FR2936817A1 - Procece pour fabriquer une piece comprenant un bloc en materiau dense du type carbure cemente, presentant un grandient de proprietes et piece obtenue - Google Patents
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Abstract
Procédé pour fabriquer une pièce comprenant un bloc (1) en matériau dense constitué de particules dures, de même nature ou de nature différente, dispersées dans une phase liante, le matériau ayant une température de solidus Ts à partir de laquelle la phase liante est liquide, caractérisé en ce qu'on dépose sur au moins une partie de la surface du bloc en matériau dense (1), un revêtement actif (2) constitué d'un matériau susceptible de réagir chimiquement avec le matériau dense lorsque l'ensemble est porté au-delà d'une température minimale de réaction T , et en ce qu'on soumet le bloc (1) revêtu du revêtement actif (2) à un traitement thermique comprenant un chauffage puis un maintien pendant un temps t à une température de maintien T supérieure ou égale à la température minimale de réaction T , suivi d'un refroidissement jusqu'à la température ambiante.
Description
Procédé pour fabriquer une pièce comprenant un bloc en matériau dense du type carbure cémenté, présentant un gradient de propriétés et pièce obtenue. Procédé pour fabriquer une pièce comprenant un bloc en matériau dense constitué de particules dures dispersées dans une phase liante par un traitement thermo-chimique, la pièce présentant un gradient de propriétés. De nombreuses pièces, notamment des taillants d'outils de forage ou d'outils d'usinage, sont constituées de blocs en matériau du type carbure cémenté constitués de particules de carbure dispersées dans une phase liante métallique.
Ces matériaux qui sont extrêmement durs, et donc résistants à l'usure, peuvent également être fragiles. Aussi, afin de renforcer leur ténacité, on les soumet à des traitements destinés à introduire en leur sein un gradient de composition en phase ductile avec ou non la formation de nouvelles phases dont la dureté est différente de la dureté initiale du bloc qui abouti soit à des blocs dont la surface extérieure, ou au moins une partie de cette surface, est extrêmement dure et la partie intérieure est plus tenace, soit à des blocs dont la surface extérieure ou au moins une partie est plus tenace et la partie intérieure est plus dure. Pour cela, on peut fabriquer des blocs de carbure cémenté non dense ayant un gradient de porosité qu'on réalise par métallurgie des poudres et que l'on infiltre par une phase liante afin d'améliorer leur ductilité à coeur. Cette méthode est mal adaptée en particulier au système du type WC-Co, car elle conduit à la destruction partielle du squelette de carbure préexistant à l'infiltration, et de ce fait, ne permet pas d'obtenir les propriétés souhaitées pour un taillant. Il a également été proposé de réaliser des carbures cémentés à gradient de composition par frittage naturel en phase solide d'une pièce multicouches, chacune des couches ayant une composition différente. Toutefois, cette méthode ne permet pas de densifier complètement le matériau et doit être suivie d'un traitement coûteux de compaction isostatique à chaud. En outre, la préparation du carbure cémenté à gradient de composition est complexe puisqu'elle nécessite la réalisation d'une succession de couches élémentaires qui s'emboîtent les unes dans les autres. Enfin, ce procédé présente l'inconvénient de ne pas engendrer un gradient continu de composition.
