FR2657033A1 - Melanges de poudres metallurgiques exempts de segregation utilisant un liant de polyvinylpyrrolidone. - Google Patents
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Abstract
Une composition de poudre métallurgique comprenant une poudre ferreuse et au moins l'un des suivants: une poudre d'alliage, un lubrifiant et un autre additif, ladite composition comprenant en outre un agent liant, la polyvinylpyrrolidone pour éviter le dépôt de revêtement, la formation de poussière et/ou la ségrégation de la composition.
Description
i
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Domaine de l'invention La présente invention concerne d'une manière générale des mélanges de poudres métallurgiques du type comprenant une poudre ferreuse comme constituant principal, mélangée avec des quantités moindres de composés d'alliage, de lubrifiants en poudre ou
d'autres additifs en tant que composants secondaires En particu-
lier, la présente invention concerne de nouvelles compositions
exemptes de ségrégation comprenant ces mélanges de poudres métal-
lurgiques et contenant en outre la polyvinylpyrrolidone comme composant liant en quantité suffisante pour éviter la formation de
poussière, le dépôt d'un revêtement ou la ségrégation des compo-
sants en poudre.
Description brève de l'art de l'arrière-plan technologique
Les procédés de production des poudres ferreuses sont bien connus, comme le sont les nombreuses applications de ces poudres, telles que la fabrication des pièces par métallurgie des poudres (P/M) Pour les applications de P/M, une poudre ferreuse
est injectée dans une cavité de moule ayant la forme d'une configu-
ration désirée et une pièce compacte est formée à partir de la matière par l'application d'une pression La pièce compacte est ensuite frittée et les liaisons métallurgiques se développent sous
l'influence de la chaleur Si nécessaire, des opérations secon-
daires telles que calibrage, calibrage par frappe, recompression, imprégnation, infiltration, traitement par la chaleur ou par la vapeur d'eau, usinage, assemblage, plaquage etc sont conduites
sur la pièce de P/M.
Il est de pratique courante de mélanger un lubrifiant ensemble avec la poudre ferreuse Ceci réduit le frottement entre
la pièce compacte pressée et les parois du moule durant la compac-
tion qui à son tour, abaisse la force d'éjection requise qui est nécessaire pour séparer la pièce compacte du moule, diminuant ainsi l'usure de l'outil Eventuellement, les matières frittées qui résultent du procédé de P/M peuvent être elles-mêmes indésirables, car, par exemple les formes frittées peuvent avoir des paramètres insuffisants de "résistance physique", c'est-à-dire la rigidité ou
la flexibilité, la dureté, la résistance à la traction et analogue.
Ainsi il est courant d'incorporer à la poudre de fer de P/M des OS quantités minimes d'au moins une poudre d'alliage de métal non ferreux pour obtenir les propriétés physiques désirées dans Le produit fritté final Additionnellement, des quantités mineures d'autres additifs peuvent être utilisées ensemble avec la poudre ferreuse pour obtenir les propriétés désirées pour le produit fritté Les lubrifiants, les poudres d'alliage et d'autres additifs peuvent être utilisés ensemb Le et sont désignés collectivement par
"poudres secondaires".
Des exemples de cette technologie se trouvent dans divers brevets des EUA tels que par exemple N 2 888 738 de Taylor; 3 451 809 de Raman et coll; 4 106 932 de Blachford; et 4 566 905 de Akashi, et co Ll, ainsi que dans les demandes de brevets européens publiées N O O 266 936 de Larson, et coll et la demande de brevet des EUA en coinstance no 266 419 déposée le 2 novembre 1988. Bien que la technologie de P/M de l'art antérieur soit
ainsi capable de produire des matières frittées ayant des carac-
téristiques spécifiques, et par conséquent se soit révéLée utile à la fois techniquement et commercialement, des inconvénients l'affectent encore de façon inhérente Ainsi, le présent inventeur a déterminé que lorsque les mélanges de P/M doivent atteindre leurs caractéristiques de performance désirée, le mélange de poudres doit être maintenu dans un méLange homogène Les variations dans le mélange de poudres contribuent également à l'inconsistance du changement dimentionnel Les poudres secondaires ne doivent pas migrer à travers la composition vers les parois du récipient contenant la composition ("dépôt de revêtement"), en particulier Les poudres secondaires de densité supérieure à celle de la poudre ferreuse qui, comme résultat des vibrations, tendent à migrer vers le bas pour se déposer sur le fond du récipient De même, les poudres secondaires qui ont une densité inférieure à celle de la poudre ferreuse ne doivent pas pouvoir migrer vers le haut par des courants d'air lorsqu'elles sont manutentionnées et transportées
("formation de poussière") En procédant ainsi, la perte de l'homo-
généité ("ségrégation") du mélange est empêchée.
