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Auteur(s)
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Jacques MASOUNAVE : Professeur à l’École de technologie supérieure,Université du Québec, Montréal
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Nathalie VILLAR : École de technologie supérieure,Université du Québec , Montréal
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Cet article concerne les composites à matrice métallique renforcés par des particules CMMp, excluant les composites à matrice métallique renforcés par des fibres (CMMf), des raisons d’ordre économique justifiant ce choix. En effet, il est possible de fabriquer des pièces en CMMp à matrice d’aluminium, avec leur forme finale ou proche de leur forme finale, à un prix de deux à cinq fois supérieur à celui d’une pièce d’aluminium non renforcée, mais en général nettement moins élevé que celui des CMMf. L’usine de production de CMMp la plus importante au monde, Duralcan, est située à Jonquière, au Québec. Nous avons parfois inclus les CMM renforcés par des trichites, car les procédés de fabrication de ces fibres ultra-courtes sont souvent semblables à ceux des CMMp.
Le principal but de cette synthèse est de faire le point sur les différentes techniques de fabrication des CMMp, en jetant un regard critique sur les principales difficultés de chacun des procédés. Elle s’inspire d’une étude commencée au CNRC (Conseil National de Recherche du Canada) [6].
La fabrication des CMMp par fonderie peut se décomposer en plusieurs étapes. D’abord, l’incorporation des particules dans l’alliage liquide. La principale difficulté de cette étape réside dans le mouillage et l’agglomération des particules. Ensuite, la coulée en lingots qui seront refondus pour la mise en forme ultérieure. Cette étape de coulée, typique de la fonderie, doit éviter la sédimentation des particules sous l’action de la gravité. Enfin, une éventuelle mise en forme aux cotes finales peut s’effectuer par usinage, forgeage, laminage, extrusion, etc. Nous excluons de cette synthèse l’étude de ces procédés de transformation secondaire. Ils ne seront abordés que lorsqu’ils interviennent en même temps que l’incorporation des particules dans la matrice métallique.
D’autres techniques de fabrication telles que la métallurgie des poudres, la projection, les procédés par voies semi-liquide et solide seront décrites dans cette synthèse.
Nous avons accordé une plus grande importance aux procédés de fonderie 3 à cause de leur intérêt industriel.
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Perspectives
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6. Fabrication à l’état solide
Peu de procédés utilisent ce type de mise en forme, à cause principalement du coût des équipements impliqués et du petit nombre d’alliages susceptibles d’être choisis comme matrice.
L’exemple le plus courant est celui des alliages superplastiques. Le mélange du propanol et des particules est placé entre deux feuilles de métal superplastique tel que l’alliage d’aluminium 7475 [122]. Les tôles de CMMp sont formées par déformation plastique de l’alliage métallique autour des particules dures et peu déformables.
Les auteurs ont réalisé des essais avec des trichites et des particules de carbure de silicium. Dans ces deux cas, les propriétés obtenues sont excellentes, en particulier la ductilité (allongement à la rupture de 3,6 à 12,5 %). La présence de propanol qu’il faut évacuer par évaporation sous vide, les temps excessivement longs nécessaires pour que la déformation plastique se produise, hypothèquent fortement l’avenir de ce type de technologie. D’autres brevets proposent des méthodes semblables adaptées de la superplasticité [115].
Une méthode originale consiste à fortement déformer plastiquement (80 % par laminage) une poudre métallique avant la mise en forme classique de la métallurgie des poudres 2 [114]. La poudre déformée est mélangée à l’aide de vibrations, compression à froid suivie d’une compression à chaud sous vide. Cette technique est utile pour les métaux réactifs tels que l’aluminium ou le titane. L’allongement à la rupture reste faible (0,6 %). Cette méthode peut facilement s’appliquer aux poudres de composites.
La fabrication à l’état solide est utile pour les métaux à haute température de fusion, très réactifs, mais en général elle requiert des équipements très coûteux. Les pièces produites restent de dimensions modestes.
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Fabrication à l’état solide
Le coût des particules de renfort est, aujourd’hui, très variable, la tendance allant vers une baisse des prix. Par exemple, une livre (= 0,454 kg) de particules peut varier de 2 à 40 dollars Canadiens selon la nature et la taille des particules, tandis qu’une libre d’aluminium transformé (pièces finies) ne coûtait, il y a peu de temps, que 1 à 2 dollars selon les alliages et surtout selon les quantités. Il faut surveiller le prix de l’aluminium qui ne cesse de chuter depuis quelques années (moins de un dollar en 1995), principalement à cause de l’aluminium russe sur nos marchés. Dernièrement, une stabilisation semble être intervenue sous l’influence des pays occidentaux. Le coût des CMMp semble s’être stabilisé depuis quelques années. Le prix annoncé par Duralcan en 1990 qui reste celui de 1994 est aux alentours de 3 à 4 dollars par livre . Ce prix a peu changé en 1995 . Certaines matrices peuvent entraîner des coûts plus élevés, telles que celles obtenues par métallurgie des poudres de métaux refroidis rapidement.
Le rappel de ces prix montre que les CMMp ne sont pas destinés à remplacer les alliages d’aluminium à cause de l’augmentation de coût entraînée par la présence des particules. En revanche, les CMMp sont intéressants lorsque l’on recherche simultanément une bonne résistance à l’usure et une masse minimale. Ils peuvent...
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