Il a également été proposé de réaliser de tels matériaux par frittage naturel en phase liquide, ce qui permet d'obtenir très rapidement, et en une seule étape, un matériau à gradient de composition complètement dense. Mais, ce procédé présente l'inconvénient d'atténuer assez fortement le gradient de composition en raison de la migration de liquide entre les couches de faible épaisseur sous l'effet combiné des phénomènes d'infiltration et d'imbibition. En outre, et contre toute attente, le gradient de composition reste discontinu lorsque la durée de maintien à l'état liquide reste inférieure à une durée critique au-delà de laquelle on constate une complète homogénéisation du carbure cémenté mais une durée suffisante pour densifier le matériau. Par ailleurs, il a été proposé d'améliorer la tenue en service d'outils coupants en déposant à la surface du carbure cémenté des revêtements durs en nitrure, carbonitrure, oxyde ou borure. De telles méthodes ont été décrites par exemple dans les brevets US 4 548 786 ou US 4 610 231. Mais ces méthodes présentent l'inconvénient d'améliorer uniquement la résistance à l'usure par abrasion du carbure cémenté, et ce, uniquement sur de faibles épaisseurs (quelques microns). Il a été également proposé d'améliorer à la fois la résistance à l'usure de la surface ainsi que la résistance aux chocs des carbures cémentés de type WC-Co en mettant une phase gazeuse riche en carbone au contact d'un carbure cémenté dense sous-stoechiométrique en carbone. Sous l'effet de la température le carbone de la phase gazeuse diffuse dans le carbure cémenté sous-stoechiométrique et réagit avec la phase n-0O3W3C, ce qui conduit à une libération de cobalt qui migre vers la surface extérieure du carbure cémenté c'est- à-dire en arrière du front de diffusion du carbone. Cette méthode décrite dans le brevet US 4 743 515 présente l'inconvénient de conduire à un gradient de phase liante riche en cobalt sur 1 ou 2 mm tout en conservant une fragilité du coeur de la pièce traitée. Afin de remédier aux différentes insuffisances des méthodes qui viennent d'être énoncées, il a été proposé de fabriquer des blocs de carbure cémenté ayant un gradient de composition en phase liante sur des distances millimétriques en enrichissant ces carbures cémentés par imbibition depuis l'extérieur à partir d'une phase liquide susceptible de pénétrer (ou migrer) dans le carbure cémenté. Ce phénomène d'imbibition correspond à la migration de liquide externe de composition proche de celui du système solide/liquide considéré parfaitement dense sous la seule force motrice de la pression de migration générée par un déséquilibre local de la fraction volumique de phase liante et/ou de la taille et morphologie des grains solides. Ce phénomène concerne tout système constitué de phases condensées (solides et liquide) qui possède une aptitude à adapter la forme de ses grains solides par l'absorption de liquide le rendant ainsi énergétiquement plus stable, c'est-à-dire qui présente un mûrissement d'Ostwald avec modification de la forme des particules dures sans nécessairement engendrer un grossissement de ces particules par le phénomène de dissolution et re-précipitation. L'utilisation de ce procédé pour fabriquer des taillants pour outils de forage ou outils de coupe, nécessite de réaliser des assemblages préalables entre un bloc fritté dense destiné à être enrichi et une pastille de poudre compactée en matériau d'imbibition destinée à apporter la phase liante par le phénomène d'imbibition et de disposer l'ensemble dans un four pour effectuer le traitement thermique adéquat. Ce procédé présente l'inconvénient de faire appel à un matériau d'imbibition qu'il convient de dimensionner par rapport au gradient de composition désiré, ce qui complexifie le procédé et nécessite le plus souvent une rectification de la surface d'imbibition. De façon très inattendue, les inventeurs ont constaté qu'il était possible d'engendrer des gradients de concentration en phase liante sur des distances millimétriques à l'intérieur de blocs en carbure cémenté dense à la seule condition de déposer un revêtement adapté sur toute ou partie de la surface du bloc dense en carbure cémenté et de le soumettre à un traitement thermique adéquat dont la température doit être au moins égale à la température permettant le passage à l'état liquide de la phase liante (solidus du carbure cémenté considéré). Le matériau constituant le revêtement se déstabilise (ou se dissocie) et un ou plusieurs éléments chimiques qui le constituent, diffusent