Ces problèmes peuvent être fortement améliorés par une
sélection judicieuse des constituants ayant des densités spéci-
fiques appropriées (voir le brevet des EUA n 4 504 441 de Kuyper).
Toutefois, les propriétés physiques des poudres secondaires sont généralement d'un intérêt seulement secondaire par rapport au but principal d'obtention des propriétés physiques et métallurgiques acceptables dans le produit final fritté Par conséquent, la résolution des problèmes de formation de poussière et analogue par sélection des poudres avec le seul but d'obtenir des densités
spécifiques ne s'est pas révélée très efficace.
De plus, on a vu que les problèmes de formation de poussière, de dépôt de revêtement ou de ségrégation sont également exacerbés lorsque les poudres primaire et secondaire qui sont utilisées dans la composition ont des tailles significativement différentes Toutefois, l'homme du métier reconnaît qu'il est souvent nécessaire d'utiliser des poudres secondaires de taille disparate par rapport aux poudres primaires en vue de résoudre les conditions requises contradictoires selon lesquelles (i) aucune particule de poudre primaire ne doit être localisée au-delà d'une
particule de poudre secondaire d'un nombre prédéterminé de parti-
cules primaires et (ii) seule une quantité maximale de poudres secondaires peut être utilisée dans le mélange de poudres (de peur que d'autres propriétés physiques du produit fritté soit affectées) Ceci veut dire qu'il est seulement possible de fournir un nombre suffisamment grand de particules de poudres secondaires sans accroître la quantité pondérale de la matière de poudres secondaires par réduction de la taille des particules de
poudres secondaires.
Toutefois, la réduction de la taille des particules de poudres secondaires peut conduire au dépôt de revêtement, à la formation de poussière ou à la ségrégation car les particules de poudres secondaires plus petites sont exclues physiquement par les particules de poudres primaires plus grosses Additionnellement, un
grand nombre de poudres secondaires ont également des caractéris-
tiques physiques ou des caractéristiques chimiques, telles que la forme, qui favorisent leur ségrégation à partir de la composition ou bien entendu, même leur agglomération Ceci est reconnu, par exemple, dans le brevet des EUA n 4 676 831 de Engstrom qui discute de l'utilisation des poudres pré-alliées Toutefois, ces
poudres pré-alliées ne résolvent pas encore le problème de l'incor-
poration des matières additionnelles non-alliées telles que les lubrifiants, discutées ci-dessus, ou des matières telles que le
graphite.
Un mélange homogène désiré de poudres primaire et secon-
daire peut être habituellement obtenu lorsque la compostion est tout d'abord malaxée Toutefois, malheureusement, la manutention et le transport des mélanges conduit à la ségrégation des compositions
préalablement bien mélangées.
Une solution à ces problèmes consiste à incorporer dans la composition un troisième composant pour lier les particules
secondaires aux particules primaires Les composants liants appro-
priés incluent les liquides collants ou visqueux tels que les huiles, les émulsions et analogues (brevet des EUA n 4 676 831 de Engstrom) Toutefois, l'utilisation de ces matières est un peu réduite car elles tendent à agglomérer la composition de poudres et
à inhiber sa capacité d'écoulement.
Les composants liants secs ont également été utilisés, tels que l'alcool polyvinylique, le polyéthylèneglycol, l'acétate de polyvinyle (brevetsdes EUA n 3 846 126; 3 988 524 et 4 062 678
de Dreyer et coll, brevet des EUA n 4 834 800 de Engstrom).
D'une manière générale, les liants liquides fluides sont mélangés de façon homogène dans les compositions et séchés, tandis que les liants visqueux ou en poudres peuvent être soit mélangés à l'état sec (avec les compositions sèches ou préalablement humidifiées), ou dissous dans un véhicule Toutefois, le plus communément, les liquides visqueux ou collants sont dissous de façon souhaitable dans les solvants pour favoriser un mélangeage homogène Additionnellement, comme il peut être difficile de
mélanger efficacement les composants liants secs, ils sont habi-
tuellement d'abord dissous dans un solvant, puis dispersés à
travers le mélange de poudres, après quoi le solvant est évaporé.
