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RÉSUMÉ
Cet article propose un panorama des principaux procédés de fabrication des mousses métalliques. Il présente les spécificités des métaux mis en oeuvre et les produits potentiellement réalisables. En particulier, sont précisés les liens existants entre le procédé et les caractéristiques morphologiques des mousses.
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Jonathan DAIRON : Docteur-ingénieur de l’École Centrale de Lille - Ingénieur R&D Procédés, Centre de Recherche des Matériaux du Creusot – Industeel ArcelorMittal, France - Précédemment chef de projets au Centre Technique des Industries de la Fonderie
INTRODUCTION
Les mousses métalliques sont des matériaux cellulaires généralement considérés comme nouveaux. Pourtant, les premières techniques de production de ces matériaux ont été initiées il y a près d’un siècle. Cette impression de nouveauté est induite par la maîtrise assez récente des procédés de fabrication, qui permettent aujourd’hui de proposer des mousses dont les caractéristiques morphologiques sont relativement bien contrôlées. Cette maîtrise permet de fabriquer des produits dont les propriétés de service sont prévisibles et répétables, ce qui est essentiel pour utiliser un matériau.
Les caractéristiques morphologiques des mousses conditionnent les fonctions qu’elles peuvent assurer et leurs propriétés d’usage. Il en résulte qu’en fonction de l’application visée, le choix d’une structure particulière peut s’imposer. Or, cette structure est étroitement liée au procédé qui lui donne naissance. Ce procédé ayant lui-même ses propres limitations et conditions de mise en œuvre, c’est donc le choix du couple procédé/structure qui doit être effectué.
Cet article met l’accent sur le lien existant entre les procédés de fabrication de mousses métalliques et les structures de ces matériaux. Après une première partie détaillant le vocabulaire spécifique aux mousses métalliques, une déclinaison des procédés permettant de fabriquer ces matériaux est proposée. Les procédés sont regroupés selon les principes physiques auxquels ils font appel. Les éléments clefs de leur maîtrise sont abordés.
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Lien entre structures et procédés
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2. Techniques de fabrication
Depuis les années 1950, de nombreux procédés ont été développés pour fabriquer des mousses métalliques. Plusieurs classifications peuvent être employées pour les regrouper. Par exemple, l’état physique du métal lors de sa mise en forme (liquide, solide, gazeux ou ionique) pourrait être un critère de classification. Dans cette partie, nous avons préféré regrouper ces procédés en fonction des principes physiques auxquels ils font appel, même si leurs mises en œuvre pratiques peuvent différer. Ceci permet de présenter lesdits principes pour chacun de ces groupes de procédés, avant de décliner les différentes mises en œuvre existantes.
2.1 Moussage d’un métal liquide
Les procédés de moussage permettent d’obtenir une mousse métallique (solide) par formation d’une mousse de métal liquide qui est ensuite solidifiée. L’obtention de la mousse liquide est assurée par l’introduction de gaz dans un bain métallique, pouvant être réalisée via différentes techniques. Cette mousse doit par ailleurs être stabilisée, sinon elle retombe dès l’arrêt du moussage tout comme la mousse formée en secouant une boisson gazeuse. Enfin, même stabilisée, elle subit un processus de vieillissement et doit de ce fait être solidifiée rapidement.
HAUT DE PAGE2.1.1 Théorie du moussage des métaux
Toute mousse (liquide) est une dispersion métastable d’une phase gazeuse au sein d’une phase liquide, dans laquelle le gaz se présente sous forme de cellules globalement polyédriques séparées par des films de liquide. Pour cela, la phase gazeuse occupe nécessairement plus de 74 % du volume total de la mousse. En dessous, le gaz se présenterait en effet sous forme de bulles sphériques dont l’arrangement spatial peut suivre des lois différentes de celles des mousses. Ces lois d’arrangement spatial qui prévalent dans les mousses sont celles de Plateau,...
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Techniques de fabrication
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HUGO (J.-M.), BRUN (E.), TOPIN (F.) - « Metal foam effective transport properties » - In : Evaporation, condensation and heat transfer, ed. A. Ahsan, InTech, pp. 279-302 (2011).
-
(2) - WEAIRE (D.), HUTZLER (S.) - The Physics of Foams - Oxford University Press, (réédition de 2005) (1999).
-
(3) - BANHART (J.) - « Manufacturing routes for metallic foams » - JOM, 52 (#12), pp. 22-27 (2000).
-
(4) - BANHART (J.) - « Manufacture, characterisation and application of cellular metals and metal foams » - Progress in Materials Science 46, pp. 539-632 (2001).
-
(5) - BANHART (J.) - « Light-metal foams – history of innovation and technological challenges » - Advanced Engineering Materials 15 (#3), pp. 82-111 (2013).
-
(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
http://www.ultramet.com, consultation le 23/06/2014
http://www.recemat.nl, consultation le 01/07/2014
https://www.ifam.fraunhofer.de/
http://www.ecka-granules.com/en/products/alulightr/
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