et réagissent ou non avec le matériau du bloc, générant ainsi un gradient de phase liante dans le bloc et/ou la formation de phases dont la dureté est différente de la dureté initiale du bloc sur des distances plus ou moins importantes, fonction de la durée du traitement thermique appliqué. La forme du gradient ainsi généré dans le bloc : durcissement de la surface sous laquelle a été déposée le revêtement et adoucissement du coeur ou inversement adoucissement de la surface sous laquelle a été appliquée le revêtement et durcissement du coeur, dépend notamment de la nature et de l'épaisseur du revêtement utilisé, de la proportion de la surface revêtue et du traitement thermique. Les paramètres du traitement thermique peuvent être déterminés par l'homme du métier notamment en fonction de la forme du gradient souhaité. Aussi, l'invention a pour objet un procédé pour fabriquer une pièce comprenant un bloc en matériau dense constitué de particules dures, de même nature ou de nature différente, dispersées dans une phase liante, le matériau ayant une température de solidus TS à partir de laquelle la phase liante est liquide, caractérisé en ce qu'on dépose sur au moins une partie de la surface du bloc en matériau dense, un revêtement actif constitué d'un matériau susceptible de réagir chimiquement avec le matériau dense lorsque l'ensemble est porté au-delà d'une température minimale de réaction Tr, et en ce qu'on soumet le bloc revêtu du revêtement actif à un traitement thermique comprenant un chauffage puis un maintien pendant un temps tm à une température de maintien Tm supérieure ou égale à la température minimale de réaction Tr, suivi d'un refroidissement jusqu'à la température ambiante.
De préférence, la température de maintien Tm est supérieure ou égale à la température de solidus TS du matériau dense. De préférence, la température de maintien Tm est inférieure ou égale à TS + 200°C. De préférence, le temps de maintien tm est compris entre 1 min et 10min.
Le revêtement actif peut n'être déposé que sur une partie de la surface du bloc. Le revêtement actif peut être déposé sur toute la surface du bloc. Le matériau dense est par exemple un carbure cémenté constitué de particules de carbure métallique dispersées dans une matrice métallique.
Le carbure cémenté peut, en outre, contenir des particules de diamant naturel ou synthétique de taille allant jusqu'à 1 mm de diamètre.
Le carbure cémenté est par exemple du type WC-M, M étant un ou plusieurs métaux pris parmi Co, Ni et Fe, la somme des teneurs en poids de ces métaux dans la phase liante étant supérieure à 50%. Le matériau de revêtement susceptible de réagir avec le matériau dense du bloc est par exemple constitué d'au moins un composé pris parmi les composés du type nitrure, borure, carbure, oxyde, hydrure, carbonitrure, borocarbure, graphite. Ce matériau peut être constitué de tout mélange de ces différents composés. Le revêtement peut être déposé par un procédé du type PVD (Physical Vapor Deposition) ou CVD (Chemical Vapor Deposition), ou un procédé de pulvérisation ou au pinceau ou au trempé ou par sérigraphie. Le bloc de matériau dense est par exemple un taillant ou un bloc support d'un taillant d'un outil de forage ou abattage ou usinage de roches ou de métaux. En outre, on peut déposer sur une face du bloc support une plaquette diamantée de type PDC (Polycrystalline Diamond Compact) ou TSP (Thermally Stable Polycrystalline diamond). La plaquette diamantée peut être rapportée sur le bloc par brasage, après le traitement du bloc. Ce procédé thermique présente alors l'avantage de réaliser de façon très simple des blocs en carbure cémenté présentant un gradient de propriétés adapté à une utilisation comme taillant d'outil de forage ou d'outil de coupe, ou comme bloc support de taillant d'outil de forage ou d'outil de coupe. L'invention concerne également un taillant pour outil de taille des roches qui comprend un bloc constitué de particules dures dispersées dans une phase liante susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'invention et qui présente, sur une distance supérieure à 0,5mm, mieux supérieure à 1 mm, et mieux encore supérieure à 3mm, un gradient continu de teneur en phase liante, l'écart de teneur en phase liante entre la zone la plus riche et la zone la moins riche étant supérieure à 1% en volume, mieux supérieure à 2%, et mieux encore, supérieure à 5%. Le taillant peut comprendre une plaquette diamantée rapportée de type PDC ou TSP d'épaisseur pouvant être comprise entre 0,4mm et 5mm.