Bien que les liants solides et visqueux puissent être
dispersés lorsqu'ils sont mis en solution, des problèmes en compé-
tition concernant la préparation d'une solution suffisamment fluide pour être bien dispersée et la minimisation de la quantité de diluant utilisé (car ce dernier doit être évaporé) montrent que seulement un intervalle relativement étroit de concentrations de solution est désiré Pour autant qu'il peut être difficile de déterminer la quantité optimale de solvant, il était connu (voir le brevet des EUA n 4 504 441 de Kuyper) de mélanger une quantité d'alcool furfurylique liquide dans une composition de poudres et ensuite de mélanger un acide pour polymériser et solidifier l'alcool furfurylique Toutefois, le présent inventeur a déterminé
que l'utilisation des liants solides, tels que le composé polymé-
risé de Kuyper augmente la pression de compactage qui est nécessaire pour densifier les mélanges métallurgiques Il est également mentionné que l'utilisation des liants solubles dans l'eau est désavantageuse car ils peuvent être difficiles à sécher, ils absorbent l'humidité et encouragent la rouille Par conséquent, l'homme du métier préfère utiliser les résines polymères comme agent liant qui sont insolubles dans l'eau ou substantiellement insolubles dans l'eau, telles que les résines d'acétate de polyvinyle, de polyméthacrylate, ou de cellulose, ou d'alkyde ou de polyuréthanne ou de polyester (brevet des EUA o
n 4 834 800 de Semel).
La présente invention permet de remédier aux nombreuses déficiences de l'art antérieur en fournissant un nouveau mélange de
poudres métallurgiques comprenant un liant de polyvinylpyrrolidone.
Ces caractéristiques et d'autres sont fournies par une composition de poudres métallurgiques comprenant la poudre ferreuse ayant une taille maximale de particules d'au plus 300 pm; et au moins (i) une poudre d'alliage en quantité inférieure à environ 15 % en poids, (ii) un lubrifiant en quantité inférieure à environ 5 % en poids et (iii) un additif en quantité inférieure à environ 5 % en poids, ladite composition comprenant en outre un agent liant pour empêcher
la poudre d'alliage ou le lubrifiant de ségréguer de ladite compo-
sition, ledit agent liant comprenant la polyvinylpyrrolidone.
DESCRIPTION BREVE DES DESSINS
La concentration poussière. La concentration La concentration La concentration
du moule.
figure 1 est un graphique représentant l'effet du liant sur la résistance à la formation de la de la figure 2 est un graphique représentant l'effet de
du liant sur la vitesse d'écoulement.
figure 3 est un graphique représentant l'effet de
du liant sur la pression de compactage.
figure 4 est un graphique représentant l'effet de en liant sur le changement dimensionnel de la tai
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Le présent inventeur a conduit des études détaillées sur la fabrication des mélanges exempts de ségrégation et éliminant pratiquement le dépôt de revêtement, la formation de poussière ou la ségrégation Comme utilisé ici, le terme "exempt de ségrégation" est utilisé pour caractériser un mélange métallurgique dans lequel les éléments d'alliage (tels que par exemple, le graphite, le cuivre, le nickel et analogues), les lubrifiants et d'autres poudres secondaires ne sont plus susceptibles de dépôt de
revêtement, de formation de poussière ou de ségrégation.
La présente invention utilise des poudres ferreuses, telles que la poudre d'acier, qui est préparée typiquement par décharge de l'acier métallique fondu d'une poche de coulée dans un panier de coulée et après passage à travers des buses réfractaires, l'acier fondu est soumis à une atomisation par des jets d'eau sous pression élevée L'acier atomisé est ensuite séché et subséquemment recuit pour éliminer l'oxygène et le carbone Le gâteau pur qui est
récupéré est ensuite broyé en une poudre.
la la la ille Essentiellement, toute poudre ferreuse ayant une taille de particule maximale inférieure à environ 300 pm peut être utilisée dans la composition de la présente invention Les poudres ferreuses typiques sont des poudres d'acier incluant les poudres d'acier inoxydable et les poudres d'acier allié Les poudres d'acier Atomet 1 001, 4 201 et 4 601 fabriquées par la société
Québec Metal Powders Limited de Tracy, Québec, Canada sont repré-
sentatives des poudres d'acier allié Ces poudres Atome{l contien-
nent plus de 97 % en poids de fer et ont une densité apparente de 2,85-3, 05 g/cm 3 et une vitesse d'écoulement de 24-28 s/50 g La poudre d'acier Atomet 1 001 contient plus de 99 % en poids de fer, tandis que les poudres d'acier 4 201 et 4 601 contiennent 0,6 et 0,55 % en poids de molybdène et 0,45 et 1,8 % en poids de nickel, respectivement Virtuellement toute qualité de poudre d'acier peut
être utilisée.
Bien que le liant (polyvinylpyrrolidone) de la présente invention se soit révélé efficace lorsque l'on utilise la poudre d'acier Atomez , les poudres de fer peuvent également être utilisées comme poudres ferreuses pour les mélanges de la présente invention Ces poudres ont une teneur en fer supérieure à 99 % en poids avec moins de 0,2 % en poids d'oxygène et 0,1 % en poids de carbone Les poudres de fer AtometDont typiquement une densité apparente d'au moins 2,50 g/cm 3 et une vitesse d'écoulement
inférieure à 30 s/50 g.
