FR3001230A1

FR3001230A1 - Modification des proprietes physiques de matrices metalliques

Info

Publication number: FR3001230A1
Application number: FR1300152A
Authority: FR
Inventors: Gerard Pierre Bienvenu; Benoit Moevus
Original assignee: GERKARO SCIENCES
Current assignee: GERKARO SCIENCES
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2014-07-25

Abstract

La présente invention concerne la modification des propriétés physiques de matrices métalliques caractérisée par l'addition d'un métal de transition à la matrice métallique et à celle de céramiques non oxydes ayant comme métal de base, le métal de transition de l'alliage.

Description

Description La réalisation de dispersokles homogènes des particules céramiques dans des matrices métalliques est une opération délicate qui se heurte à de nombreuses difficultés, en particulier la formation d'aggrégats qui fragilise le produit final. La présente invention permet d'obtenir des bonnes dispersions de 10 céramiques dans les métaux. Les solutions les plus fréquemment utilisées dans l'art antérieur consistent à faire un traitement préalable des poudres céramiques pour les métalliser en surface. Le brevet FR 2649973 donne un bon exemple de cette approche. Les techniques de revêtements sont variées et elles vont des méthodes physiques de dépôts aux méthodes électrochimiques et chimiques. Une telle méthode chimique est décrite dans le brevet EP 1323848. D'autres techniques sont basées sur le co-frittage d'oxydes et de métaux EP 0776872. 25 Pour produire des composites métaux céramiques, il est proposé d'imprégner la céramique par du métal sous pression WO 200404375. Dans la présente invention, les composites peuvent être préparés par toutes les techniques connues de l'homme de l'art à savoir principalement la fusion 30 et le frittage. 15 20 3 0 0 12 3 0 2 Pour aboutir au résultat recherché, c'est-à-dire à une dispersion homogène d'une céramique fine avec comme métal de base un métal de transition ayant plusieurs degré d'oxydation, on ajoute ladite céramique à un alliage d'un métal de base également constitutif de la céramique.

La phase métallique doit présenter une solution solide entre le métal de base et le métal d'addition (commun avec celui de la céramique). Comme nous le verrons plus loin au cours des exemples, la présence du métal en solution solide permet de mettre en oeuvre au moins partiellement une réaction dans laquelle la céramique est un oxyde du type : 3.5TiO2 + 0.5 Ti ----> Ti407 Le composé intermédiaire Ti407 améliorant la liaison entre le métal et la céramique. Au-delà des céramiques oxydes, les céramiques non oxydes telles que les carbures et nitrures silicures et borures présentent beaucoup d'intérêt, en effet, les céramiques ont des propriétés intéressantes et le brevet FR2841804 (AI) décrit un mode de synthèse de ce type de céramiques mais sous forme massive par mécanosynthèse mais sans autres additifs que du manganèse et du silicium beaucoup moins efficaces et économiques que l'approche faisant l'objet de la présente invention.

Le brevet FR2894597 (A1) revendique la production d'ébauches en matériaux céramiques frittées à partir de nitrures et de carbures mais pas de dispersoïdes de fines particules céramiques dans une matrice métallique comportant un métal allié capable de réduire dans une certaine proportion la céramique constituant le dispersoïde.

Dans la présente invention, nous avons retenu les systèmes suivants NbC + Nb --> Nb2C La céramique et le carbure de niobium et le niobium métal est contenu dans la matrice métallique. TaN + Ta -> Ta2N TaC + Ta -> Ta2C WC + W --> W2C A haute température MoC + Mo --> Mo2C CrN + Cr -> Cr2N 3Cr3C2 + 14Cr -> Cr23C6 Cette liste n'est pas exhaustive car toute céramique susceptible d'être partiellement réduite par son métal de base dissous ou de former une solution solide avec son métal de base dans la matrice métallique peut convenir.

