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Le Cetim lance un grand projet Poudres

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Lyon, 8 – 10 mars. Profitant du congrès Innovmeca – qui a fait le point sur le frittage lors du salon Industrie 2005 -, le Cetim annonce un projet dédié à la métallurgie des poudres

Démarré cette année pour trois ans, le projet mobilisera 5 Meuros et s’appuiera sur un réseau de partenaires nationaux et internationaux. L’objectif est de constituer un centre de compétences reconnu en Europe avec trois  grandes orientations :
- maîtriser les techniques innovantes dans les principales filières de transformation
- créer un pôle R&D européen
- transférer les acquis dans les secteurs industriels, notamment vers les bureaux d’études.

Le marché mondial des poudres de fer croît de 4 % par an et a dépassé le million de tonnes en 2003. En prototypage rapide, utilisateur de poudres également, la croissance est de 21 % par an. Le marché européen du traitement de surface de durcissement avec poudres croît de 3 % par an et concerne plus de 200 entreprises pour un CA de plus de 500 M€.

Si l’Europe et les pays développés veulent rester compétitifs, il leur faut passer à des procédés non banalisés, c’est à dire innover même au sein des PMI comme la réaffirmé Georges Jobard de la délégation régionale Rhône-Alpes de la FIM et directeur de Clextral

La connaissance de plus en plus fine des mécanismes de frittage, l’apparition de procédés comme la compaction grande vitesse créent un climat propice. Cela explique la création de ce grand projet du Cetim et aussi le prochain lancement d’un projet européen intégré Hi-Comp de 10 M€ qui rassemble déjà 21 partenaires. Son objet : la simulation numérique du frittage et du compactage à grande vitesse et l’augmentation de la taille et des performances des pièces frittées.

Les conférences Innovmeca sur le frittage ont montré à quel point la métallurgie des poudres progresse en ce moment du fait des interactions entre laboratoires universitaires et industriels.

Jean Marc Chaix du LTPCM de l’INP Grenoble a pointé au moins deux défis technologiques actuels : l’obtention de mélanges à forte proportion volumique de particules dures et l’intégrité structurale du comprimé après éjection ; tous deux réclament des études fondamentales fines pour dégager les processus élémentaires mis en œuvre. A partir des études fondamentales on peut améliorer les procédés industriels comme cela est le cas pour des pseudo-alliages tungstène/cuivre et cuivre/chrome que l’on parvient maintenant à densifier totalement.

Idem pour l’optimisation des outils de coupe à base d’alliages fer/cobalt/tungstène dont la dureté a gagné 400 HV30 uniquement par définition d’un traitement thermique idoine (élucidation du mécanisme de précipitation de nanocristaux durs et transformation martensitique de la matrice).

Le vocable “métallurgie des poudres“ est quelque peu restrictif car les connaissances développées et les méthodes de caractérisation utilisées s’appliquent aussi aux poudres minérales et à des composés intermédiaires. A tel point que l’on sait maintenant créer des bi-matériaux et des matériaux à gradient d’indice de composition donc de propriétés mécaniques et thermiques.

L’arrivée du compactage à grande vitesse apporte de nouvelles possibilités comme l’a expliqué Ludovic Lazzarotto du Cetim en charge de la plateforme Innoprod à St Etienne. Grâce à cette presse à haute énergie (20 kJ appliqués en quelques millièmes de seconde) les poudres se comportent différemment. Les comprimés obtenus sont plus homogènes, facilement manipulables car plus cohésifs, ce qui conduit lors du frittage à des retraits mieux contrôlés ; la planéité des comprimés est meilleure et ils sont usinables en l’état (vert dans le vocable dédié).

On peut donc réaliser ainsi des pièces irréalisables par le schéma traditionnel de frittage ou alors au prix d’usinage ultérieur très délicat sur la pièce finie. La compression grande vitesse donne accès à des pièces de plus grande dimension : comprimé de 200 mm de diamètre et 4 mm d’épaisseur ou tube de 100 mm de diamètre externe pour 70 mm interne et 100 mm de haut.

Elle offre aussi des possibilités insoupçonnées avec les polymères. La compression grande vitesse génère un mécanisme d’autofrittage des grains polymères et conduit à des pièces deux fois plus résistantes en un cycle de quelques secondes contre un cycle classique de plusieurs dizaines d’heures.

Plus spéculatif mais prometteur le frittage flash appelé aussi SPS Spark Plasma Sintering déjà utilisé au Japon car développé par Sumitomo. La poudre comprimée dans une presse uniaxiale est soumise à des courants pulsés d’une dizaine de kiloampères. Cette injection massive d’énergie facilite la “fusion“ des grains sans passage par la phase liquide et en gardant des tailles de cristallites submicroniques. On gagne ainsi sur la température de frittage (500 à 1000 °C en dessous) et les temps (quelques minutes ou dizaines de minutes contre des heures ou des dizaines d’heures). Il existe au Japon environ 150 machines SPS (dont un tiers déjà pour de la production industrielle) contre 4 en Europe, toutes dédiées à la recherche développement.

Dernière grande méthode de frittage utilisée, le MIM metal injection molding, largement en production mais qui fait l’objet de nombreux développements industriels, notamment sur la plateforme de l’UTBM à Belfort. Les pièces accessibles vont de 0,25 mg à 950 g.

Les installations pilote sont très utilisées pour le développement de micro-pièces métalliques (fabrication des moules par ablation laser et micro-usinage par électroérosion à fil). Pour l’avenir, les développements portent sur la production de pièces plus massives et sur la résolution des problèmes de ségrégation lors de l’injection.

Christian Guyard

Site
- www.cetim.fr

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