Les matières secondaires contenues dans la présente invention incluent les agents d'alliage tels que le graphite et
d'autres carbones métallurgiques, le cuivre, le nickel, le molyb-
dène, le soufre ou l'étain, ainsi que diverses autres matières métalliques appropriées, dont la fabrication, l'utilisation et les méthodes d'inclusion dans les mélanges de poudres ferreuses sont extrêment connues dans l'art D'une manière générale, la quantité totale de poudre d'alliage présente est inférieure à 15 % en poids et habituellement inférieure à 10 % en poids Dans la plupart des applications, une quantité inférieure à environ 3 % en poids de poudre d'alliage sera incluse dans les mélanges de poudres de la présente invention Plus communément, la taille maximale de particules de l'agent d'alliage ne doit pas être supérieure à celle de la poudre ferreuse La taille maximale de particules de l'agent
d'alliage est de préférence d'au plus environ 150 pm, plus préfé-
ralement d'au plus environ 50 pm Plus préférablement, la taille moyenne de particules de l'agent d'alliage doit être d'au plus
environ 20 pm.
D'autres matières secondaires qui sont communément incorporées sont également bien connues de l'homme du métier et incluent par exemple des lubrifiants tels que le stéarate de zinc, l'acide stéarique, la cire etc Ces lubrifiants sont typiquement utilisés dans les poudres mélangées en quantité atteignant environ % en poids De préférence, ils sont présents en quantité inférieure à environ 2 % en poids et plus préférablement inférieurs à environ 1 % en poids Le lubrifiant doit avoir typiquement un diamètre moyen de particules ne dépassant pas environ 100 pm La taille maximale de particules des lubrifiants ne doit pas dépasser environ 100 pm de préférence et de préférence ne doit pas dépasser environ 50 pm Plus préférablement, le diamètre moyen de particules des lubrifiants ne doit pas être supérieur à environ 25 pm A cet
effet, lorsque le lubrifiant est utilisé sous la forme d'agglo-
mérat, les limitations de taille mentionnées ci-dessus se refèrent
aux tailles moyennes de particules de ces agglomérats.
D'autres additifs qui peuvent être incorporés sont également bien connus de l'homme du métier et incluent, par exemple, des matières secondaires telles que le talc, le sulfure de
manganèse, le nitrure de bore, le ferro-phosphore et analogue.
Ces additifs sont utilisés typiquement dans les poudres mélangées en quantité atteignant environ 5 % en poids De préférence, ils sont présents en quantité inférieure à environ 2 % en poids et plus préférablement inférieure à environ 1 % en poids L'additif doit avoir typiquement un diamètre moyen de particules ne dépassant pas environ 50 pm La taille maximale de particules de l'additif ne doit pas dépasser environ 50 pm et de préférence ne doit pas dépasser environ 20 pm Plus préférablement, le diamètre moyen de
particules des additifs ne doit pas être supérieur à environ 5 pm.
A cet effet, lorsque l'additif est utilisé sous la forme d'agglomé-
rats, les limites de taille mentionnées ci-dessus se réfèrent aux tailles moyennes de particules de ces agglomérats Diverses autres
matières, incluant d'autres agents liants, qui sont conventionnel-
lement connus dans l'art peuvent bien entendu être également
utilisées.
MODES DE REALISATIONS SPECIFIQUES
Les liants sont dissous dans un solvant approprié et pulvérisés dans le mélange de poudres sous la forme d'un brouillard fin Après homogénéisation dans un mélangeur, le mélange est séché par mise sous vide et/ou par évaporation du solvant et récupération
du solvant éliminé par condensation pour le recyclage L'évapo-
ration du solvant provoque un abaissement de la température du pro-
duit, abaissant le taux d'évaporation et augmentant le temps de séchage Par mise en circulation d'un liquide à une température contrôlée à travers une chemise du mélangeur, la température du produit peut être maintenue et les temps de séchage peuvent être réduits. Dans les tests, la poudre d'acier Atomet& 1 001 est utilisée comme poudre de base à laquelle 0,8 % de graphite South Western 1651 et 0,8 % de stéarate de zinc Whitco (Zn St) sont
ajoutés Les agents liants employés comprennent la polyvinylpyrro-
lidone (GAF: PVP K 15), l'acétate de polyvinyle (Union Carbide:
résine AYAA), et le polyvinyl butyral (Monsanto: BUTVAR B-74).
Les liants sont dissous dans du méthanol à une concentration de solides de 10 % en poids pour l'application au mélange Le tableau 1
donne le programme du test suivi pour l'étude.
