in WO 2013/026972, and therefore allows the manufacture of functional parts resistant to friction and wear under severe conditions (humidity, sliding on metal or ceramic part).
  • the parts are relatively light, of low density, and with isotropic properties.
  • the present process during the selective sintering of a layer or stratum of the powder mixture, laser energy is supplied to melt the polymer powder of the matrix.
  • the first reinforcing compound is wetted by the molten matrix polymer at the specified angle.
  • One merit of the invention is to have found, surprisingly, a way to improve the mechanical properties of the conventional PAQc material, by adding the second reinforcing compound which is a polymer with a melting point (or degradation ) greater than that of the matrix, and this without compromising the other good characteristics obtained by the process, in particular the tribological and sealing properties.
  • the product obtained with the present process has in particular a better tensile strength and / or an increased elongation at break.
  • the first tests on products manufactured with the present process made it possible to observe a dimensional stability of the same level as that accepted industrially.
  • the mechanical tests demonstrate a gain in elongation at break of 14 to 30%, and a gain in ultimate stress at break of 10 to 17% depending on the compositions, and that with good tribological and sealing properties.
  • the present process makes it possible in particular to manufacture parts which meet a porosity / tightness test corresponding to industrial demands and consisting in testing the porosity of a wall thickness of 1 mm in water at a temperature of 120 ° C and a pressure of 7 bars.
  • a cylindrical sleeve is generally manufactured with a wall thickness of 1 mm, inside which the test fluid is applied (here water at 120 ° C. and 7 bars).
  • the weight of the alloy is preferably less than or equal to 50% of the sum of the weight of the alloy and the weight of the reinforcing compounds.
  • the quantity of powder of the first reinforcing compound is chosen so that the volume fraction of the first reinforcing compound, after the sintering step, does not exceed 10% of the total volume of the part.
  • the quantity of powder of the second reinforcing compound is chosen so that the volume fraction of the second reinforcing compound, after the sintering step, does not exceed 10% of the total volume of the part.
  • the weight of the second reinforcing reinforcing compound preferably does not exceed 10% of the total weight of the mixture.
  • thermoplastic or thermosetting polymers may be used for the second reinforcing compound.
  • the powder of the second reinforcing compound may consist of a powder of a single polymer, or of a mixture of powders of different polymers (two or more). When it comes to a mixture, it is also possible to mix thermoplastic and thermosetting polymers. In all In these cases, the second reinforcing compound is formed from polymer (s) whose melting point is at least 1 ° C, preferably at least 5 ° C, above the melting temperature of the matrix. If the powder of the second reinforcing compound is a mixture of different polymers, then all of them meet this melting temperature criterion.
  • melting temperature here refers to the temperature at which the polymer becomes liquid and can be shaped, as is conventionally understood for thermoplastic polymers.
  • the term “melting temperature” is to be understood as the “degradation temperature”, which should therefore be situated above the temperature of. melting of the matrix polymer, in particular at least 1 or 5 ° C above.
  • the polymers which are particularly preferred for the second reinforcing compound are in particular the polyesters PA11 or PEEK.
  • Ekonol ® is used as a second powder reinforcing compound marketed under the trademark Ekonol ® by the company Saint-Gobain. It is a polyester powder with an average particle size of 60 to 75 mm; particles remain cohesive and solid at temperatures of 260-320 ° C, and above.
  • the material is supplied layer by layer, therefore by strata, by scanning the laser so as to operate a selective sintering of the desired locations of the stratum. Care will be taken, especially when the difference between the melting temperatures is small, to control the energy delivered locally by the laser so as to melt only the polymer powder which constitutes the matrix, without melting the powder of the second compound.
  • the contact angle is less than 90 °, and preferably less than 40 °.
  • the thermal conductivity at 20 ° C of the reinforcing compound is less than 100 W / m.K, and preferably less than 60 W / m.K.
  • the powder mixture may consist of matrix polymer powder, quasi-crystalline aluminum alloy powder, and powders of the two backing compounds.
  • the mixture can also include adjuvants. It is possible for example to carry out a surface functionalization treatment of the particles of the first reinforcing compound with aminosilane in order to improve the adhesion between the polymer matrix and the alloy and / or the reinforcing compounds.
  • the first reinforcing compound can be chosen from ceramics and metal alloys; in general, the first reinforcing compound does not melt, respectively is not degraded by heat, within the framework of the SLS process implemented.
  • the first reinforcing compound is a ceramic
  • the latter can be chosen from borides, carbides, oxides, nitrides and their mixtures.
  • the first reinforcing compound is a metal alloy
  • it can be chosen from stainless steels (iron-based), titanium alloys (titanium-based), bronzes (copper-based) , superalloys (in particular based on nickel, cobalt or iron) and their mixtures.
  • based on means "comprising more than 50% by weight of”.
  • the first reinforcing compound can be very particularly chosen from B 4 C (Boron carbide), WC / Co (tungsten carbide / cobalt), TiB 2 (titanium diboride), TiO 2 (titanium dioxide), compounds with Al 2 O 3 based (eg alumina, ruby, sapphire), SiO 2 based compounds (eg silica, quartz, glass), ZrO 2 (zirconia), BN (boron nitride), Si 3 N 4 (silicon nitride), stainless steels (e.g. Fe 72 Cr 18 Ni 10 ; Fe 70 Cr 25 AI 5 ), titanium / aluminum / vanadium alloys (e.g.
  • the reinforcing compound can also be a mixture of these different compounds.
  • the part obtained by the method of the invention is a composite material comprising in particular a polymer matrix, an optionally multi-phase complex metal alloy, and two reinforcing compounds.
  • the quasi-crystalline aluminum alloy can be a complex metal alloy comprising an atomic percentage of aluminum greater than 50%.
  • the process of the invention is implemented from a powder of a quasi-crystalline aluminum alloy.
  • quasi-crystalline alloy designates an alloy which comprises one or more quasi-crystalline phases which are either quasi-crystalline phases in the strict sense, or approximate phases.
  • Quasicrystalline phases in the strict sense are phases exhibiting rotational symmetries normally incompatible with translational symmetry, that is to say rotational symmetries of order 5, 8, 10 or 12, these symmetries being revealed by diffraction techniques.
  • the approximating phases or approximating compounds are true crystals insofar as their crystallographic structure remains compatible with the translational symmetry, but which present, in the electron diffraction photograph, diffraction figures whose symmetry is close to a symmetry of order 5, 8, 10 or 12.
  • These are phases characterized by an elementary cell containing several tens, even several hundreds of atoms, and whose local order presents arrangements of almost icosahedral or decagonal symmetry similar to the phases quasi-crystalline relatives.
  • This orthorhombic phase Oi is said to approximate the decagonal phase.
  • the nature of the two phases can be identified by transmission electron microscopy.
  • This phase is an approximate phase of the icosahedral phase.
  • phase C of cubic structure, very often observed in coexistence with the true approximate or quasi-crystalline phases.
  • a diffraction diagram of this cubic phase has been published for a sample of pure cubic phase and atomic composition Al 65 Cu 20 Fe 15 in number of atoms.
  • This phase is isotype of a hexagonal phase, noted
  • the cubic phase, its superstructures and the phases which derive therefrom constitute a class of phases approximating the quasi-crystalline phases of similar compositions.
  • the quasi-crystalline alloys of the Al-Cu-Fe system and of the Al-Fe-Co-Cr system are particularly suitable for carrying out the process of the present invention. Mention may in particular be made of the alloys which have one of the following atomic compositions; Al 62 Cu 25.5 Fe 12.5 , AI 59 Cu 25.5 Fe 12.5 B 3 , AI 71 Cu 9.7 Fe 8.7 Cr 10.6 , and AI 71.3 Fe 8.1 Co 12 , 8 Cr 7.8 . These alloys are marketed by the company Saint-Gobain.
  • the alloy AI 59 Cu 25.5 Fe 12.4 B 3 is marketed under the name Cristome Fl
  • the alloy AI 71 Cu 9.7 Fe 8.7 Cr 10.6 is marketed under the name Cristome A1
  • the alloy Al 71.3 Fe 8.1 Co 12.8 Cr 7.8 is marketed under the name Cristome BT1.
  • These complex alloys have the advantage of having tribological (friction and wear), surface (low surface energy), mechanical (hardness, elastic limit and Young's modulus), thermal and electrical conductivity (high resistivity), different from those of crystalline aluminum alloys.
  • the polymer for the matrix can generally be chosen from thermoplastics. It may for example be chosen from thermoplastic organic polymers such as polyamides (for example of the Nylon 6, Nylon 11, Nylon 12 type), amide copolymers (for example nylon 6-12), polyacetates, polyethylenes. , as well as polyetheretherketone, designated by the acronym PEEK (PolyEtherEtherKetone in English).
  • thermoplastic organic polymers such as polyamides (for example of the Nylon 6, Nylon 11, Nylon 12 type), amide copolymers (for example nylon 6-12), polyacetates, polyethylenes.
  • PEEK PolyEtherEtherKetone in English
  • the preferred polymers are polyamides and polyetheretherketone.
  • the mixture may contain from 1 to 30% by weight of quasi-crystalline aluminum alloy, more particularly from 10 to 20%.
  • the volume fraction of the quasi-crystalline aluminum alloy can easily be calculated by a person skilled in the art from the mass and the density of the various constituents of the mixture.
  • the polymer powder added to form the matrix can represent from 20 to 95% by weight of the mixture, more particularly from 35 to 70%.
  • the mixture can contain from 1 to 50% by weight of reinforcing compounds, more particularly from 10 to 45%.
  • the alloy particles in particular of quasi-crystalline aluminum, preferably have an average particle size of between 1 and 120 mm, more particularly between 10 and 75 mm .