L'invention concerne également un outil de taille des roches qui comprend au moins un taillant ou une lame d'imprégné constitué d'un mélange de carbure cémenté avec des particules de diamant naturel ou synthétique (de taille pouvant aller jusqu'à 1 mm de diamètre).
L'invention va maintenant être décrite de façon plus précise mais non limitative en regard des figures annexées, dans lesquelles : - La figure 1 représente une vue en coupe d'un bloc de carbure cémenté dense recouvert complètement d'un revêtement et le tout disposé dans un four de traitement thermique. - La figure 2 est une vue en coupe d'un bloc en carbure cémenté dense traité et qui montre la répartition de la concentration en phase liante à l'intérieur du bloc à partir de la surface extérieure vers l'intérieur du carbure cémenté et la formation ou non de phases solides de dureté différente de la dureté initiale du bloc. - La figure 3 est une vue schématique en coupe d'un taillant pour outils de forage constitué d'une plaquette diamantée d'épaisseur millimétrique déposée sur un bloc support en carbure cémenté dense traité selon l'invention et dont la surface inférieure n'avait pas été revêtue. - La figure 4 est un schéma représentant l'évolution de la température en fonction du temps pour un cycle thermique de traitement d'un bloc dense en carbure cémenté revêtu. - La figure 5 représente schématiquement en coupe un premier exemple de bloc en carbure cémenté revêtu de nitrure de bore sur sa face supérieure et sur ses faces latérales. - La figure 6 représente schématiquement la forme en dôme du gradient de concentration en phase liante obtenu à partir du bloc de la figure 5, dont la surface extérieure est plus pauvre en phase liante que le coeur après traitement. - La figure 7 et la figure 8 représentent un deuxième exemple de bloc et de gradient de concentration en phase liante obtenu, le bloc étant revêtu de nitrure de bore seulement sur une partie de sa face supérieure et de ses faces latérales. - La figure 9 et la figure 10 représentent un troisième exemple de bloc et de gradient de concentration en phase liante obtenu, le bloc étant revêtu d'alumine sur sa face supérieure et sur ses faces latérales et dont la surface extérieure est plus riche en phase liante que le coeur après traitement. Dans la suite, on considère des blocs destinés notamment à fabriquer des taillants pour outils de forage ou plus généralement pour des outils de coupe, de forme généralement parallélépipédique ou de forme cylindrique ayant des dimensions de l'ordre de quelques millimètres ou quelques dizaines de millimètres. Ces blocs, obtenus par métallurgie des poudres, sont constitués d'un matériau dense dont la structure comprend d'une part des particules dures telles que des carbures métalliques, et en particulier des carbures de tungstène, et d'autre part une phase liante constituée principalement d'un métal ou d'un alliage métallique. Au contact des carbures, cette phase liante peut former, à une température adaptée, un eutectique dont la température de fusion est inférieure à la fois à la température de fusion des carbures et à la température de fusion du métal ou de l'alliage métallique. Ce métal ou cet alliage métallique qui constitue la phase liante est par exemple du cobalt mais peut être également du fer ou du nickel ou un mélange de ces métaux, ces éléments représentent au moins 50% en poids de la phase liante. Cette phase liante peut également contenir des éléments d'addition dont la somme des teneurs peut atteindre au plus 15 % en poids mais en générale ne dépasse pas 5 %. Ces éléments d'addition peuvent être du cuivre pour améliorer la conductivité électrique ou du silicium qui a un effet tensioactif par rapport au système constitué par les carbures et par la phase liante. Les éléments d'addition peuvent également être des éléments carburigènes permettant de former des carbures mixtes ou des carbures de type MXCy autres que le carbure de tungstène. Ces éléments sont notamment le manganèse, le chrome, le molybdène, le tungstène, le vanadium, le niobium, le tantale, le titane, le zirconium et l'afnium. En outre, la phase liante peut comporter des éléments d'addition qui modifient la forme et/ou inhibent le grossissement des particules dures et que l'homme du métier connaît. Enfin, la composition chimique de ces matériaux comprend des impuretés inévitables qui résultent des procédés d'élaboration.
