Le frittage dans la métallurgie des poudres

Telle était la question posée dans une récente enquête menée auprès d'un échantillon d'ingénieurs concepteurs travaillant dans diverses entreprises de l'industrie manufacturière.

Résultat : personne n'a été en mesure de donner une définition 100% correcte du frittage et du fonctionnement de ce process de fabrication. De plus, nous avons remarqué que les imprimantes 3D ont été ajoutées pour créer encore plus de confusion sur le sujet ces dernières années.
 


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Nous avons donc rédigé cet article pour vous informer, de manière claire et concise, sur ce qu'est le frittage.

 



Définition

Commençons par une définition tirée d'un dictionnaire digne de confiance:
 
"Le frittage est un procédé dans lequel les particules d'un matériau solide sous forme de poudre, soumises à la chaleur, se rapprochent et se soudent entre elles, donnant lieu à une pièce compacte. C'est un procédé largement utilisé dans la métallurgie des poudres [...] Généralement, le frittage est effectué à une température légèrement inférieure à la température de fusion du matériau." - Treccani
 
Le frittage est employé pour donner de la résistance et une structure solide à un matériau donné, le but étant de façonner les poudres métalliques en un matériau destiné à l'utilisateur final. Le frittage a lieu dans un four unique, long, avec diverses zones de température.
 


Le processus de frittage dans la métallurgie des poudres : 4 étapes expliquées simplement

 

Nous avons donné une définition rapide de ce qu'est le frittage dans la métallurgie des poudres métalliques et des objectifs qui y sont liés. Creusons maintenant le processus de manière simple et non technique, mais approfondie.
 

 
C'est maintenant l'heure de la phase de finition.



Le choix de l'alliage
 

La première étape du processus de frittage dépend de l'alliage que nous avons choisi, et elle consiste à mélanger les composants choisis sous forme de poudre.  
Ce processus dépend des caractéristiques que nous voulons obtenir pour la pièce à fabriquer. 
 
Les mélanges peuvent être standards ou spéciaux:

 
Mais que faut-il pour réaliser ces mélanges particuliers?

 
Même si une compréhension et une planification approfondies pour la fabrication du produit sont nécessaires, la plupart du temps, des essais empiriques sont indispensables pour obtenir les bonnes caractéristiques.
 
Pourquoi?

Parcourons ensemble le processus de validation de l’alliage:

 
La deuxième étape du processus de frittage est appelée "phase de pressage". C'est le moment où la pièce prend sa forme.
 
Les éléments clés de la phase de pressage sont:

 
Nous allons les passer en revue dans l'ordre.

Les presses hydrauliques agissent pour délivrer la pièce avec les caractéristiques géométriques requises. Les tonnages de pressage sont calibrés en fonction de la taille des pièces, tandis que la pression est appliquée à la fois par le haut et par le bas. 
 
Mais, avant toute chose, il faut fabriquer un moule. Les moules utilisés dans les procédés de frittage sont plus simples et moins chers que ceux utilisés dans d'autres procédés de fabrication tels que : M.I.M. (que nous définirons plus tard), l'injection plastique, le moulage, le zamak ou le moulage sous pression d'aluminium et autres.
 
La partie du moule qui façonne l'extérieur de votre pièce s'appelle "la matrice". Par exemple, si votre pièce a un contour extérieur en forme de pentagone, la matrice sera un bloc d'acier rond à l'extérieur, avec une cavité traversante en forme de pentagone.
Un poinçon supérieur et un poinçon inférieur reliés aux cylindres supérieur et inférieur de la presse complètent la matrice.
 
Le résultat de cette étape sera un bloc de forme pentagonale. Même si cela arrive rarement, il est possible de faire varier la hauteur de la pièce en travaillant sur les courses des poinçons.
 
L'un des principaux avantages du frittage dans la métallurgie des poudres est la possibilité de créer des formes externes très complexes, et éventuellement aussi des formes internes. Cela est dû au fait que la matrice qui reflète la forme externe et l'éventuel poinçon mobile placé à l'intérieur pour réaliser un trou façonné sont réalisés par électroérosion à fil avec des tolérances au centième.