  • the polymer particles for the matrix preferably have an average particle size of between 1 and 120 mm, particularly between 1 and 90 mm, and more particularly between 40 and 75 mm.
  • the particles of the first reinforcing compound and / or the second reinforcing compound preferably have an average particle size of between 1 and 120 mm, more particularly less than 90 mm, and even more particularly between 10 and 75 mm.
  • the particles of the powder of the second reinforcing compound are preferably generally spherical. Fiber-like forms should preferably be avoided.
  • the powder particles can have a certain surface roughness, favorable to the bonding with the polymer of the matrix.
  • the shape of the Ekonol ® particles is considered advantageous in the context of the present process.
  • the contact angle can be measured by any technique known to those skilled in the art, and in particular by the so-called “drop-drop” method.
  • the drop drop method consists in placing a drop of liquid of about 0.4 mL on the surface of the material to be studied and in measuring the contact angle q between the liquid and the solid. This angle corresponds to the angle between the tangent to the drop at the point of contact and the surface of the material.
  • the shape of a drop on the surface of a solid is governed by three parameters: solid / liquid interfacial energy (g sl ) solid / vapor interfacial energy (g sv ) energy liquid / vapor interfacial (g lv )
  • the interfacial energies g sv , g sl and g lv are expressed in mJ.m -2 and the contact angle in degrees.
  • the contact angle q gives an indication of the wettability of the material. Indeed, the measurement of q makes it possible to deduce the non-wetting (wide angle, low interfacial energy) or wetting (small angle, high interfacial energy) character of the surface. The lower this angle, the more the liquid will wet the surface. Conversely, complete non-wetting will be obtained with an angle of 180 ° (ie a sphere of liquid in contact with the substrate).
  • the protocol used to prepare the surface of the samples before performing the contact angle measurements is described in FR 2 950 826, and is incorporated by reference.
  • samples A The surface of samples A is water-polished with SiC abrasive paper up to grade 4000 (corresponding to an average grain size of less than 8 mm). Samples A are then cleaned in an ultrasonic tank then rinsed with methanol and dried with an electric dryer. Before and after each series of measurements, they are wiped with an optical paper and then left in the open air. To avoid polluting the A samples with the hands, they are handled using a metal clamp.
  • the measurements are carried out for example using an apparatus marketed under the name Digidrop Contact Angle Meter by the company GBX Scientific Instrument, and which is located in an air-conditioned room.
  • This device is equipped with a light source B, a syringe C controlled manually to form the drop to be deposited, a sample holder whose movement (horizontal and vertical) is also done manually and a video camera D making it possible to obtain the image of the drop-syringe-sample assembly on a screen of a computer E.
  • a focus is made with the camera D at the place where a drop F will be filed.
  • the angle q is measured in automatic mode via dynamic analysis of the image.
  • the present method can be implemented using conventional SLS equipment.
  • the present method can be implemented using a device as illustrated in FIG. 3 of WO 2013/026972.
  • the selective laser sintering is preferably computer assisted.
  • the mixture of powders is heated to a temperature a few degrees Celsius lower than the melting temperature of the polymer added to form the matrix, for example to a temperature 1 to 10 ° C lower. at the melting temperature of the polymer.
  • the energy required for fusion is then supplied by the laser.
  • the energy of the laser is controlled so as not to exceed the melting temperature of the second reinforcing compound, respectively not degrade the second reinforcing compound when it is a thermosetting polymer.
  • a subject of the invention is also a part comprising aluminum obtained by a process described above.
  • the parts obtained may have a volume porosity rate of less than 5%, and in particular less than 3%, and more particularly less than 1%.
  • the apparent density equal to the mass / volume ratio of the part may be greater than or equal to 95% of the theoretical density of the part, and in particular greater than or equal to 97% of the theoretical density of the part, and more particularly greater than or equal to 99% of the theoretical density of the part.
  • the process of the invention is particularly useful for the rapid manufacture of light parts with an apparent density of between 1 and 3 g / cm 3 and without shape constraint.
  • Selective laser sintering allows easy and non-toxic production of parts that have the desired complex shape.
  • the use of a quasi-crystalline aluminum alloy and of a reinforcing compound allows the production of parts having a seal that is superior to that of parts obtained with crystalline aluminum.
  • the parts obtained also exhibit remarkable mechanical properties, and in particular wear, friction and hardness properties which are better than those of parts obtained with crystalline aluminum.
  • the invention relates to a composite part manufactured by selective laser sintering comprising a polymer matrix comprising: particles of a quasi-crystalline aluminum alloy, particles of a first reinforcing compound forming an angle of contact with a drop of polymer placed on its surface less than 90 ° and having a thermal conductivity at 20 ° C less than 100 W / m. K, wherein the matrix further comprises particles of a second polymeric reinforcing compound having a melting temperature higher than the melting temperature of the polymer of the matrix; and the sum of the weight of the alloy and the weight of the reinforcing compounds does not exceed 80% of the total weight of the composite.
  • the part comprises one or more of the following characteristics; the melting temperature of the second reinforcing compound is at least 1 ° C, preferably at least 5 ° C higher than the melting temperature of the matrix, the weight of the second reinforcing reinforcing compound does not exceed 10 % of the total weight of the composite.
  • the particles of the second reinforcing compound comprise particles of a thermoplastic polymer or particles of a thermosetting polymer, or a mixture thereof.
  • the polymers of the second reinforcing compound can be chosen as described above.
  • the first reinforcing compound is chosen from ceramics, in particular borides, carbides, oxides, nitrides and their mixtures, and metal alloys, in particular as described above.
  • the quasi-crystalline aluminum alloy is a complex metal alloy comprising an atomic percentage of aluminum greater than 50%.
  • FIG. 1 is a graph showing the stress-strain curves for four different compositions
  • compositions 1 and 2 Two compositions obtained with the process according to the invention, denoted compositions 1 and 2;
  • the mechanical tests show that the gain in elongation at break varies from 14 to 30% and that the gain for the ultimate stress at break varies from 10 to 17%, for the compositions according to the invention. .
  • Concerning the tribological properties of composites, pion / disc tests for composites 1 and 2 show a very low coefficient of friction ( ⁇ 0.25) and comparable to that of PAQc G and PAQc N.
  • cylindrical sleeves made with compositions 1 and 2 made it possible to verify the tightness of these materials by subjecting them to a test with water at 120 ° C and under a pressure of 7 bars. It has been observed that the compositions according to the invention do not alter the sealing property, while providing superior mechanical qualities.
  • PAQC G 85% vol. Polyamide 12 + 15% vol. (Alloy Qc + Compound n ° 1)
  • PAQC N 85% vol. Polyamide 11 + 15% vol. (Alloy Qc + Compound n ° 1)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

A process for manufacturing a part comprising aluminium is presented, which process comprises a step of selective laser sintering of a mixture comprising: a polymer powder for forming the matrix, a powder of a quasicrystalline aluminium alloy, and a powder of a first reinforcing compound forming a contact angle with a drop of polymer placed on the surface thereof of less than 90° and having a thermal conductivity at 20°C of less than 100 W/m.K. The mixture also comprises a powder of a second reinforcing compound, made of polymer, having a melting point (or decomposition temperature) higher than the melting point of the polymer of the matrix. The sum of the weight of the alloy and of the weight of the reinforcing compounds does not exceed 80% of the total weight of the mixture.

Description

Procédé de fabrication d'une pièce comprenant de l'aluminium Method of manufacturing a part comprising aluminum
Domaine technique Technical area
La présente invention concerne un procédé de fabrication de pièces fonctionnelles comprenant de l'aluminium, en particulier un procédé de fabrication rapide de pièces fonctionnelles composites comprenant de l'aluminium. Elle a également pour objet les pièces obtenues à l'aide du procédé. The present invention relates to a method of manufacturing functional parts comprising aluminum, in particular to a rapid method of manufacturing composite functional parts comprising aluminum. It also relates to the parts obtained using the process.
Etat de la technique State of the art
Il est connu, pour obtenir des pièces fonctionnelles rigides présentant un aspect métallique d'aluminium moulé, de soumettre un mélange de poudres d'aluminium cristallin et d'une matrice de polyamide à un procédé de frittage sélectif par laser, dit SLS. De telles pièces sont par exemples commercialisées sous la dénomination DuraForm® AF par la société BD SYSTEMS ou encore sous la dénomination ALUMIDE® par la société EOS. It is known, in order to obtain rigid functional parts exhibiting a metallic appearance of cast aluminum, to subject a mixture of crystalline aluminum powders and a polyamide matrix to a selective laser sintering process, called SLS. Such parts are for example marketed under the name DuraForm ® AF by the company BD SYSTEMS or under the name Alumide ® by the EOS company.
Le frittage sélectif par laser, également appelé Sélective Laser Sintering (SLS) en langue anglaise, est un procédé permettant la mise en forme d'une pièce par apports successifs de matière sous forme de poudres. Selective laser sintering, also called Selective Laser Sintering (SLS) in English, is a process allowing the shaping of a part by successive contributions of material in the form of powders.
Ce procédé utilise un laser pour transformer un matériau sous forme de poudres, comprenant un mélange de poudres métalliques et de poudre de polymère, en un objet solide par frittage sélectif sans pression extérieure. This process uses a laser to transform a powdered material, comprising a mixture of metal powders and polymer powder, into a solid object by selective sintering without external pressure.
Il est connu que le frittage sélectif par laser permet de réaliser des pièces sans contrainte de forme, avec une grande précision (±0.2 mm), mais avec un taux de porosité important. It is known that selective laser sintering makes it possible to produce parts without shape constraint, with great precision (± 0.2 mm), but with a high porosity rate.