Pour certaines applications, afin de renforcer la résistance à l'usure des taillants, on peut ajouter des particules de diamant naturel ou synthétique dont le diamètre peut atteindre 1 mm. Ces particules de diamant sont ajoutées au mélange de poudre qui sert à la fabrication du bloc par frittage connu sous le nom d'imprégné. Conformément à l'invention, pour réaliser un bloc en carbure cémenté à gradient de propriétés, on revêt le bloc 1 en matériau dense d'une couche 2 d'épaisseur généralement comprise entre 50pm et 2mm environ, en un matériau susceptible de réagir chimiquement avec la phase liante et/ou la phase carbure du matériau dense. Ce revêtement est réalisé par pulvérisation, dépôt PVD (Physical Vapor Deposition) ou CVD (Chemical Vapor Deposition) si ce matériau de revêtement est apporté sous forme gazeuse, ou au pinceau, au trempé ou par sérigraphie si le matériau de revêtement est apporté sous forme liquide. On dispose alors l'ensemble sur la sole 3 d'un four 4 et on porte l'ensemble à une température de maintien Tm et on maintient l'ensemble à cette température pendant un temps tm de façon à assurer l'interaction du revêtement externe ou d'un de ses éléments constitutifs avec le matériau dense et engendrer la formation d'un gradient de propriétés à l'intérieur du bloc. Pour cela, la température de maintien Tm doit être supérieure ou égale à la température minimale de réaction Tr qui est la température au-dessus de laquelle le revêtement externe ou un de ses éléments commence à réagir ou diffuser sans réagir de façon significative à l'intérieur du bloc. Cette température de réaction Tr doit être supérieure ou égale à la température de solidus TS du carbure cémenté qui constitue le bloc. Cette température de solidus est la température minimale à laquelle la phase liante du carbure cémenté est à l'état liquide. Cette condition est souhaitable pour que le revêtement ou un de ses éléments constitutifs puisse rapidement diffuser puis réagir ou non selon le revêtement considéré avec les constituants (grains solides ou phase liquide) du bloc en cours de traitement. Si le revêtement est constitué d'un composé avec un métalloïde tel que le bore ou tout autre métalloïde ou un non-métal tel que le carbone, l'azote, l'oxygène ou tout autre non-métal, la température de réaction Tr est supérieure ou égale à la température de déstabilisation ou de dissociation Td du composé qui n'est pas nécessairement supérieure à la température de solidus TS du carbure cémenté. Les températures de réaction Tr, de déstabilisation Ta et la température de solidus TS dépendent de la nature du matériau dont est constitué le revêtement et du matériau dont est constitué le bloc. L'homme du métier sait déterminer ces températures. La température de maintien Tm ne doit pas être trop élevée. De préférence, elle doit rester en dessous de TS +200°C et mieux, en dessous de TS +100 °C, et mieux encore, en dessous de TS+50°C. Le temps de maintien tm doit être quant à lui adapté à la forme et à l'amplitude du gradient souhaité et est déduit de l'expérience. Il est généralement de l'ordre de quelques minutes. Le matériau de revêtement susceptible de se déstabiliser ou de se dissocier et/ou de réagir avec le matériau qui constitue le bloc dense à traiter est par exemple un nitrure de métalloïde ou de métal tel que le nitrure de bore, le nitrure d'aluminium, le nitrure de titane, ou un borure tel que le borure de titane, un carbure de métalloïde ou de métal tel que le carbure de bore, le carbure de titane, ou un hydrure tel que l'hydrure de titane ou du graphite ou un oxyde réfractaire tel que l'alumine ou un carbonitrure ou un borocarbure de métal ou un mélange de tels matériaux. Comme on l'a indiqué ci-dessus, les matériaux utilisés pour réaliser le revêtement du bloc à traiter doivent être actifs voire dans certains cas réactifs au-dessus de la température de solidus TS, mais il est préférable qu'ils restent stables, c'est-à-dire ne se dissocient pas, en dessous de cette température. On notera que, selon la nature du matériau de revêtement et celle du matériau constitutif du bloc, le gradient de propriétés obtenu peut résulter d'un durcissement relatif de la surface du bloc par rapport au coeur, ou au contraire, d'un adoucissement.