Tableau 1
Par pu Lvé-
Liant,% risation Par barre de
dispersion du sys-
tèrne d'injection
Par verse-
ment Conditions de séchage sans chauffage 38 52 66 C PVP
0,05 X X
0,10 X X
0,125 X X
le x il x x r f x x t 9 x x go x x
0,175 X X
PV Ac
0,05 X X
0,10 X X
0,125 X X
PV But 0,05 x x Tableau 1 (suite) Par barre de Conditions de séchage Par pu Lvé dispersion du sysPar verse sans Liant,% risation tème d'injection ment chauffage 38 52 66 C PV But
0,05 X X
0,10 X X
0,125 X X
PVP:polyvinylpyrro Lidone; PV Ac: Acétate de polyvinyle; PV But:polyvinyl-
butyrol. L'efficacité des agents liants est déterminée par la mesure de la résistance du mélange de poudre à la formation de poussière lorsqu'il est fluidisé par un courant de gaz (air, N 2,
etc) et par évaluation de la capacité d'écoulement du mélange.
L'effet de la concentration en liant et des divers systèmes de liants sur les propriétés du produit cru et du produit fritté pour les mélanges de poudres compactées à une densité à l'état cru de
6,8 g/cm 3 est également évalué.
Dans le test de résistance à la formation de poussière, l'air est dirigé à un débit d'écoulement constant de 6,0 l/min pendant 10 min à travers un tube de 2,5 cm de diamètre avec un tamis de 400 mesh ( 0,038 mm d'ouverture de maille) sur lequel la matière à tester est placée Ceci provoque la formation des bulles dans la matière à tester et l'entraînement des particules fines (par exemple de graphite) comme résultat d'un rapport élevé de surface: volume et d'un faible poids spécifique Le graphite et d'autres matières similaires sont ensuite déposés dans le
collecteur de poussière.
Pour le système de récupération de solvant, le temps total de séchage est mesuré en fonction de la température du
système de chauffage/refroidissement Ce système contrôle la tem-
pérature de l'huile entrante qui circule à travers la chemise du
mélangeur ce qui permet de tester l'effet de la température.
Avant de définir l'appareillage requis, on conduit les tests en vue de déterminer si la séquence des matières ajoutées
dans le mélange a un effet quelconque sur la qualité du mélange.
Le tableau 2 montre les séquences étudiées.
Tableau 2
Séquence A B 1 Poudre d'acier Poudre d'acier 2 Solution de liant Lubrifiant, graphite 3 Lubrifiant, graphite Solution de liant Dans "A", on pulvérise la solution de liant sur la poudre d'acier pendant le mélangeage On continue ce mélangeage pendant min, après quoi le graphite et le lubrifiant sont ajoutés Dans "B", le lubrifiant et le graphite sont ajoutés à la poudre d'acier et mélangés pendant 5 min, après quoi on y pulvérise la solution de
liant Après l'étape " 3 ", dans "A" et "B", on continue le mélan-
geage pendant 30 min en prélevant périodiquement des échantillons.
Il est évident d'après l'observation des échantillons que la séquence "A" produit un grand nombre d'agglomérats indésirables de Zn St et de graphite alors qu'aucune agglomération n'est observée avec la séquence "B" Néanmoins, lorsque les agglomérats ont été
séparés par tamisage, aucune différence apparente dans les pro-
priétés physiques ou métallurgiques n'est décelée lorsque l'on compare des mélanges identiques fabriqués selon la séquence "A" et la séquence "B" Etant donné que la séquence "B" ne produit pas d'agglomérat, des mélanges subséquents sont préparés en utilisant
ce procédé.
Avec la technique développée pour le traitement des mélanges exempts de ségrégation, une quantité considérable de liquide doit être mélangée au mélange (c'est-à-dire environ 200 l pour un mélange de 20 t) Par conséquent, la méthode utilisée pour ajouter la solution de liant est un paramètre important à considérer Trois différentes méthodes d'addition de liquide sont étudiées. Dans la première méthode, la solution de liant est simplement versée dans son intégralité dans le mélangeur à travers l'orifice d'entrée de produit Dans la seconde méthode, la solution de liant est alimentée par gravité à travers une barre de dispersion qui tourne autour de l'axe du mélangeur La troisième méthode d'addition de liquides fait appel à une pompe spécialisée et à une buse pour pulvériser le liant liquide sans provoquer de
changement de pression à l'intérieur du mélangeur.