Lorsque le mélange est fritté sous l'action du laser, les pièces ont l'inconvénient de présenter un taux de porosité élevé, et donc de ne pas être étanches sous pression. Il est ainsi nécessaire, si l'on veut obtenir une étanchéité satisfaisante, de recouvrir le matériau d'une couche de revêtement étanche, typiquement d'une couche de résine, ce qui rend le procédé de fabrication des pièces plus long et plus complexe. Pour remédier à ces inconvénients, il a été proposé dans le document FR 2 950 826 un procédé qui comprend une étape de frittage sélectif par laser d'un mélange comprenant une poudre de polymère et une poudre d'un alliage d'aluminium quasi- cristallin. Lorsque le procédé est mis en œuvre à partir d'un mélange de poudres comprenant une teneur limitée en alliage d'aluminium quasi-cristallin, la pièce obtenue présente un très faible taux de porosité, et donc une étanchéité plus élevée que lorsque le procédé est mis en œuvre à partir de poudre d'aluminium cristallin. En utilisant un alliage d'aluminium quasi-cristallin, la pièce obtenue présente des propriétés mécaniques, notamment d'usure, de frottement et de dureté, améliorées. Une amélioration de ce brevet est décrite dans le WO 2013/026972. Il a été découvert que l'ajout d'un composé de renfort présentant des propriétés données en termes d'angle de contact et de conductivité thermique permet d'améliorer la dureté et la résistance à l'usure, tout en présentant une fragilité moindre et en conservant les propriétés d'étanchéité des pièces obtenues avec le brevet antérieur FR 2 950 826. Le matériau composite fabriqué selon ce procédé est commercialisé sous le nom PAQc. When the mixture is sintered under the action of the laser, the parts have the drawback of having a high level of porosity, and therefore of not being sealed under pressure. It is thus necessary, if one wishes to obtain a satisfactory seal, to cover the material with a layer of waterproof coating, typically with a layer of resin, which makes the process for manufacturing the parts longer and more complex. To remedy these drawbacks, document FR 2 950 826 has proposed a process which comprises a step of selective laser sintering of a mixture comprising a polymer powder and a powder of a quasi-crystalline aluminum alloy. . When the process is implemented from a mixture of powders comprising a limited content of quasi-crystalline aluminum alloy, the part obtained has a very low rate of porosity, and therefore a higher seal than when the process is implemented from crystalline aluminum powder. By using a quasi-crystalline aluminum alloy, the part obtained exhibits improved mechanical properties, in particular wear, friction and hardness. An improvement of this patent is described in WO 2013/026972. It has been found that the addition of a reinforcing compound having given properties in terms of contact angle and thermal conductivity improves hardness and wear resistance, while exhibiting less brittleness and brittleness. while retaining the sealing properties of the parts obtained with the prior patent FR 2 950 826. The composite material manufactured according to this process is marketed under the name PAQc.
Objet de l'invention Object of the invention
L'invention vise à améliorer encore les propriétés mécaniques des matériaux PAQc traditionnels. The invention aims to further improve the mechanical properties of traditional PAQc materials.
Description générale de l'invention L'invention consiste en une amélioration du procédé du WO 2013/026972, et propose un procédé permettant d'obtenir rapidement des pièces fonctionnelles de forme complexe présentant un aspect métallique et qui possèdent une très bonne étanchéité, lesdites pièces présentant en outre une fragilité réduite et de très bonnes propriétés de dureté et de résistance à l'usure. La présente invention a ainsi pour objet un procédé de fabrication d'une pièce comprenant de l'aluminium. General description of the invention The invention consists of an improvement of the method of WO 2013/026972, and proposes a method making it possible to rapidly obtain functional parts of complex shape having a metallic appearance and which have a very good seal, said parts further exhibiting reduced brittleness and very good hardness and wear resistance properties. The subject of the present invention is thus a method of manufacturing a part comprising aluminum.
Le procédé selon l'invention comprend une étape de frittage sélectif par laser d'un mélange comprenant : (a) une poudre de polymère pour former la matrice, The method according to the invention comprises a step of selective laser sintering of a mixture comprising: (a) a polymer powder to form the matrix,
(b) une poudre d'un alliage d'aluminium quasi-cristallin, et (b) a powder of a quasi-crystalline aluminum alloy, and
(c) une poudre d'un premier composé de renfort formant un angle de contact avec une goutte de polymère (matriciel) posée à sa surface inférieur à 90° et présentant une conductivité thermique à 20°C inférieure à 100 W/m.K, et (c) a powder of a first reinforcing compound forming a contact angle with a drop of polymer (matrix) placed on its surface of less than 90 ° and having a thermal conductivity at 20 ° C of less than 100 W / m.K, and
(d) une poudre d'un deuxième composé de renfort, polymère, ayant une température de fusion supérieure à la température de fusion de la poudre polymère pour la matrice (poudre définie au (a)) ; la somme du poids de l'alliage et du poids du composé de renfort n'excédant pas 80 % du poids total du mélange. (d) a powder of a second reinforcing compound, polymer, having a melting temperature higher than the melting temperature of the polymer powder for the matrix (powder defined in (a)); the sum of the weight of the alloy and the weight of the reinforcing compound not exceeding 80% of the total weight of the mixture.
Le présent procédé est basé sur le procédé décrit dans le WO 2013/026972, et permet par conséquent la fabrication de pièces fonctionnelles résistantes au frottement et à l'usure en conditions sévères (humidité, glissement sur pièce métallique ou céramique). Les pièces sont relativement légères, de faible densité, et aux propriétés isotropes. The present method is based on the method described in WO 2013/026972, and therefore allows the manufacture of functional parts resistant to friction and wear under severe conditions (humidity, sliding on metal or ceramic part). The parts are relatively light, of low density, and with isotropic properties.
Dans le présent procédé, lors du frittage sélectif d'une couche ou strate du mélange de poudres, l'énergie laser est apportée pour fondre la poudre polymère de la matrice. Conformément à la caractéristique (c), le premier composé de renfort est mouillé par le polymère matriciel en fusion selon l'angle spécifié. In the present process, during the selective sintering of a layer or stratum of the powder mixture, laser energy is supplied to melt the polymer powder of the matrix. In accordance with feature (c), the first reinforcing compound is wetted by the molten matrix polymer at the specified angle.
Un mérite de l'invention est d'avoir trouvé, de manière surprenante, une façon d'améliorer les propriétés mécaniques du matériau PAQc conventionnel, par l'ajout du deuxième composé de renfort qui est un polymère avec une température de fusion (ou dégradation) supérieure à celle de la matrice, et cela sans compromettre les autres bonnes caractéristiques obtenues par le procédé, notamment les propriétés tribologiques et d'étanchéité. Le produit obtenu avec le présent procédé possède notamment une meilleure résistance à la rupture et/ou un allongement à la rupture augmenté. Les premiers tests sur des produits fabriqués avec le présent procédé ont permis d'observer une stabilité dimensionnelle du même niveau que celle admise industriellement. Les essais mécaniques mettent en évidence un gain d'allongement à la rupture de 14 à 30%, et un gain de contrainte limite à la rupture de 10 à 17% selon les compositions, et cela avec de bonnes propriétés tribologiques et d'étanchéité. One merit of the invention is to have found, surprisingly, a way to improve the mechanical properties of the conventional PAQc material, by adding the second reinforcing compound which is a polymer with a melting point (or degradation ) greater than that of the matrix, and this without compromising the other good characteristics obtained by the process, in particular the tribological and sealing properties. The product obtained with the present process has in particular a better tensile strength and / or an increased elongation at break. The first tests on products manufactured with the present process made it possible to observe a dimensional stability of the same level as that accepted industrially. The mechanical tests demonstrate a gain in elongation at break of 14 to 30%, and a gain in ultimate stress at break of 10 to 17% depending on the compositions, and that with good tribological and sealing properties.
Le présent procédé permet notamment de fabriquer des pièces qui répondent à un test de porosité/étanchéité correspondant aux demandes industrielles et consistant à tester la porosité d'une épaisseur de paroi de 1 mm à de l'eau à une température de 120°C et une pression de 7 bars. Pour ce faire, on fabrique en général un manchon cylindrique avec une épaisseur de paroi d'1 mm, à l'intérieur duquel on applique le fluide de test (ici de l'eau à 120°C et 7 bars). The present process makes it possible in particular to manufacture parts which meet a porosity / tightness test corresponding to industrial demands and consisting in testing the porosity of a wall thickness of 1 mm in water at a temperature of 120 ° C and a pressure of 7 bars. To do this, a cylindrical sleeve is generally manufactured with a wall thickness of 1 mm, inside which the test fluid is applied (here water at 120 ° C. and 7 bars).
L'obtention de tels résultats est particulièrement satisfaisante, étant donné que pour l'homme du métier l'ajout d'une charge non fusible à la matrice est conventionnellement considéré comme générateur de porosité. Obtaining such results is particularly satisfactory, given that for those skilled in the art the addition of a non-fusible filler to the matrix is conventionally considered to generate porosity.
Le poids de l'alliage est de préférence inférieur ou égal à 50 % de la somme du poids de l'alliage et du poids des composés de renfort. The weight of the alloy is preferably less than or equal to 50% of the sum of the weight of the alloy and the weight of the reinforcing compounds.
La quantité de poudre du premier composé de renfort est choisie de manière à ce que la fraction volumique du premier composé de renfort, après l'étape de frittage, n'excède pas 10 % du volume total de la pièce. The quantity of powder of the first reinforcing compound is chosen so that the volume fraction of the first reinforcing compound, after the sintering step, does not exceed 10% of the total volume of the part.