 

 

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The sintering phase

Que se passe-t-il après la phase de pressage?
 
Après la phase de pressage, nous pouvons avoir trois situations différentes en fonction de la taille des lots:

 
Cependant, nous parlons toujours de poudre comprimée (fragile et pas encore frittée), ce qui signifie qu'un opérateur physique est nécessaire même pour les lots de taille moyenne. Dans ce cas, il y a une augmentation des coûts.
 
Pour en revenir à la phase de production, le bloc a atteint la boîte. Ici, le positionnement dépend de la forme, du poids et d'autres facteurs.

Les options standard sont au nombre de trois:

 
Dans le cas de notre bloc pentagonal, étant donné sa forme imprécise, la première option est la plus envisageable.
 
Une fois fait, la véritable phase de frittage a lieu avec le déplacement de toutes les cassettes contenant les pièces dans le four. Les pièces passent à l'intérieur du four à l'atmosphère contrôlée et passent par différentes températures. La durée diffère également en fonction des caractéristiques de la pièce.
 
Même s'il y a une phase de refroidissement, les pièces sont encore très chaudes à la sortie du four. Il faut donc les laisser reposer quelques heures avant de passer à la phase suivante. 
 
Si les tolérances sont très serrées, une étape de calibrage est nécessaire:

 
Le calibrage peut également être effectué sur des presses manuelles, mais cette étape peut devenir plus coûteuse que la pièce elle-même.

 

 

 

Après les 3 étapes décrites dans les sections ci-dessus, les pièces frittées se prêtent à divers procédés de finition:

 
L'objectif de cet article était de vous informer de manière approfondie, mais non technique, c'est pourquoi nous avons décidé de vous renvoyer à des guides plus spécifiques sur ces processus complexes.

En un mot, le frittage dans la métallurgie des poudres est un traitement thermique qui, à travers 4 étapes principales, façonne les poudres métalliques dans le but d'augmenter leur résistance intrinsèque et leur intégrité structurelle, créant et fournissant les pièces finales souhaitées.
 



Métallurgie des poudres vs Moulage par injection de métal vs Frittage sélectif par laser 

 
Le frittage dans la métallurgie des poudres que nous avons décrit ci-dessus est un procédé ancien et très différent du frittage sélectif par laser.



Avantages et inconvénients du frittage sélectif par laser

 
Les principales différences sont les suivantes:

Le frittage dans la métallurgie des poudres est un procédé plus précis et moins cher que l'imprimante 3D, mais nous en aurons tous besoin à l'avenir.
 

Résumons maintenant dans un tableau les avantages et les inconvénients du frittage sélectif par laser par rapport à la métallurgie des poudres.
 

 


 

Moulage par injection de métal vs métallurgie des poudres


Hormis l'ambiguïté définie dans la section précédente, nous allons maintenant définir les principales différences entre le frittage dans la métallurgie des poudres et le moulage par injection de métal (également appelé M.I.M.).

Le processus est divisé en 3 étapes:

 
Résumons maintenant dans un tableau les avantages et les inconvénients du moulage par injection de métal par rapport à la métallurgie des poudres.
 

 



Avantages et inconvénients du frittage
 

Nous avons procédé à une comparaison des deux principales alternatives au frittage dans la métallurgie des poudres en tant que procédé de fabrication. Nous allons maintenant mettre en évidence les avantages et les limites de ce procédé.

Avantages

 
Points négatifs

 

Nous espérons que cet article vous a été utile. Nous suivons nos clients dans une approche de conseil pas à pas et c'est la raison pour laquelle nous pensons que connaître leur travail quotidien, ainsi que les avantages et les problèmes auxquels ils sont confrontés, est l'élément qui fait la différence.


Pour en savoir plus sur ce sujet, téléchargez notre e-book sur le frittage.