Lorsque le système de pulvérisation est utilisé, le temps de mélangeage nécessaire pour obtenir un mélange homogène diminue de façon significative ( 5-10 min) Le brouillard très fin qui peut être produit avec ce système distribue le liant d'une manière égale et à aucun moment il y a accumulation de la solution de liant dans le mélange Bien que certaines parties du mélange apparaissent sous la forme d'une bouillie durant le début du mélangeage lorsque les procédés à barre de dispersion ou de versement sont utilisés, en
augmentant le temps de mélangeage, on obtient des mélanges homo-
gènes Les propriétés d'écoulement et de résistance à la formation de poussière sont pratiquement identiques à celles du procédé à pulvérisation lorsque les mélanges sont hompogènes Néanmoins, le présent inventeur pense qu'il est vraisemblable qu'une certaine quantité de particules du mélange soit excessivement enrobée par la méthode à barre de dispersion et de versement Les propriétés métallurgiques sont également similaires d'un système d'injection à l'autre. Apres l'achèvement du mélangeage, le solvant doit être éliminé ou évaporé laissant les éléments mélangés bien encastrés dans un film solide mince recouvrant les particules de fer Ce film solide non collant améliore les propriétés d'écoulement Lorsque le
solvant n'est pas évaporé, le mélange n'est pas suffisamment sec.
Par conséquent, les propriétés améliorées d'écoulement et de résistance à La formation de poussière associées avec Les mélanges exempts de ségrégation ne sont pas obtenues Une partie de l'appareil qui est nécessaire pour produire des mélanges exempts de ségrégation est donc un système de séchage ou un système de mise
sous vide.
Le système de mise sous vide est habituellement couplé à une chambre de condensation pour récupérer le solvant Dans ce système de récupération, le gaz quittant le mélangeur est saturé de
solvant qui se condense ensuite dans la chambre de condensation.
Le solvant peut alors être recyclé, ce qui permet d'abaisser les
coûts de production.
Le temps total de séchage dépend en grande partie de la température du produit L'augmentation de la température du produit accroit la vitesse d'évaporation et diminue finalement le temps total de séchage et vice versa La température du produit peut être facilement régulée, par exemple, par mise en circulation d'un liquide ou d'un qaz à une température contrôlée à travers la
chemise du mélangeur.
Le temps de séchage est initialement enregistré pour les mélanges sans aucun contrôle de la température du produit Des temps de séchage extrêmement longs sont nécessaires car dès que le produit est mis sous vide, la température du produit diminue A mesure que la température diminue, la vitesse d'évaporation est abaissée ce qui nécessite des temps de séchage longs atteignant 1-1/2 h Subséquemment, la température du liquide circulant dans la chemise du mélangeur est contrôlée à 38, 52 et 66 C Avec un accroissement de la température du liquide, La température du produit est maintenue à une valeur supérieure, ce qui diminue le temps total de séchage Pour des températures de liquide de 600 C ou plus, la température du produit atteint des niveaux élevés On pense que les températures élevées du produit durant le mélangeage provoque le ramolissement des lubrifiants (cire, Zn St, acide
stéarique, etc) altérant les propriétés de la poudre La tempéra-
ture optimale du liquide dans les conditions particulières du test se situe entre 50 et 55 C A ces températures, la température du produit est maintenue à environ 25 O C et le temps de séchage est juste inférieur à 0,5 h. L'effet des divers agents liants sur Les propriétés de la poudre des méLanges est illustré sur les figures 1 à 4 Pour les mélanges exemptsde tout liant, la résistance à la formation de poussière (figure 1) mesurée est de 30 % Le liant, PVP-K 15, est testé à quatre concentrations différentes, c'est-à-dire à 0,05, 0,10, 0,125 et 0,175 % A une concentration de liant de 0,125 %, la résistance à la formation de poussière est d'environ 95 % ce qui est excellent A 0,10 % de PVP-K 15 la résistance à la formation de
poussière mesurée est de 88 %.
La figure 2 illustre l'améLioration du débit d'écoulement obtenue avec les liants A une concentration de 0,125 % de PVP ou de PV Ac, le débit d'écoulement est amélioré de 30 s/50 g (pour un
mélange sans liant) à environ 23 s/50 g.
Les propriétés à l'état cru des pièces réalisées à partir des mélanges traités par un liant sont seulement légèrement affectées Comme on peut le voir à la figure 3, la pression de compactage nécessaire pour atteindre une densité à l'état cru de 6,8 g/cm 3 est augmentée d'environ 1 tsi ( 15, 748 M Pa) lorsqu'on la
compare à un méLange régulier à une concentration de 0,125 % de PVP.
Le Butvar, toutefois, a un effet plus préjudiciable sur la compressibilité Une autre manière de représenter l'effet sur la compressibilité comprend la mesure de la densité à l'état cru pour la même pression de compactaqe (ASTM B 331-76) A une pression de tsi ( 472, 464 M Pa), pour une concentration de 0,125 % de PV Ac ou
de PVP, une diminution de 0,02 à 0,03 g/cm 3 est observée, compa-
rativement à un mélange exempt de liant.