La quantité de poudre du deuxième composé de renfort est choisie de manière à ce que la fraction volumique du deuxième composé de renfort, après l'étape de frittage, n'excède pas 10 % du volume total de la pièce. A cet effet, le poids du deuxième composé de renfort de renfort n'excède préférablement pas 10 % du poids total du mélange. The quantity of powder of the second reinforcing compound is chosen so that the volume fraction of the second reinforcing compound, after the sintering step, does not exceed 10% of the total volume of the part. For this purpose, the weight of the second reinforcing reinforcing compound preferably does not exceed 10% of the total weight of the mixture.
Selon les variantes, on pourra utiliser pour le deuxième composé de renfort des polymères thermoplastiques ou thermodurcissables. La poudre du deuxième composé de renfort peut être constituée d'une poudre d'un polymère unique, ou d'un mélange de poudres de polymères différents (deux ou plus). Lorsqu'il s'agit d'un mélange, on peut également mixer polymères thermoplastiques et thermodurcissables. Dans tous les cas, le deuxième composé de renfort est formé de polymère(s) dont la température de fusion est supérieure d'au moins 1°C, de préférence d'au moins 5°C à la température de fusion de la matrice. Si la poudre du deuxième composé de renfort est un mélange de différents polymères, alors tous répondent à ce critère de température de fusion. Le terme « température de fusion » fait ici référence à la température à laquelle le polymère devient liquide et peut être mis en forme, comme on l'entend classiquement pour les polymères thermoplastiques. Dans le contexte de l'invention, si le deuxième composé de renfort comprend un polymère thermodurcissable, alors le terme « température de fusion » est à comprendre comme la « température de dégradation », qui devra donc se situer au-dessus de la température de fusion du polymère matriciel, en particulier au moins 1 ou 5°C au-dessus. According to the variants, thermoplastic or thermosetting polymers may be used for the second reinforcing compound. The powder of the second reinforcing compound may consist of a powder of a single polymer, or of a mixture of powders of different polymers (two or more). When it comes to a mixture, it is also possible to mix thermoplastic and thermosetting polymers. In all In these cases, the second reinforcing compound is formed from polymer (s) whose melting point is at least 1 ° C, preferably at least 5 ° C, above the melting temperature of the matrix. If the powder of the second reinforcing compound is a mixture of different polymers, then all of them meet this melting temperature criterion. The term “melting temperature” here refers to the temperature at which the polymer becomes liquid and can be shaped, as is conventionally understood for thermoplastic polymers. In the context of the invention, if the second reinforcing compound comprises a thermosetting polymer, then the term “melting temperature” is to be understood as the “degradation temperature”, which should therefore be situated above the temperature of. melting of the matrix polymer, in particular at least 1 or 5 ° C above.
Les polymères particulièrement préférés pour le deuxième composé de renfort sont en particulier les polyesters PA11 ou PEEK. The polymers which are particularly preferred for the second reinforcing compound are in particular the polyesters PA11 or PEEK.
Selon une variante, on utilise comme deuxième composé de renfort une poudre commercialisée sous le nom Ekonol® par la société Saint-Gobain. Il s'agit d'une poudre polyester avec une granulométrie moyenne de 60 à 75 mm ; les particules restent cohérentes et solides à des températures de 260 à 320°C, et au-delà. Alternatively, is used as a second powder reinforcing compound marketed under the trademark Ekonol ® by the company Saint-Gobain. It is a polyester powder with an average particle size of 60 to 75 mm; particles remain cohesive and solid at temperatures of 260-320 ° C, and above.
Comme on le sait, dans le procédé SLS l'apport de matière se fait couche par couche, donc par strates, en balayant le laser de sorte à opérer un frittage sélectif des endroits désirés de la strate. On veillera, surtout lorsque l'écart entre les températures de fusion est faible, à contrôler l'énergie délivrée localement par le laser de sorte à fondre uniquement la poudre de polymère qui constitue la matrice, sans faire fondre la poudre du deuxième composé. As is known, in the SLS process, the material is supplied layer by layer, therefore by strata, by scanning the laser so as to operate a selective sintering of the desired locations of the stratum. Care will be taken, especially when the difference between the melting temperatures is small, to control the energy delivered locally by the laser so as to melt only the polymer powder which constitutes the matrix, without melting the powder of the second compound.
L'angle de contact est inférieur à 90°, et de préférence inférieur à 40°. La conductivité thermique à 20°C du composé de renfort est inférieure à 100 W/m.K, et de préférence inférieure à 60 W/m.K. The contact angle is less than 90 °, and preferably less than 40 °. The thermal conductivity at 20 ° C of the reinforcing compound is less than 100 W / m.K, and preferably less than 60 W / m.K.
Le mélange de poudres peut être constitué de poudre de polymère pour la matrice, de poudre d'alliage d'aluminium quasi-cristallin et des poudres des deux composés de renfort. Le mélange peut aussi comprendre des adjuvants. On peut par exemple réaliser un traitement de fonctionnalisation de surface des particules du premier composé de renfort avec de l'aminosilane afin d'améliorer l'adhérence entre la matrice de polymère et l'alliage et/ou les composés de renfort. The powder mixture may consist of matrix polymer powder, quasi-crystalline aluminum alloy powder, and powders of the two backing compounds. The mixture can also include adjuvants. It is possible for example to carry out a surface functionalization treatment of the particles of the first reinforcing compound with aminosilane in order to improve the adhesion between the polymer matrix and the alloy and / or the reinforcing compounds.
Le premier composé de renfort peut être choisi parmi les céramiques et les alliages métalliques ; de manière générale le premier composé de renfort ne fond pas, respectivement n'est pas dégradé par la chaleur, dans le cadre du procédé SLS mis en œuvre. Dans le cas où le premier composé de renfort est une céramique, celui-ci peut être choisi parmi les borures, les carbures, les oxydes, les nitrures et leurs mélanges. The first reinforcing compound can be chosen from ceramics and metal alloys; in general, the first reinforcing compound does not melt, respectively is not degraded by heat, within the framework of the SLS process implemented. In the case where the first reinforcing compound is a ceramic, the latter can be chosen from borides, carbides, oxides, nitrides and their mixtures.
Dans le cas où le premier composé de renfort est un alliage métallique, celui-ci peut être choisi parmi les aciers inoxydables (à base de fer), les alliages de titane (à base de titane), les bronzes (à base de cuivre), les superalliages (notamment à base de nickel, cobalt ou fer) et leurs mélanges. Le terme « à base de » signifie « comprenant plus de 50% en poids de ». In the case where the first reinforcing compound is a metal alloy, it can be chosen from stainless steels (iron-based), titanium alloys (titanium-based), bronzes (copper-based) , superalloys (in particular based on nickel, cobalt or iron) and their mixtures. The term "based on" means "comprising more than 50% by weight of".
Le premier composé de renfort peut être tout particulièrement choisi parmi B4C (carbure de Bore), WC/Co (carbure de tungstène/cobalt), TiB2 (diborure de titane), TiO2 (dioxyde de titane), les composés à base de Al2O3 (par exemple alumine, rubis, saphir), les composés à base de SiO2 (par exemple silice, quartz, verre), ZrO2 (la zircone), BN (nitrure de bore), Si3N4 (nitrure de silicium), les aciers inoxydables (par exemple Fe72Cr18Ni10 ; Fe70Cr25AI5), les alliages titane/aluminium/vanadium (par exemple de type TA6V (comme Ti90AI6V4), les alliages à base de cuivre (par exemple Bronze Cu94Sn6 ou Cu89Sn11 ; Cu55Ni45), les superalliages à base de nickel, de cobalt ou de fer, comme par exemple les alliages commercialisés sous la dénomination Inconel® par la société Spécial Metals Corporation. Le composé de renfort peut également être un mélange de ces différents composés. The first reinforcing compound can be very particularly chosen from B 4 C (Boron carbide), WC / Co (tungsten carbide / cobalt), TiB 2 (titanium diboride), TiO 2 (titanium dioxide), compounds with Al 2 O 3 based (eg alumina, ruby, sapphire), SiO 2 based compounds (eg silica, quartz, glass), ZrO 2 (zirconia), BN (boron nitride), Si 3 N 4 (silicon nitride), stainless steels (e.g. Fe 72 Cr 18 Ni 10 ; Fe 70 Cr 25 AI 5 ), titanium / aluminum / vanadium alloys (e.g. TA6V type (like Ti 90 AI 6 V 4 ) , copper-based alloys (for example Bronze Cu 94 Sn 6 or Cu 89 Sn 11 ; Cu 55 Ni 45 ), superalloys based on nickel, cobalt or iron, such as for example the alloys marketed under the name Inconel ® by Special Metals Corporation The reinforcing compound can also be a mixture of these different compounds.
La pièce obtenue par le procédé de l'invention est un matériau composite comprenant notamment une matrice de polymère, un alliage métallique complexe éventuellement multi-phasé, et deux composés de renfort. L'alliage d'aluminium quasi-cristallin peut être un alliage métallique complexe comprenant un pourcentage atomique d'aluminium supérieur à 50 %. The part obtained by the method of the invention is a composite material comprising in particular a polymer matrix, an optionally multi-phase complex metal alloy, and two reinforcing compounds. The quasi-crystalline aluminum alloy can be a complex metal alloy comprising an atomic percentage of aluminum greater than 50%.