Le traitement thermique comprend, comme cela est représenté à la figure 4, une montée en température jusqu'à la température de maintien Tm, puis un maintien pendant un temps de maintien tm à cette température et un refroidissement jusqu'à la température ambiante. Le temps de maintien tm et la température de maintien Tm sont adaptés en fonction des dimensions du bloc à traiter et du gradient de propriétés qu'on veut obtenir. Le traitement thermique peut être effectué dans un four à résistance, ou un four à induction, ou un four à micro-onde, sous atmosphère protectrice ou sous vide. L'atmosphère protectrice est par exemple de l'argon ou un mélange d'argon et d'hydrogène mais en règle générale toute atmosphère neutre telle que argon, azote, argon hydrogéné, azote hydrogéné, hydrogène ou éventuellement un vide primaire ou secondaire.
Comme représenté à la figure 2, le bloc ainsi traité a une composition, en particulier une teneur en phase liante, qui varie depuis l'extérieur vers l'intérieur. Sur la figure, on a représenté des courbes d'iso-concentration Ci en phase liante, la zone la plus externe 10 étant la plus pauvre en phase liante et par conséquent la plus dure, et la zone intermédiaire 11 ayant une concentration intermédiaire et la zone 12 la plus riche en phase liante étant la moins dure et par conséquent la plus tenace. Comme représenté sur cette figure 2, on voit que la variation de teneur en phase liante se fait sur plusieurs millimètres. De ce fait, il apparaît que l'action d'un ou plusieurs éléments constitutifs de la couche externe déposée avec l'un des constituants du carbure cémenté peut induire des phénomènes de transfert (ou de migration) de la phase liante liquide depuis la zone externe vers la zone interne en appauvrissant la zone externe pour enrichir la zone interne. Bien évidemment, l'étendue de la zone affectée par la variation de la teneur en phase liante dépend à la fois de la température maximale de maintien Tm, du temps de maintien tm et de l'épaisseur du matériau de revêtement. A épaisseur égale de la couche de revêtement, plus la température Tm est élevée et plus le temps tm est long, plus la zone affectée est étendue ; c'est-à-dire, plus le bloc est affecté en profondeur. L'homme du métier sait adapter les conditions du traitement aux résultats qu'il souhaite obtenir. On notera également que le bloc tel qu'il vient d'être décrit est recouvert sur toutes ses faces d'un matériau actif. Mais, le matériau actif peut n'être déposé que sur une partie de la surface externe du bloc et de ce fait peut conduire au durcissement ou à l'adoucissement que des zones du bloc situées sous le revêtement et donc posséder une zone adoucie ou durcie à coeur qui peut s'étendre jusqu'à la surface externe du bloc qui n'est pas revêtue.
