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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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Composites à matrice métallique
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7. Perspectives
Il est toujours périlleux de prédire l’avenir surtout dans le domaine de la technologie. Il est évident que les CMMp présentent des propriétés intéressantes comme une bonne résistance à l’usure et une faible masse volumique qui rendent leurs usages fort probables, au moins pour un certain nombre d’applications. Le prix de revient, qui a beaucoup diminué ces dernières années, les possibilités de mise en forme aux cotes finales, les améliorations pour recycler des CMMp, sont autant de signes prometteurs.
Il n’en reste pas moins que la très faible ductilité reste le problème le plus préoccupant. Malgré de nombreux efforts, il semble qu’une faible ductilité soit inhérente à cette classe de nouveaux matériaux. Cependant, il est possible que les procédés d’incorporation actuels introduisent suffisamment d’oxydes pour affecter la ductilité. Une certaine amélioration est peut‐être envisageable.
La grande résistance à l’usure possède aussi sa contrepartie : les outils de mise en forme secondaire (extrusion, laminage, forgeage, etc.) s’usent excessivement. De même, l’usinage de ces matériaux ne peut être fait qu’à l’aide d’outils en diamant. Les composites à particules fines sont plus facilement usinables que ceux à grosses particules. Malgré cela, les composites restent toujours des matériaux difficilement usinables. L’ensemble de ces problèmes poussent les chercheurs à créer des méthodes de mise en forme aux cotes finales. De ce point de vue, les méthodes dérivées de la fonderie de précision semblent être promises à un avenir intéressant : cire perdue, moule permanent, etc.
Les technologies de projection peuvent aussi posséder un certain avenir si les difficultés d’approvisionnement en poudres peuvent être résolues. Ces techniques permettent de produire des pièces possédant leurs formes finales, avec des propriétés de surface remarquables. Le temps très court pendant lequel les particules sont en contact avec le métal liquide permet d’éviter presque tous les problèmes liés aux réactions d’interface et hors des conditions d’équilibre. De plus, la faible épaisseur des revêtements permet de conserver une ductilité acceptable. Les techniques de couches graduées ont permis de résoudre une grande partie des problèmes d’adhérence et il est probable que ces connaissances vont se généraliser...
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Perspectives
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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