Le procédé de l'invention est mis en oeuvre à partir d'une poudre d'un alliage d'aluminium quasi-cristallin. Dans le présent texte, "alliage quasi-cristallin" 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 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 m35 et la phase décagonale de groupe ponctuel 10/mmm. The process of the invention is implemented from a powder of a quasi-crystalline aluminum alloy. In the present text, “quasi-crystalline alloy” designates an alloy which comprises one or more quasi-crystalline phases which are either quasi-crystalline phases in the strict sense, or approximate phases. Quasicrystalline phases in the strict sense are phases exhibiting rotational symmetries normally incompatible with translational symmetry, that is to say rotational symmetries of order 5, 8, 10 or 12, these symmetries being revealed by diffraction techniques. By way of example, mention may be made of the icosahedral phase of point group m35 and the decagonal phase of point group 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, voire plusieurs centaines d'atomes, et dont l'ordre local présente des arrangements de symétrie presque icosaédrique ou décagonale similaire aux phases quasi-cristallines parentes. The approximating phases or approximating compounds are true crystals insofar as their crystallographic structure remains compatible with the translational symmetry, but which present, in the electron diffraction photograph, diffraction figures whose symmetry is close to a symmetry of order 5, 8, 10 or 12. These are phases characterized by an elementary cell containing several tens, even several hundreds of atoms, and whose local order presents arrangements of almost icosahedral or decagonal symmetry similar to the phases quasi-crystalline relatives.
Parmi ces phases, on peut citer à titre d'exemple la phase orthorhombique Oi, caractéristique d'un alliage ayant la composition atomique AI Cu 20Fe10Cr5, dont les paramètres de maille 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. Among these phases, mention may be made, by way of example, of the orthorhombic phase Oi, characteristic of an alloy having the atomic composition Al Cu 20 Fe 10 Cr 5 , whose lattice parameters in nm are: a 0 (1) = 2.366 , b 0 (1) = 1.267, c 0 (1) = 3.252. This orthorhombic phase Oi is said to approximate the decagonal phase. The nature of the two phases can be identified by transmission electron microscopy.
On peut également citer la phase rhomboédrique de paramètres aR = 3,208 nm, a = 36°, présente dans les alliages de composition atomique voisine de AI64 Cu24Fe 12. Cette phase est une phase approximante de la phase icosaédrique. Mention may also be made of the rhombohedral phase with parameters a R = 3.208 nm, a = 36 °, present in alloys with an atomic composition close to Al 64 Cu 24 Fe 12 . This phase is an approximate phase of the icosahedral phase.
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 Al63Cu 17Co17,5Si2 ou encore la phase orthorhombique O4 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 AI63Cu8Fe12Cr17. Mention may also be made of orthorhombic phases 0 2 and 0 3 with respective parameters in nm a 0 (2) = 3.83; b 0 (2) = 0.41; c 0 (2) = 5.26 as well as a 0 (3) = 3.25; b 0 (3) = 0.41; c 0 (3) = 9.8, present in an alloy of atomic composition Al 63 Cu 17 Co 17.5 Si 2 or else the orthorhombic phase O 4 with parameters in nm a 0 (4) = 1.46; b 0 (4) = 1.23; c 0 (4) = 1.24, which is formed in the alloy with atomic composition Al 63 Cu 8 Fe 12 Cr 17 .
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 AI65Cu20Fe15 en nombre d'atomes. Mention may also be made of a phase C, of cubic structure, very often observed in coexistence with the true approximate or quasi-crystalline phases. This phase, which is formed in certain Al-Cu-Fe and Al-Cu-Fe-Cr alloys, consists of an overstructure, by chemical effect of the alloying elements with respect to the aluminum sites, of a phase of Cs-CI type structure and lattice parameter ai = 0.297 nm. A diffraction diagram of this cubic phase has been published for a sample of pure cubic phase and atomic composition Al 65 Cu 20 Fe 15 in number of atoms.
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 (à 4,5 % près) et We can also cite an H phase of hexagonal structure which derives directly from the C phase as demonstrated by the epitaxy relations observed by electron microscopy between crystals of the C and H phases and the simple relations which connect the parameters of the crystal lattices, namely (to the nearest 4.5%) and
(à 2,5 % près). Cette phase est isotype d'une phase hexagonale, notée (to the nearest 2.5%). This phase is isotype of a hexagonal phase, noted
FAIMh, découverte dans des alliages Al-Mn contenant 40% en poids de Mn. FAIMh, found in Al-Mn alloys containing 40% by weight of 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. The cubic phase, its superstructures and the phases which derive therefrom constitute a class of phases approximating the quasi-crystalline phases of similar compositions.
Les alliages quasi-cristallins du système Al-Cu-Fe et du système Al-Fe-Co-Cr sont particulièrement appropriés pour la mise en oeuvre du procédé de la présente invention. On peut citer en particulier les alliages qui ont l'une des compositions atomiques suivantes ; Al62Cu25,5Fe12,5, AI59Cu25,5Fe12,5B3, AI71Cu9,7Fe8,7Cr10,6, et AI71,3Fe8,1Co12,8Cr7,8. Ces alliages sont commercialisés par la société Saint-Gobain. En particulier, l'alliage AI59Cu25,5Fe12,4B3 est commercialisé sous la dénomination Cristome Fl, l'alliage AI71Cu9,7Fe8,7Cr10,6 est commercialisé sous la dénomination Cristome A1, et l'alliage AI71,3Fe8,1Co12,8Cr7,8 est commercialisé sous la dénomination Cristome BT1. 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 électrique (résistivité élevée), différentes de celles des alliages d'aluminium cristallins. The quasi-crystalline alloys of the Al-Cu-Fe system and of the Al-Fe-Co-Cr system are particularly suitable for carrying out the process of the present invention. Mention may in particular be made of the alloys which have one of the following atomic compositions; Al 62 Cu 25.5 Fe 12.5 , AI 59 Cu 25.5 Fe 12.5 B 3 , AI 71 Cu 9.7 Fe 8.7 Cr 10.6 , and AI 71.3 Fe 8.1 Co 12 , 8 Cr 7.8 . These alloys are marketed by the company Saint-Gobain. In particular, the alloy AI 59 Cu 25.5 Fe 12.4 B 3 is marketed under the name Cristome Fl, the alloy AI 71 Cu 9.7 Fe 8.7 Cr 10.6 is marketed under the name Cristome A1 , and the alloy Al 71.3 Fe 8.1 Co 12.8 Cr 7.8 is marketed under the name Cristome BT1. These complex alloys have the advantage of having tribological (friction and wear), surface (low surface energy), mechanical (hardness, elastic limit and Young's modulus), thermal and electrical conductivity (high resistivity), different from those of crystalline aluminum alloys.
Le polymère pour la matrice peut être généralement choisi parmi les thermoplastiques. Il peut par exemple être choisi parmi les polymères organiques thermoplastiques tels que les polyamides (par exemple de type Nylon 6, Nylon 11, Nylon 12), les copolymères d'amide (par exemple le nylon 6-12), les polyacétates, les polyéthylènes, ainsi que le polyétheréthercétone, désigné par le sigle PEEK (PolyEtherEtherKetone en langue anglaise). The polymer for the matrix can generally be chosen from thermoplastics. It may for example be chosen from thermoplastic organic polymers such as polyamides (for example of the Nylon 6, Nylon 11, Nylon 12 type), amide copolymers (for example nylon 6-12), polyacetates, polyethylenes. , as well as polyetheretherketone, designated by the acronym PEEK (PolyEtherEtherKetone in English).
Les polymères préférés sont les polyamides et le polyétheréthercétone. The preferred polymers are polyamides and polyetheretherketone.
Pour une meilleure obtention de l'aspect métallique, le mélange peut contenir de 1 à 30 % en poids d'alliage d'aluminium quasi-cristallin, plus particulièrement de 10 à 20 %. For better obtaining of the metallic appearance, the mixture may contain from 1 to 30% by weight of quasi-crystalline aluminum alloy, more particularly from 10 to 20%.
La fraction volumique de l'alliage d'aluminium quasi-cristallin pourra facilement être calculée par l'homme du métier à partir de la masse et de la masse volumique des différents constituants du mélange. The volume fraction of the quasi-crystalline aluminum alloy can easily be calculated by a person skilled in the art from the mass and the density of the various constituents of the mixture.
La poudre de polymère ajoutée pour former la matrice peut représenter de 20 à 95 % en poids du mélange, plus particulièrement de 35 à 70 %. The polymer powder added to form the matrix can represent from 20 to 95% by weight of the mixture, more particularly from 35 to 70%.
Pour obtenir de meilleures propriétés mécaniques, le mélange peut contenir de 1 à 50 % en poids de composés de renfort, plus particulièrement de 10 à 45 %. To obtain better mechanical properties, the mixture can contain from 1 to 50% by weight of reinforcing compounds, more particularly from 10 to 45%.
Dans le mélange de poudres utilisé pour la mise en oeuvre du procédé, les particules d'alliages, en particulier d'aluminium quasi-cristallin, ont de préférence une granulométrie moyenne comprise entre 1 et 120 mm, plus particulièrement comprise entre 10 et 75 mm. Les particules de polymère pour la matrice ont de préférence une granulométrie moyenne comprise entre 1 et 120 mm, particulièrement entre 1 et 90 mm, et plus particulièrement entre 40 et 75 mm. In the mixture of powders used for carrying out the process, the alloy particles, in particular of quasi-crystalline aluminum, preferably have an average particle size of between 1 and 120 mm, more particularly between 10 and 75 mm . The polymer particles for the matrix preferably have an average particle size of between 1 and 120 mm, particularly between 1 and 90 mm, and more particularly between 40 and 75 mm.
Les particules du premier composé de renfort et/ou du deuxième composé de renfort ont de préférence une granulométrie moyenne comprise entre 1 et 120 mm, plus particulièrement inférieure à 90 mm, et encore plus particulièrement comprise entre 10 et 75 mm. The particles of the first reinforcing compound and / or the second reinforcing compound preferably have an average particle size of between 1 and 120 mm, more particularly less than 90 mm, and even more particularly between 10 and 75 mm.