Conformément à la présente invention, la polyvinylpyrro-
lidone est ajoutée au mélange de poudres d'acier en quantité d'au plus 0, 2 % en poids environ (à l'état sec), de préférence d'environ 0,15 % en poids et plus préférablement d'au plus 0,1 % en poids
environ D'une manière générale, on utilise plus de polyvinyl-
pyrrolidone lorsqu'on utilise de la poudre de fer que lorsque l'on utilise la poudre d'acier A cet effet, lorsque les poudres de fer sont utilisées comme poudres ferreuses, la polyvinylpyrrolidone est ajoutée au mélange en quantité d'au plus 0,3 % en poids environ (à
l'état sec), de préférence d'environ 0,25 % en poids et plus préfé-
rablement d'au plus 0,2 % en poids environ Plus préférablement, toutefois, on n'ajoute pas plus de polyvinylpyrrolidone aux mélanges de poudres ferreuses qu'il est nécessaire pour améliorer la tendance des mélanges de poudres à former de la poussière et Dour rendre la composition exempte de ségrégation Bien qu'il n'y
ait aucune limitation particulière imposée au liant de polyvinyl-
pyrrolidone qui est utilisé dans la présente invention, il est préférable que la polyvinylpyrrolidone soit réticulée à une valeur minimale en vue d'améliorer sa solubilité dans le solvant et sa
dispersibilité dans la composition de poudres.
Additionnellement, bien qu'aucun maximum de poids molécu-
laire pour le polymère ne soit nécessaire, il est souhaitable de ne pas utiliser les hauts polymères, car ils tendent à se disperser
lentement D'une manière générale, les poids moléculaires attei-
qnant 400 000 sont utilisables, et les polymères de 10 000 à
000 sont préférés.
Additionnellement, dans la présente invention, il est oossible d'utiliser des copolymères de vinylpyrrolidone Lorsqu'un
tel copolymère est choisi pour être utilisé comme liant confor-
mément à la présente invention, il est préférable de sélectionner le comonomère à partir des monomères tels que l'acétate de vinyle
et analogue Il est également préférable que le monomère vinyl-
pyrrolidone constitue au moins 50 % des unités monomères du
copolymère, et plus préférablement que le monomère vinylpyrroli-
done constitue au moins 70 % des unités monomères du copolymère.
La polyvinylpyrrolidone est très soluble dans un grand nombre de solvants organiques tels que les alcools, les acides, les esters, les cétones, les hydrocarbures chlorés, les amines, les glycols, les lactames et les nitroparaffines La solubilité du polymère dans l'eau est typiquement limitée seulement par la viscosité de la solution résultante D'une manière générale, tout solvant désiré peut être utilisé, et les alcools sont préférés et le méthanol est particulièrement préféré On utilisera la quantité de solvant la plus faible possible, bien que des solutions de 10 % soient communément appliquées La polyvinylpyrrolidone peut, bien entendu, être mélangée sous une forme sèche avec les mélanges de
poudres secs ou préalablement mouillés, si on le désire.
Il est entendu que diverses modifications peuvent être faites aux modes de réalisation préférés décrits ici, sans sortir de l'esprit et du cadre de l'invention ou sans perte des avantages mentionnés Ainsi, d'autres exemples d'application des principes décrits ici sont considérés comme tombant dans le cadre de la présente invention lorsqu'ils empruntent les caractéristiques
mentionnées dans les revendications qui suivent ou des caractéris-
tiques équivalentes.
Claims (27)
1 Une composition de poudre métallurgique, caractérisée en ce qu'elle comprend une poudre ferreuse ayant une taille maximale de particules d'au plus environ 300 pm et au moins une poudre de (i) un agent d'alliage en quantité inférieure à environ % en poids, (ii) un lubrifiant en quantité inférieure à environ % en poids et (iii) un additif en quantité inférieure à 5 % en poids environ, ladite composition comprenant également un agent liant pour éviter la ségrégation de la poudre d'alliage ou du lubrifiant de ladite composition, ledit agent liant comprenant la polyvinylpyrrolidone. 2 La composition métallurgique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la poudre d'alliage, le lubrifiant ou l'additif a une taille de particules maximale inférieure à celle de
la poudre ferreuse.
3 La composition métallurgique selon la revendication 2, caractérisée en ce que la poudre ferreuse est une poudre d'acier et l'agent liant est présent en quantité inférieure à environ 0,2 % en
poids.
4 La composition métallurgique selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit agent liant est présent en quantité
inférieure à environ 0,15 % en poids.
La composition métallurgique selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit agent liant est présent en quantité
inférieure à environ 0,1 % en poids.