On notera que cette variation de la répartition de la phase liante à l'intérieur du bloc sur des distances millimétriques se fait sans apport de phase liante externe. Mais ce n'est pas pour autant que la teneur en phase liante globale du bloc qui a été traitée reste identique car de la phase liante a pu se combiner avec un ou plusieurs éléments du revêtement pour former une phase solide, appauvrissant ainsi la teneur en phase liante du bloc. La variation de dureté qui peut atteindre plusieurs centaines de Vickers peut se faire sur des distances supérieures à 0,5mm, et peut s'étendre dans tout le bloc. A titre d'exemple, on a réalisé trois traitements de blocs constitués du même matériau, WC_Co contenant environ 13% en poids de Cobalt (HV2kgäos = 1220), selon le même cycle thermique (Tm = 1350 °C, tm = 5 min) avec deux revêtements différents (nitrure de bore, alumine) sous vide et sous argon hydrogéné. Le premier bloc, repéré 10 à la figure 5, a été revêtu par pulvérisation d'une couche 11 de nitrure de bore BN, recouvrant la face supérieure et les faces latérales du bloc, puis traité sous vide. Comme cela est représenté de façon schématique à la figure 6, le gradient de concentration en phase liante obtenu a la forme d'un dôme tel que la zone 12 située sous les surfaces revêtues a une dureté supérieure de 130 HV environ à celle de la zone 13 située au coeur du bloc. Le sens de migration de la phase liante est indiqué par la flèche et par le sens croissant des iso-concentrations (Cl <C2<C3<C4).
Le deuxième bloc, repéré 20 à la figure 7, a également été revêtu d'une couche 21 de nitrure de bore BN, mais celle-ci n'a été déposée que sur une moitié du bloc. En outre, le bloc a été traité sous une atmosphère d'argon hydrogéné. Comme représenté à la figure 8, le gradient de concentration en phase liante obtenu conduit à une amplitude de dureté de 120 HV, seule la zone 22 située sous le revêtement étant durcie, le reste 23 ne l'étant pas. De nouveau, le sens de migration de la phase liante est indiqué par la flèche et par le sens croissant des iso-concentrations (Cl <C2<C3). Le troisième bloc, repéré 30 à la figure 9, a été revêtu d'une couche 31 d'oxyde d'aluminium AI2O3 déposée sous la forme de pâte liquide au pinceau sur la face supérieure et sur les faces latérales du bloc et traité sous vide. Comme représenté à la figure 10, le gradient de concentration en phase liante obtenu est en forme de dôme, mais, contrairement à ce qui a été obtenu avec le premier bloc, la zone 32 proche de la surface a été adoucie de sorte que leur dureté est inférieure de 150 HV à celle de la zone à coeur 33. Le sens de migration de la phase liante est indiqué par la flèche et par le sens croissant des isoconcentrations (Cl <C2<C3<C4) dont le sens est inverse par rapport aux deux cas précédents.
Ainsi, dans le cas du matériau WC-Co considéré, le nitrure de bore permet de durcir la zone du bloc proche de la couche de revêtement, alors que l'alumine permet de l'adoucir. En revanche, l'atmosphère du four (vide ou argon-hydrogéné) utilisée pour effectuer les traitements est sans incidence sur le résultat.
Comme on l'a indiqué précédemment, les blocs ainsi traités peuvent constituer des taillants d'outil de forage ou d'outil de coupe et peuvent avoir des dimensions de quelques millimètres ou même plus puisqu'on peut envisager de réaliser des lames de coupe ayant des dimensions de plusieurs centimètres et qui peuvent être durcies par ce procédé.
On peut également, comme cela est représenté à la figure 3, réaliser un taillant pour outil de taille des roches ou outil de coupe des métaux réfractaires ou d'usinage, constitué d'un bloc support 20 en carbure cémenté réalisé à l'aide du procédé selon l'invention dont la surface latérale est dure et le coeur plus tenace (Cl <C2<C3<C4) et dont la face inférieure n'a pas été revêtue avant traitement thermique et dont sur la face supérieure après traitement a été rapportée une plaquette 21 de diamant naturel ou synthétique d'épaisseur supérieure à 0,4mm selon le procédé HPHT (Haute Pression ù Haute Température) du type PDC (Polycrystalline Diamond Compact) ou du type TSP (Thermally Stable Polycrystalline diamond).