Les particules de la poudre du deuxième composé de renfort sont préférablement globalement sphériques. Les formes de type fibre doivent préférablement être évitées. Les particules de poudre peuvent avoir une certaine rugosité de surface, favorable à l'accrochage avec le polymère de la matrice. La forme des particules Ekonol® est considérée comme avantageuse dans le cadre du présent procédé. The particles of the powder of the second reinforcing compound are preferably generally spherical. Fiber-like forms should preferably be avoided. The powder particles can have a certain surface roughness, favorable to the bonding with the polymer of the matrix. The shape of the Ekonol ® particles is considered advantageous in the context of the present process.
L'angle de contact peut être mesuré par toute technique connue de l'homme du métier, et notamment par le procédé dit « de la goutte posée ». The contact angle can be measured by any technique known to those skilled in the art, and in particular by the so-called “drop-drop” method.
La méthode de la goutte posée consiste à poser une goutte de liquide d'environ 0,4 mL sur la surface du matériau à étudier et à mesurer l'angle de contact q entre le liquide et le solide. Cet angle correspond à l'angle entre la tangente à la goutte au point de contact et la surface du matériau. D'une façon générale, la forme d'une goutte à la surface d'un solide est régie par trois paramètres : l'énergie interfaciale solide/liquide (gsl) l'énergie interfaciale solide/vapeur (gsv) l'énergie interfaciale liquide/vapeur (glv) The drop drop method consists in placing a drop of liquid of about 0.4 mL on the surface of the material to be studied and in measuring the contact angle q between the liquid and the solid. This angle corresponds to the angle between the tangent to the drop at the point of contact and the surface of the material. In general, the shape of a drop on the surface of a solid is governed by three parameters: solid / liquid interfacial energy (g sl ) solid / vapor interfacial energy (g sv ) energy liquid / vapor interfacial (g lv )
Ces trois grandeurs sont reliées à l'angle de contact q par la loi d'Young (fig. 1) : These three quantities are connected to the contact angle q by Young's law (fig. 1):
(gsv) = (gsl) + (glv)cos q (g sv ) = (g sl ) + (g lv ) cos q
Dans cette relation, les énergies interfaciales gsv , gslet glv sont exprimées en mJ.m-2 et l'angle de contact en degrés. In this relation, the interfacial energies g sv , g sl and g lv are expressed in mJ.m -2 and the contact angle in degrees.
À lui seul, l'angle de contact q donne une indication sur la mouillabilité du matériau. En effet, la mesure de q permet de déduire le caractère non-mouillant (grand angle, faible énergie interfaciale) ou mouillant (petit angle, grande énergie interfaciale) de la surface. Plus cet angle est faible, plus le liquide mouillera la surface. Inversement, le non mouillage complet sera obtenu avec un angle de 180° (soit une sphère de liquide en contact avec le substrat). Le protocole utilisé pour préparer la surface des échantillons avant d'effectuer les mesures de l'angle de contact est décrit dans le FR 2 950 826, et est incorporé par référence. By itself, the contact angle q gives an indication of the wettability of the material. Indeed, the measurement of q makes it possible to deduce the non-wetting (wide angle, low interfacial energy) or wetting (small angle, high interfacial energy) character of the surface. The lower this angle, the more the liquid will wet the surface. Conversely, complete non-wetting will be obtained with an angle of 180 ° (ie a sphere of liquid in contact with the substrate). The protocol used to prepare the surface of the samples before performing the contact angle measurements is described in FR 2 950 826, and is incorporated by reference.
La surface des échantillons A est polie à l'eau avec du papier abrasif SiC jusqu'au grade 4000 (correspondant à une taille moyenne des grains inférieure à 8 mm). Les échantillons A sont ensuite nettoyés dans un bac à ultrasons puis rincés au méthanol et séchés avec un séchoir électrique. Avant et après chaque série de mesures, ils sont essuyés avec un papier optique puis laissés à l'air libre. Pour éviter de polluer les échantillons A avec les mains, ils sont manipulés à l'aide d'une pince métallique. The surface of samples A is water-polished with SiC abrasive paper up to grade 4000 (corresponding to an average grain size of less than 8 mm). Samples A are then cleaned in an ultrasonic tank then rinsed with methanol and dried with an electric dryer. Before and after each series of measurements, they are wiped with an optical paper and then left in the open air. To avoid polluting the A samples with the hands, they are handled using a metal clamp.
Les mesures sont réalisées par exemple à l'aide d'un appareil commercialisé sous la dénomination Digidrop Contact Angle Meter par la société GBX Scientific Instrument, et qui est situé dans une salle climatisée. Cet appareil est équipé d'une source lumineuse B, d'une seringue C commandée manuellement pour former la goutte à déposer, d'un porte échantillon dont le déplacement (horizontal et vertical) se fait également de façon manuelle et d'une caméra vidéo D permettant d'obtenir l'image de l'ensemble goutte-seringue-échantillon sur un écran d'un ordinateur E. Avant les mesures, une mise au point est faite avec la caméra D à l'endroit où une goutte F va être déposée. La mesure de l'angle q est faite en mode automatique via une analyse dynamique de l'image. The measurements are carried out for example using an apparatus marketed under the name Digidrop Contact Angle Meter by the company GBX Scientific Instrument, and which is located in an air-conditioned room. This device is equipped with a light source B, a syringe C controlled manually to form the drop to be deposited, a sample holder whose movement (horizontal and vertical) is also done manually and a video camera D making it possible to obtain the image of the drop-syringe-sample assembly on a screen of a computer E. Before the measurements, a focus is made with the camera D at the place where a drop F will be filed. The angle q is measured in automatic mode via dynamic analysis of the image.
Le présent procédé peut être mis en œuvre au moyen des équipements de SLS conventionnels. En particulier, le présent procédé peut être mis en œuvre à l'aide d'un dispositif tel qu'illustré en figure 3 du WO 2013/026972. The present method can be implemented using conventional SLS equipment. In particular, the present method can be implemented using a device as illustrated in FIG. 3 of WO 2013/026972.
Le frittage sélectif par laser est de préférence assisté par ordinateur. Dans un mode de réalisation particulier, le mélange de poudres est chauffé jusqu'à une température inférieure de quelques degrés Celsius à la température de fusion du polymère ajouté pour former la matrice, par exemple jusqu'à une température inférieure de 1 à 10°C à la température de fusion du polymère. L'énergie nécessaire à la fusion est ensuite apportée par le laser. L'énergie du laser est contrôlée pour ne pas dépasser la température de fusion du deuxième composé de renfort, respectivement ne pas dégrader le deuxième composé de renfort lorsqu'il s'agit de polymère thermodurcissable. The selective laser sintering is preferably computer assisted. In a particular embodiment, the mixture of powders is heated to a temperature a few degrees Celsius lower than the melting temperature of the polymer added to form the matrix, for example to a temperature 1 to 10 ° C lower. at the melting temperature of the polymer. The energy required for fusion is then supplied by the laser. The energy of the laser is controlled so as not to exceed the melting temperature of the second reinforcing compound, respectively not degrade the second reinforcing compound when it is a thermosetting polymer.
L'invention a également pour objet une pièce comprenant de l'aluminium obtenue par un procédé décrit ci-dessus. Les pièces obtenues peuvent présenter un taux de porosité volumique inférieur à 5 %, et notamment inférieur à 3 %, et plus particulièrement inférieur à 1 %. A subject of the invention is also a part comprising aluminum obtained by a process described above. The parts obtained may have a volume porosity rate of less than 5%, and in particular less than 3%, and more particularly less than 1%.
De manière équivalente, la densité apparente égale au rapport masse/volume de la pièce peut être supérieure ou égale à 95 % de la densité théorique de la pièce, et notamment supérieure ou égale à 97 % de la densité théorique de la pièce, et plus particulièrement supérieure ou égale à 99 % de la densité théorique de la pièce. Equivalently, the apparent density equal to the mass / volume ratio of the part may be greater than or equal to 95% of the theoretical density of the part, and in particular greater than or equal to 97% of the theoretical density of the part, and more particularly greater than or equal to 99% of the theoretical density of the part.
Le procédé de l'invention est particulièrement utile pour la fabrication rapide de pièces légères de densité apparente comprise entre 1 et 3 g/cm3 et sans contrainte de forme. Le frittage sélectif par laser permet une élaboration aisée et non toxique de pièces qui ont la forme complexe souhaitée. L'utilisation d'un alliage d'aluminium quasi-cristallin et d'un composé de renfort permet l'élaboration de pièces présentant une étanchéité supérieure à celle des pièces obtenues avec de l'aluminium cristallin. The process of the invention is particularly useful for the rapid manufacture of light parts with an apparent density of between 1 and 3 g / cm 3 and without shape constraint. Selective laser sintering allows easy and non-toxic production of parts that have the desired complex shape. The use of a quasi-crystalline aluminum alloy and of a reinforcing compound allows the production of parts having a seal that is superior to that of parts obtained with crystalline aluminum.
Les pièces obtenues présentent en outre des propriétés mécaniques remarquables, et notamment des propriétés d'usure, de frottement et de dureté qui sont meilleures que celles des pièces obtenues avec de l'aluminium cristallin. The parts obtained also exhibit remarkable mechanical properties, and in particular wear, friction and hardness properties which are better than those of parts obtained with crystalline aluminum.