6 La composition métallurgique selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite poudre ferreuse est la poudre de fer et ledit agent liant est présent en quantité inférieure à environ
0,3 % en poids.
7 La composition métallurgique selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit agent liant est présent en quantité
inférieure à environ 0,25 % en poids.
8 La composition métallurgique selon la revendication 7, caractérisée en ce que ledit agent liant est présent en quantité
inférieure à environ 0,2 % en poids.
9 La composition métallurgique selon la revendication 3 ou 6, caractérisée en ce que ladite poudre d'alliage est présente
en quantité inférieure à environ 10 % en poids.
La composition métallurgique selon la revendication 3, 4, 6 ou 7, caractérisée en ce que ladite poudre d'alliage est
présente en quantité inférieure à environ 3 % en poids.
11 La composition métallurgique selon la revendication 9, caractérisée en ce que ladite poudre d'alliage a une taille de
particules maximale inférieure à environ 150 pm.
12 La composition métallurgique selon la revendication 11, caractérisée en ce que ladite poudre d'alliage est présente en
quantité inférieure à environ 3 % en poids.
13 La composition métallurgique selon la revendication , caractérisée en ce que ladite poudre d'alliage a une taille de
particules maximale inférieure à environ 50 pm.
14 La composition métallurgique selon la revendication 5 ou 8, caractérisée en ce que ladite poudre d'alliage est présente en quantité inférieure à environ 3 % en poids et a une taille
moyenne de particules inférieure à environ 20 pm.
15 La composition métallurgique selon la revendication 3 ou 6, caractérisée en ce que ledit lubrifiant est présent en
quantité inférieure à environ 2 % en poids.
16 La composition métallurgique selon la revendication 3, 4, 6 ou 7, caractérisée en ce que ledit lubrifiant est présent
en quantité inférieure à environ 1 % en poids.
17 La composition métallurgique selon la revendication , caractérisée en ce que ledit lubrifiant a une taille de
particules maximale inférieure à environ 100 pm.
18 La composition métallurgique selon la revendication 16, caractérisée en ce que ledit lubrifiant a une taille de
particules maximale inférieure à environ 50 pm.
19 La composition métallurgique selon la revendication 5 ou 8, caractérisée en ce que ledit lubrifiant est présent en quantité inférieure à environ 1 % en poids et a une taille moyenne
de particules inférieure à environ 25 pm.
La composition métallurgique selon la revendication 3 ou 6, caractérisée en ce que ledit additif est présent en quantité
inférieure à environ 2 % en poids.
21 La composition métallurgique selon la revendication 3, 4, 6 ou 7, caractérisée en ce que ledit additif est présent en
quantité inférieure à environ 1 % en poids.
22 La composition métallurgique selon la revendication 21, caractérisée en ce que ledit additif a une taille moyenne de
particules inférieure à environ 50 pm.
23 La composition métallurgique selon la revendication , caractérisée en ce que ledit additif a une taille de particules
maximale inférieure à environ 50 pm.
24 La composition métallurgique selon la revendication 21, caractérisée en ce que ledit additif a une taille de particules
maximale inférieure à environ 20 pm.
La composition métallurgique selon la revendication 5 ou 8, caractérisée en ce que ledit additif est présent en quantité inférieure à environ 1 % en poids et a une taille moyenne de
particules inférieure à environ 5 pm.
26 La composition métallurgique selon 2, caractérisée en ce que ledit agent liant a un
inférieur à environ 400 000.
27 La composition métallurgique selon 26, caractérisée en ce que ledit agent liant a un
d'environ 10 000 à 100 000.
28 La composition métallurgique selon 26, caractérisée en ce que ledit agent liant est vinylpyrrolidone et au moins 50 % environ des
comprend la vinylpyrrolidone.
29 La composition métallurgique selon 28, caractérisée en ce qu'au moins 70 % environ
mères comprend la vinylpyrrolidone.
La composition métallurgique selon 29, caractérisée en ce que ledit copolymère est
vinylpyrrolidone et d'acétate de vinyle.
la revendication poids moléculaire la revendication poids moléculaire la revendication un copolymère de unités monomères la revendication
des unités mono-
la revendication un copolymère de 31 La composition métallurgique selon la revendication
2, caractérisée en ce que ledit agent liant est un homopolymère.
32 La composition métallurgique selon la revendication 31, caractérisée en ce que ledit agent liant a un poids moléculaire
inférieur à environ 400 000.
33 La composition métallurgique selon la revendication 32, caractérisée en ce que ledit agent liant a un poids moléculaire
d'environ 10 000 à 100 000.
34 La composition métallurgique selon l'une quelconque
des revendications 26, 27, 32 ou 33, caractérisée en ce que ledit
copolymère est soluble dans l'eau.
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