Dans tous les cas, on choisit des poudres céramiques fines de granulométrie moyenne inférieure à 10 pm et de préférence comprises entre 0.5 et 2pm. On obtient des résultats meilleurs si les céramiques ont une densité voisine de celle de la matrice métallique.25 Les matrices métalliques préférées pour cette invention sont les suivantes : ^ AuNb jusquà 20% de Nb mais préférablement < 10%. ^ AuTi jusqu'à 2% Ti, ^ AuZr jusqu'à 3% Zr, AuHf jusqu'à 3% Hf, ^ AuCr jusqu'à 6% Cr, ^ AuTa jusqu'à 8% Ta, FeCr jusqu'à 30% Cr, ^ FeCrNi aciers inoxydables. D'une façon générale, les matrices métalliques sont constituées par un métal de base tel que Ag, Fe, Ni... allié aux métaux correspondants des céramiques tels que Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W.

Les céramiques étant des carbures, nitrures, siliciures et borures des métaux sus cités. Enfin, la mise en oeuvre des mélanges entres les matrices métalliques et les céramiques peut être réalisée par fusion par induction ou frittage en phase solide. 3 0 0 12 3 0 5 Exemples 1) Alliage AuNb à 18cts avec dispersoïde de NbC 5 50g d'un alliage AuNb à 15% massique de Nb a été préparé par fusion à 1350°C et granulé en poudre de granulométrie moyenne était 1mm, puis cet alliage a été mélangé à 5g de poudre micronique de NbC préparée par explosion thermique dont la granulométrie moyenne était de 2 pm. le 10 mélange compacté a été ensuite fondu par induction et coulé dans une lingotière. Après refroidissement, on a recueilli un petit bouton de 4.3 cc ayant une densité mesurée de 12.3. 15 Un examen au microscope électronique à balayage a montré une bonne dispersion de grains de poudre avec peu d'aggrégats. La distance intergranulaire moyenne étant de l'ordre de 2 pm. 20 2) Alliage FeCr à 30% Cr renforcé par du carbure de chrome On a pris 1 kg d' alliage FeCr à 30% de chrome sous la forme de microbilles de 500 pm que l'on a mélangé à 500g de carbure de chrome Cr3C2 sous forme de poudre micronique de 1.5 pm de granulométrie moyenne.

Après compactage, le tout a été fondu par induction à 1600°C sous argon. Le fort brassage de l'induction a permis de réaliser une bonne dispersion d'autant meilleure que la densité de la matrice liquide était très voisine de celle du carbure de chrome. On a recueilli un lingot de 1.465 contenant une dispersion fine de grains de carbure distants d'environ 20 pm. 6

Claims

REVENDICATIONS1) 2) 3) 4) Procédé de production de dispersoïde homogène de particules céramiques dans une matrice métallique caractérisé en ce qu'au moins un métal entrant dans la composition des particules céramiques est également présent et allié dans la matrice métallique. Procédé selon la revendication1) caractérisé en ce que la céramique est susceptible d'être partiellement réduite par son métal de base dissous dans la matrice métallique, Procédé selon la revendication
2) caractérisé par le fait que les particules céramique sont très fines, de granulométrie moyenne inférieure à 10pm et de préférence comprises entre 0.5 et 2pm. Procédé selon les revendications 1) à
3) caractérisé par le fait que les matrices métalliques sont constituées par un métal de base allié aux métaux suivants : Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W Dans des proportions telles que les phases métalliques sont des solutions solides. 7 3001230 5) Procédé selon les revendications 1) à
4) caractérisé par le fait que les matrices métalliques préférées pour cette invention sont les suivantes : 5 ^ AuNb jusquà 20% de Nb mais préférablement < 10%. ^ AuTi jusqu'à 2% Ti, ^ AuZr jusqu'à 3% Zr, ^ AuHf jusqu'à 3% Hf, 10 ^ AuCr jusqu'à 6% Cr, ^ AuTa jusqu'à 8% Ta, ^ FeCr jusqu'à 30% Cr, ^ FeCrNi aciers inoxydables. 15 6) Procédé selon les revendications 1) à
5) caractérisé par le fait que l'on réalise les additions de céramiques par frittage de poudres des métaux constitutifs de la matrice métallique et des céramiques. 20 7) Procédé selon les revendications 1) à
6) caractérisé par le fait que l'on réalise les additions de céramique par fusion au four à induction.