Selon un autre aspect, l'invention concerne une pièce en composite fabriquée par frittage laser sélectif comprenant une matrice polymère comprenant: des particules d'un alliage d'aluminium quasi-cristallin, des particules d'un premier composé de renfort formant un angle de contact avec une goutte de polymère posée à sa surface inférieur à 90° et présentant une conductivité thermique à 20 °C inférieure à 100 W/m. K, dans laquelle la matrice comprend en outre des particules d'un deuxième composé de renfort, en polymère, ayant une température de fusion supérieure à la température de fusion du polymère de la matrice ; et la somme du poids de l'alliage et du poids des composés de renfort n'excède pas 80 % du poids total du composite. According to another aspect, the invention relates to a composite part manufactured by selective laser sintering comprising a polymer matrix comprising: particles of a quasi-crystalline aluminum alloy, particles of a first reinforcing compound forming an angle of contact with a drop of polymer placed on its surface less than 90 ° and having a thermal conductivity at 20 ° C less than 100 W / m. K, wherein the matrix further comprises particles of a second polymeric reinforcing compound having a melting temperature higher than the melting temperature of the polymer of the matrix; and the sum of the weight of the alloy and the weight of the reinforcing compounds does not exceed 80% of the total weight of the composite.
Selon les variantes, la pièce comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes ; la température de fusion du deuxième composé de renfort est supérieure d'au moins 1°C, de préférence d'au moins 5°C à la température de fusion de la matrice le poids du deuxième composé de renfort de renfort n'excède pas 10 % du poids total du composite. According to the variants, the part comprises one or more of the following characteristics; the melting temperature of the second reinforcing compound is at least 1 ° C, preferably at least 5 ° C higher than the melting temperature of the matrix, the weight of the second reinforcing reinforcing compound does not exceed 10 % of the total weight of the composite.
les particules du deuxième composé de renfort comprennent des particules d'un polymère thermoplastique ou des particules d'un polymère thermodurcissables, ou un mélange de ceux-ci. En particuliers, les polymères du deuxième composé de renfort peuvent être choisi tels que décrits ci-avants. the particles of the second reinforcing compound comprise particles of a thermoplastic polymer or particles of a thermosetting polymer, or a mixture thereof. In particular, the polymers of the second reinforcing compound can be chosen as described above.
le premier composé de renfort est choisi parmi les céramiques, en particulier les borures, les carbures, les oxydes, les nitrures et leurs mélanges, et les alliages métalliques, notamment tels que décrits ci-avants. the first reinforcing compound is chosen from ceramics, in particular borides, carbides, oxides, nitrides and their mixtures, and metal alloys, in particular as described above.
l'alliage d'aluminium quasi-cristallin est un alliage métallique complexe comprenant un pourcentage atomique d'aluminium supérieur à 50 %. the quasi-crystalline aluminum alloy is a complex metal alloy comprising an atomic percentage of aluminum greater than 50%.
Description détaillée d'au moins un mode de réalisation de l'invention Detailed description of at least one embodiment of the invention
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture des exemples suivants, auxquels elle n'est cependant pas limitée, la description étant faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : Other characteristics and advantages of the present invention will emerge more clearly on reading the following examples, to which it is however not limited, the description being given with reference to the appended drawings in which:
[Fig. 1] est un graphique montrant les courbes contrainte-déformation pour quatre compositions différentes ; [Fig. 1] is a graph showing the stress-strain curves for four different compositions;
[Fig. 2] est un graphique montrant l'évolution du coefficient de frottement en fonction de la distance de glissement pour les quatre compositions de la Fig. 1 (Frotteur acier 100C6, rfrott = 3 mm ; FN = 5 N, Vfrott = 5 mm. s-1) ; et [Fig B] est un graphique montrant l'évolution du coefficient de frottement en fonction de la distance de glissement pour deux autres compositions dans le cadre du présent procédé. [Fig. 2] is a graph showing the evolution of the coefficient of friction as a function of the sliding distance for the four compositions of FIG. 1 (100C6 steel wiper, r friction = 3 mm; F N = 5 N, V friction = 5 mm. S -1 ); and [Fig B] is a graph showing the evolution of the coefficient of friction as a function of the sliding distance for two other compositions within the framework of the present process.
Exemple 1 : Des tests de traction et de frottement ont été réalisés avec des échantillons réalisés pour quatre compositions différentes (qui sont détaillées ci-dessous) : deux compositions obtenues avec le procédé selon l'invention, notées compositions 1 et 2 ; Example 1 Tensile and friction tests were carried out with samples produced for four different compositions (which are detailed below): two compositions obtained with the process according to the invention, denoted compositions 1 and 2;
deux compositions en PAQc conventionnel, notées PAQcG et PAQcN. Des éprouvettes de traction 3D ont été fabriquées pour ces quatre compositions et ont été soumises à des tests de traction avec une vitesse de déformation constante de 1 mm. min-1. Les courbes contrainte déformation de la Fig.1 démontrent une amélioration significative des propriétés mécaniques pour les composites 1 et 2 par rapport aux échantillons en PAQc conventionnel. Le module d'élasticité (E), la déformation à la rupture (er) et la contrainte à la rupture (sr) mésurés pour chacune des compositions sont reportés dans le Tableau 1. two compositions in conventional PAQc, denoted PAQc G and PAQc N. 3D tensile specimens were fabricated for these four compositions and were subjected to tensile tests with a constant strain rate of 1 mm. min -1 . The stress-strain curves in Fig. 1 demonstrate a significant improvement in the mechanical properties for composites 1 and 2 compared to the conventional PAQc samples. The modulus of elasticity (E), the strain at break (e r ) and the stress at break (s r ) measured for each of the compositions are reported in Table 1.
[Tableaux 1] [Tables 1]
D'une manière générale, les essais mécaniques montrent que le gain d'allongement à la rupture varie de 14 à 30% et que le gain pour la contrainte limite à la rupture varie de 10 à 17%, pour les compositions selon l'invention. Concernant les propriétés tribologiques des composites, des essais pion/disque pour les composites 1 et 2 laissent apparaître un coefficient de frottement très faible (<0,25) et comparable à celui des PAQcG et PAQcN. In general, the mechanical tests show that the gain in elongation at break varies from 14 to 30% and that the gain for the ultimate stress at break varies from 10 to 17%, for the compositions according to the invention. . Concerning the tribological properties of composites, pion / disc tests for composites 1 and 2 show a very low coefficient of friction (<0.25) and comparable to that of PAQc G and PAQc N.
Enfin, des manchons cylindriques (épaisseur de paroi 1 mm) réalisés avec les compositions 1 et 2 ont permis de vérifier l'étanchéité de ces matériaux en les soumettant à un test avec de l'eau à 120°C et sous une pression de 7 bars. On a pu constater que les compositions selon l'invention n'altèrent pas la propriété d'étanchéité, tout en apportant des qualités mécaniques supérieures. Finally, cylindrical sleeves (wall thickness 1 mm) made with compositions 1 and 2 made it possible to verify the tightness of these materials by subjecting them to a test with water at 120 ° C and under a pressure of 7 bars. It has been observed that the compositions according to the invention do not alter the sealing property, while providing superior mechanical qualities.
Détails des compositions : Composition details:
Composite 1 : 85%vol. Polyamide 12 + 10%vol. (Alliage QC + Composé n°1) + 5%vol. Composé n°2 (polyester) Composite 1: 85% vol. Polyamide 12 + 10% vol. (QC alloy + Compound n ° 1) + 5% vol. Compound # 2 (polyester)
Composite 2 : 85%vol. Polyamide 12 + 13%vol (Alliage Qc + Composé n°1) + 2%vol. Composé n°2 (polyester) Composite 2: 85% vol. Polyamide 12 + 13% vol (Alloy Qc + Compound n ° 1) + 2% vol. Compound # 2 (polyester)
PAQCG : 85%vol. Polyamide 12 + 15%vol. (Alliage Qc + Composé n°1) PAQC G : 85% vol. Polyamide 12 + 15% vol. (Alloy Qc + Compound n ° 1)
PAQCN : 85%vol. Polyamide 11 + 15%vol. (Alliage Qc + Composé n°1) PAQC N : 85% vol. Polyamide 11 + 15% vol. (Alloy Qc + Compound n ° 1)
Exemple 2 : Example 2:
D'autres essais de frottement ont été réalisés avec des pièces fabriquées selon le présent procédé, dont la composition comprend un polymère thermoplastique pour le deuxième composé de renfort. Other friction tests were carried out with parts manufactured according to the present process, the composition of which comprises a thermoplastic polymer for the second reinforcing compound.
Comme on peut l'observer à la Fig.3, les propriétés tribologiques des composites 3 et 4 laissent apparaître un coefficient de frottement très faible (0,25) et comparable à celui des autres composites. As can be seen in Fig. 3, the tribological properties of composites 3 and 4 show a very low coefficient of friction (0.25) and comparable to that of other composites.
