La métallurgie des poudres est un procédé permettant entre autres la fabrication de pièces métalliques. La caractéristique principale de ce procédé est qu’il s’effectue par frittage de poudres métalliques par amalgame. C’est un procédé de formage de pièces métalliques peu connu, qui comporte pourtant des propriétés mécaniques très utilisées dans le secteur automobile.
Le coût de formage des pièces métalliques à la poudre est encore élevé. Toutefois, sa facilité de mise en oeuvre et de combinaison d’alliages en fait un outsider de la métallurgie classique. Car contrairement au formage de pièces en fusion, les poudres permettent de mélanger plusieurs métaux tout en conservant leurs propriétés.
Cette technique permet donc d’élaborer de nouveaux alliages. Car l’avantage d’un mélange de poudres par frittage est la possibilité de production d’alliages nouveaux. Par exemple, l’alliage fer-zinc n’existerait pas sans la méthode du frittage. En effet, la température de fusion du zinc est très inférieure à celle du fer.
Métallurgie des poudres
Il existe deux méthodes de frittage : avec ou sans liant. Le frittage avec liant s’effectue généralement avec d’autres matériaux que le métal, tels que la céramique pour réaliser des poteries. Cette technique ancestrale utilise les mélanges de poudres, d’argile, et d’eau pour former. Appliquée au formage de pièces métalliques, la technique du frittage sans liant est une révolution à plusieurs niveaux :
- Obtention d’alliages et d’aciers spéciaux ;
- Aptitudes de l’acier améliorées, dont une meilleure usinabilité et résistance mécanique accrue
- Le process est effectué sous-vide, garantissant l’absence d’éléments polluants et d’impuretés ;
- Economie de matière, réduction des opérations de soudage et d’usinage
La métallurgie des poudres fait partie d’un process entièrement automatisé. Les matières premières sont plongées dans un contenant de manière à élaborer un alliage dans les proportions recherchées. Ce contenant est soumis à un brassage permanent grâce à des électro-aimants. Des électrodes en graphite chauffent son contenu jusqu’à atteindre le point de fusion de l’alliage.
Lorsque l’alliage est parfaitement équilibré, et sous forme liquide, il entre dans la 2ème phase du processus. L’alliage liquide à plus de 1000 degrés est projeté à grande vitesse dans une chambre et se heurte contre un jet de gaz neutre, qui le réduit instantanément en micro-gouttelettes. Celles-ci refroidissent rapidement, et se transforment en grains de 0.1 à 1 000 micromètres, formant une poudre homogène. C’est l’atomisation de l’alliage liquide grâce à un de gaz qui permet d’obtenir des poudres métalliques.
Ces poudres sont ensuite recueillies dans une capsule, scellée par soudure. Les capsules sont ensuite transportées dans un four de compression isostatique à chaud. Ce four permet de compresser la poudre en la chauffant à haute température, dans une capsule mécano-soudée. Le cycle est réalisé sous vide, ce qui améliore les caractéristiques métalliques des matériaux. Ainsi, la dureté des alliages et les résistances à l’usure sont décuplées. Outre la métallurgie de poudres, ce four à la particularité de densifier les matériaux poreux issus de fonderies.
Ces poudres métalliques à haute performance sont utilisées en fabrication additive pour les imprimantes 3D. La qualité des produits imprimés dépend de la pureté des poudres, qui est atteinte grâce au processus de fabrication sous-vide.
L’enjeu de la recherche actuelle comporte une réflexion sur les possibilités de recycler ces poudres. Si leur récupération est facile, c’est leur réutilisation en l’état pour imprimer un nouvel objet qui n’est pas possible. En effet, le processus de fabrication additive utilise la technique de fusion laser dans l’imprimante 3D, ce qui modifie les caractéristiques physiques des poudres, qui contractent alors des impuretés. Ceci bloquant leur recyclage.
Les imprimantes 3D étant en expansion industrielle, l’enjeu du recyclage est mis au-devant de la scène.
Produits frittés
Les poudres sont aujourd’hui utilisées pour fabriquer des produits dans des secteurs très divers. Ce sont particulièrement des pièces qui doivent résister au frottement et à l’usure. Dans le secteur automobile, les poudres servent à fabriquer des plaquettes de frein, ou des filtres. Les poudres sont aussi utilisées pour fabriquer des outils abrasifs notamment dans le secteur du bâtiment. Les caractéristiques de certains alliages résistants au contact électrique, comme les aimants permanents.
Si ces applications concernent des industries, les poudres sont aussi utilisées dans le secteur artisanal de la coutellerie, pour forger des alliages extrêmement résistants.
En effet, les aciers fabriqués à partir de poudre contiennent un grain fin et homogène, permettant d’obtenir des propriétés intéressantes. Certains aciers issus de la métallurgie des poudres ont une portée internationale pour la fabrication de couteaux :
- Les produits Damasteel sont fabriqués à partir de poudres métalliques. Ces aciers inoxydables sont reconnus pour leur résistance accrue, leur facilité de meulage et polissage, leur haute résistance à la corrosion ;
- Uddeholm SuperClean contient un acier parfaitement adapté aux conditions extrêmes en outdoor. C’est un acier performant, hautement résistant à la corrosion.
- L’acier Bohler Microclean est recherché pour sa résistance exceptionnelle. Cet acier inox alimentaire est recommandé pour les usages en cuisine professionnelle, dans des conditions d’utilisation intensives.