En particulier, le bloc support 20 traité selon l'invention peut être assemblé après le procédé HPHT par brasage par exemple selon le procédé connu sous le nom de LS Bond et décrit dans les brevets US 4,225,322 et US 5,111,895 sans que cette opération n'entraîne dans le bloc une modification drastique du gradient de concentration en phase liante.
D'autres taillants que l'homme du métier peut imaginer peuvent être réalisés par ce procédé. Ces taillants peuvent être incorporés dans des outils divers connus de l'homme du métier tels que des outils pour le broyage des roches, pour des têtes de forage ou bien des outils d'usinage.
Claims (17)
- REVENDICATIONS1.- Procédé pour fabriquer une pièce comprenant un bloc (1) en matériau dense constitué de particules dures, de même nature ou de nature différente, dispersées dans une phase liante, le matériau ayant une température de solidus TS à partir de laquelle la phase liante est liquide, caractérisé en ce qu'on dépose sur au moins une partie de la surface du bloc en matériau dense (1), un revêtement actif (2) constitué d'un matériau susceptible de réagir chimiquement avec le matériau dense lorsque l'ensemble est porté au-delà d'une température minimale de réaction Tr, et en ce qu'on soumet le bloc (1) revêtu du revêtement actif (2) à un traitement thermique comprenant un chauffage puis un maintien pendant un temps tm à une température de maintien Tm supérieure ou égale à la température minimale de réaction Tr, suivi d'un refroidissement jusqu'à la température ambiante.
- 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de maintien Tm est supérieure ou égale à la température de solidus TS du matériau dense.
- 3. ù Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la température de maintien Tm est inférieure ou égale à TS+ 200°C.
- 4. ù Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le temps de maintien tm est compris entre 1 min et 10min.
- 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le revêtement actif n'est déposé que sur une partie de la surface du bloc.
- 6.-Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le revêtement actif est déposé sur toute la surface du bloc.
- 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau dense est un carbure cémenté constitué de particules de carbure métallique dispersées dans une matrice métallique.
- 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le carbure cémenté contient, en outre, des particules de diamant naturel ou synthétique de taille allant jusqu'à 1 mm de diamètre.
- 9.- Procédé selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que le carbure cémenté est du type WC-M, M étant un ou plusieurs métaux prisparmi Co, Ni et Fe, la somme des teneurs en poids de ces métaux dans la phase liante étant supérieure à 50%.
- 10.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le matériau de revêtement susceptible de réagir avec le matériau dense du bloc est constitué d'au moins un composé pris parmi les composés du type nitrure, borure, carbure, oxyde, hydrure, carbonitrure, borocarbure, graphite ou de tout mélange de ces différents composés.
- 11.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le revêtement est déposé par un procédé du type PVD (Physical Vapor Deposition) ou CVD (Chemical Vapor Deposition), ou un procédé de pulvérisation ou au pinceau ou au trempé ou par sérigraphie.
- 12.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le bloc de matériau dense est un taillant ou un bloc support d'un taillant d'un outil de forage ou abattage ou usinage (roches / métaux).
- 13.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'en outre, on dépose sur une face du bloc support une plaquette diamantée de type PDC (Polycrystalline Diamond Compact) ou TSP (Thermally Stable Polycrystalline diamond).
- 14.- Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la plaquette diamantée est rapportée sur une face du bloc après traitement du bloc, par brasage.
- 15.- Taillant pour le broyage des roches comprenant un bloc constitué de particules dures dispersées dans une phase liante susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il présente sur une distance supérieure à 0,5mm, un gradient continu de teneur en phase liante, l'écart de teneur en phase liante entre la zone la plus riche et la zone la moins riche étant supérieure à 10/0 en volume.
- 16.- Taillant selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend une plaquette diamantée rapportée de type PDC ou TSP d'épaisseur supérieure à 0,4mm.
- 17.- Outil de taille des roches comprenant au moins un taillant ou une lame selon la revendication 15 ou la revendication 16.
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