Détails des compositions : Composition details:
Composite 3 : 85%vol. PA12 + 7,5%vol. (Alliage Qc + Composé n°1) + 7,5%vol. Composé n°2 PA11 Composite 3: 85% vol. PA12 + 7.5% vol. (Alloy Qc + Compound n ° 1) + 7.5% vol. Compound No. 2 PA11
Composite 4 : 85%vol. PA12 + 7,5%vol. (Alliage Qc + Composé n°1) + 7,5%vol. Composé n°2 PEEK Composite 4: 85% vol. PA12 + 7.5% vol. (Alloy Qc + Compound n ° 1) + 7.5% vol. Compound # 2 PEEK

Claims

Revendications Claims
1. Procédé de fabrication d'une pièce comprenant de l'aluminium, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de frittage sélectif par laser d'un mélange comprenant : une poudre de polymère pour former la matrice, 1. A method of manufacturing a part comprising aluminum, characterized in that it comprises a step of selective laser sintering of a mixture comprising: a polymer powder to form the matrix,
une poudre d'un alliage d'aluminium quasi-cristallin, et a powder of a quasi-crystalline aluminum alloy, and
une poudre d'un premier composé de renfort formant un angle de contact avec une goutte de polymère posée à sa surface inférieur à 90° et présentant une conductivité thermique à 20°C inférieure à 100 W/m.K, a powder of a first reinforcing compound forming a contact angle with a drop of polymer placed on its surface less than 90 ° and having a thermal conductivity at 20 ° C less than 100 W / m.K,
caractérisé en ce que le mélange comprend en outre une poudre d'un deuxième composé de renfort, polymère, ayant une température de fusion supérieure à la température de fusion du polymère de la matrice ; et characterized in that the mixture further comprises a powder of a second reinforcing compound, polymer, having a melting temperature higher than the melting temperature of the polymer of the matrix; and
en ce que la somme du poids de l'alliage et du poids des composés de renfort n'excède pas 80 % du poids total du mélange. in that the sum of the weight of the alloy and the weight of the reinforcing compounds does not exceed 80% of the total weight of the mixture.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de fusion du deuxième composé de renfort est supérieure d'au moins 1°C, de préférence d'au moins 5°C à la température de fusion de la matrice. 2. Method according to claim 1, characterized in that the melting point of the second reinforcing compound is at least 1 ° C, preferably at least 5 ° C higher than the melting temperature of the matrix.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le deuxième composé de renfort polymère est un polymère thermodurcissable, de préférence un polyester. 3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the second polymeric reinforcing compound is a thermosetting polymer, preferably a polyester.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le deuxième composé de renfort polymère est un polymère thermoplastique, de préférence un polyamide 11 ou un PEEK. 4. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the second polymeric reinforcing compound is a thermoplastic polymer, preferably a polyamide 11 or a PEEK.
5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la poudre du 5. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the powder of
deuxième composé de renfort comprend des poudres de deux polymères différents, ou plus, et de préférence la poudre du deuxième composé de renfort comprend une poudre d'un polymère thermoplastique et une poudre d'un polymère thermodurcissable. second reinforcing compound comprises powders of two or more different polymers, and preferably the powder of the second reinforcing compound comprises a powder of a thermoplastic polymer and a powder of a thermosetting polymer.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième composé de renfort polymère se présente sous forme de particules sensiblement sphériques. 6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second polymeric reinforcing compound is in the form of substantially spherical particles.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le poids du deuxième composé de renfort de renfort n'excède pas 10 % du poids total du mélange. 7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the weight of the second reinforcing reinforcing compound does not exceed 10% of the total weight of the mixture.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors du frittage sélectif des poudres dans une strate, l'énergie du laser est contrôlée pour fondre la poudre de polymère devant former la matrice sans faire fondre la poudre du deuxième composé de renfort. 8. Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the selective sintering of the powders in a stratum, the energy of the laser is controlled to melt the polymer powder to form the matrix without melting the powder of the second compound. reinforcement.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le 9. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the
premier composé de renfort est choisi parmi les céramiques, en particulier les borures, les carbures, les oxydes, les nitrures et leurs mélanges, et les alliages métalliques. first reinforcing compound is chosen from ceramics, in particular borides, carbides, oxides, nitrides and their mixtures, and metal alloys.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier composé de renfort est un alliage métallique choisi parmi les aciers inoxydables, les alliages de titane, les bronzes, les superalliages et leurs mélanges. 10. The method of claim 9, characterized in that the first reinforcing compound is a metal alloy chosen from stainless steels, titanium alloys, bronzes, superalloys and mixtures thereof.
11. Pièce en composite fabriquée par frittage laser sélectif comprenant une matrice polymère comprenant : 11. Composite part manufactured by selective laser sintering comprising a polymer matrix comprising:
des particules d'un alliage d'aluminium quasi-cristallin, particles of a quasi-crystalline aluminum alloy,
des particules d'un premier composé de renfort formant un angle de contact avec une goutte de polymère posée à sa surface inférieur à 90° et présentant une conductivité thermique à 20°C inférieure à 100 W/m.K, particles of a first reinforcing compound forming a contact angle with a drop of polymer placed on its surface less than 90 ° and having a thermal conductivity at 20 ° C less than 100 W / m.K,
caractérisé en ce que la matrice comprend en outre des particules d'un deuxième composé de renfort, en polymère, ayant une température de fusion supérieure à la température de fusion du polymère de la matrice ; et characterized in that the matrix further comprises particles of a second reinforcing compound, in polymer, having a melting point higher than the melting temperature of the polymer of the matrix; and
en ce que la somme du poids de l'alliage et du poids des composés de renfort n'excède pas 80 % du poids total du composite. in that the sum of the weight of the alloy and the weight of the reinforcing compounds does not exceed 80% of the total weight of the composite.
12. Pièce selon la revendication 11, dans laquelle la température de fusion du 12. Part according to claim 11, wherein the melting temperature of
deuxième composé de renfort est supérieure d'au moins 1°C, de préférence d'au moins 5°C à la température de fusion de la matrice. second reinforcing compound is at least 1 ° C, preferably at least 5 ° C above the melting temperature of the matrix.
13. Pièce selon la revendication 11 ou 12, dans laquelle le poids du deuxième composé de renfort de renfort n'excède pas 10 % du poids total du composite. 13. Part according to claim 11 or 12, in which the weight of the second reinforcing reinforcing compound does not exceed 10% of the total weight of the composite.
14. Pièce selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, dans laquelle les particules du deuxième composé de renfort comprennent des particules d'un polymère thermoplastique ou des particules d'un polymère thermodurcissables, ou un mélange de ceux-ci. 14. Part according to any one of claims 11 to 13, wherein the particles of the second reinforcing compound comprise particles of a thermoplastic polymer or particles of a thermosetting polymer, or a mixture thereof.
15. Pièce selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que le premier composé de renfort est choisi parmi les céramiques, en particulier les borures, les carbures, les oxydes, les nitrures et leurs mélanges, et les alliages métalliques. 15. Part according to any one of claims 11 to 14, characterized in that the first reinforcing compound is chosen from ceramics, in particular borides, carbides, oxides, nitrides and their mixtures, and metal alloys. .
EP20737223.6A 2019-07-18 2020-07-14 Process for manufacturing a part comprising aluminium Pending EP3999264A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1908170A FR3098741B1 (en) 2019-07-18 2019-07-18 Manufacturing process of a part comprising aluminum
PCT/EP2020/069916 WO2021009183A1 (en) 2019-07-18 2020-07-14 Process for manufacturing a part comprising aluminium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3999264A1 true EP3999264A1 (en) 2022-05-25

Family

ID=68806927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20737223.6A Pending EP3999264A1 (en) 2019-07-18 2020-07-14 Process for manufacturing a part comprising aluminium

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3999264A1 (en)
FR (1) FR3098741B1 (en)
WO (1) WO2021009183A1 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2950826B1 (en) 2009-10-02 2013-04-05 Cini Atel PROCESS FOR PRODUCING A WORKPIECE COMPRISING ALUMINUM
FR2979269B1 (en) 2011-08-24 2014-05-16 Lorraine Inst Nat Polytech PROCESS FOR MANUFACTURING A WORKPIECE COMPRISING ALUMINUM

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021009183A1 (en) 2021-01-21
FR3098741A1 (en) 2021-01-22
FR3098741B1 (en) 2021-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2747916B1 (en) Methods for the production of a part comprising aluminium
LU84034A1 (en) CEMENTED CARBIDE BODY PREFERENTIALLY ENRICHED WITH A BINDER AND THEIR MANUFACTURING METHOD
FR2657801A1 (en) COMPOSITE ARTICLE OF THE TYPE COMPRISING A FLEXIBLE METAL COATING BRAZED ON A METAL SUBSTRATE AND METHOD FOR PRODUCING SUCH A COMPOSITE ARTICLE.
EP2165794B1 (en) Process of joining in an average refractory state of workpieces made of SiC using non reactive brazing ; Brazing composition and suspension ; Joint and assembly obtained through this process
FR2475534A1 (en) COMPOSITE STRUCTURE HAVING CERAMIC MATERIAL REINFORCED WITH SILICON CARBIDE FIBERS
EP3024801B1 (en) Process for fabricating composite parts by low melting point impregnation
FR2653763A1 (en) Composite material containing a fibrous material
WO2010026344A2 (en) Material having a multilayer architecture and intended for being contacted with liquid silicon
EP2683841B1 (en) Composite material comprising a precious metal, manufacturing process and use of such a material
EP0587494B1 (en) Composite material base on a magnesium alloy containing zirconium and reinforced by carbon and process for making it
WO2011039469A1 (en) Method for producing a part including aluminium
EP0504048A1 (en) Wire for coating by torch spraying and its use for depositing a quasi crystalline phase on a substrate
EP3999264A1 (en) Process for manufacturing a part comprising aluminium
EP2373823A1 (en) Composite materials for wettable cathodes and use thereof for aluminium production
Padmavathi et al. Synthesis of Al/Mg hybrid nanocomposite by electromagnetic stir cast: characteristics study
EP2943598B1 (en) Method for producing an al-tic nanocomposite materia
EP2809836A2 (en) Crucible for solidifying a silicon ingot
CN1052473A (en) Ceramic-metal bonding
WO2015036975A1 (en) Substrate for solidifying a silicon ingot
WO2013167448A1 (en) Use of a complex metal alloy containing aluminum for stereolithography
FR2899574A1 (en) Powder production, capable of being sintered, used in field of nuclear materials, e.g. high temperature nuclear reactor components, comprises mixing particles, and crushing and/or grinding obtained mixture, in absence of oxygen
EP2673615A1 (en) Method for coating a sample
WO2017013087A1 (en) Process for manufacturing a part made of an al/al3b48c2 composite material
FR2671357A1 (en) Hard metals with improved tribological characteristics
Azem et al. Effect of carbon content on the reactive sintering of mixed W-Co-C powders

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20211222

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)