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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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Lire l’articleINTRODUCTION
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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Obtention de revêtement de CMMp par projection
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3. Obtention de CMMp à partir d’une matrice liquide
3.1 Généralités
Ce sont les procédés de fonderie qui ont reçu le plus de développements industriels, probablement à cause du faible nombre de paramètres à contrôler pendant la production et surtout à cause d’utilisation de procédés de fonderie, bien connus, peu coûteux et bien adaptés à des grasses productions.
Le principe général est simple : le métal liquide est vigoureusement agité pendant que les particules sont introduites, ce qui a pour effet d’augmenter le mouillage des particules. Après le brassage, le composite est coulé en lingots. La mise en forme ultérieure se fait le plus souvent par moulage ou injection du lingot refondu ou par déformation plastique comme l’extrusion ou le forgeage.
Le contrôle de la température durant le brassage ne requiert pas une trop grande précision, mais la qualité de l’atmosphère y est prépondérante, car le brassage peut durer longtemps et l’atmosphère peut interagir avec la matrice liquide.
Pour être efficace, l’incorporation doit respecter les critères suivants :
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éviter la sédimentation des particules dans le liquide lorsqu’il est dans le four ou pendant la coulée ;
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désagglomérer les particules qui, surtout si elles sont petites, ont une tendance naturelle à se regrouper par attraction électrostatique ; au‐dessous de 20 µm, la désagglomération est difficile et nécessite des moyens énergiques de cisaillement pendant le brassage et de mouillage ; il faut ajuster également la composition pour que le mouillage soit efficace ;
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contrôler la réactivité des particules avec le métal liquide ; pour améliorer le mouillage, on ajoute des éléments d’alliage qui diminuent la tension de surface entre les particules et la matrice ; on se sert souvent d’éléments tels que le magnésium, le titane ou le lithium ; mais en améliorant le mouillage, on augmente aussi la réactivité et il se forme souvent des produits de réaction indésirables ; en particulier, l’interface entre la particule et la matrice ne doit pas être...
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Obtention de CMMp à partir d’une matrice liquide
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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