WO2000071284A1 - Procede et dispositif de formage de pieces metalliques poreuses par frittage - Google Patents

Procede et dispositif de formage de pieces metalliques poreuses par frittage Download PDF

Info

Publication number
WO2000071284A1
WO2000071284A1 PCT/FR2000/001362 FR0001362W WO0071284A1 WO 2000071284 A1 WO2000071284 A1 WO 2000071284A1 FR 0001362 W FR0001362 W FR 0001362W WO 0071284 A1 WO0071284 A1 WO 0071284A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mold
elements
metallic elements
determined quantity
fibers
Prior art date
Application number
PCT/FR2000/001362
Other languages
English (en)
Inventor
André Walder
Brigitte Martin
Original Assignee
Renault
Institut Francais Du Petrole
Onera (Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales)
Imphy Ugine Precision S.A.
Arvin Exhaust S.A.
Gervois, S.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault, Institut Francais Du Petrole, Onera (Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales), Imphy Ugine Precision S.A., Arvin Exhaust S.A., Gervois, S.A. filed Critical Renault
Priority to US09/979,063 priority Critical patent/US6674042B1/en
Priority to EP00931316A priority patent/EP1198316A1/fr
Priority to JP2000619577A priority patent/JP2003500531A/ja
Publication of WO2000071284A1 publication Critical patent/WO2000071284A1/fr

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/002—Manufacture of articles essentially made from metallic fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2807—Metal other than sintered metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Definitions

  • the present invention relates to the production of parts by welding.
  • the invention relates more particularly to a method of welding metal fibers by discharging a capacitor to produce parts of required shape.
  • I t is necessary that these parts have a very high porosity rate, combined with excellent mechanical strength in a wide temperature range.
  • the porosity rates sought start at 0.60 and are typically around 0.95. The rate varies depending on the shape and function of the parts to be produced.
  • the invention is a process for forming metal parts, by welding, of controlled porosity comprising the known successive stages consisting of:
  • elements of anisotropic geometric shape is understood to mean objects having at least one of the three dimensions significantly different from the other (s).
  • the movable part of the mold is then held in position and, simultaneously, the electric current passes through the metallic elements and welds them together by local fusion at the contact points due to the Joule effect or by the formation of a local arc.
  • Local fusion at the contact points is understood to mean a fusion relating only to part of each of the sections according to the three dimensions of the metallic elements. This fusion is such that, on the one hand, the mechanical strength of each metal element concerned, although temporarily reduced, remains sufficient for all of these elements to retain the shape acquired during the previous step, thus preserving the isotropic distribution in the mold, and that, on the other hand, the mechanical behavior of the part is optimal for use.
  • the elements of anisotropic geometric shape of the invention preferably have a dimension significantly different from the other two. They are therefore generally oblong and are advantageously in the form of non-woven fibers, needles or flakes.
  • I t is highly desirable for an easy implementation of the process that the elements are spontaneously distributed isotropically in the mold.
  • Elements of substantially cubic or spherical shape, for example, are spontaneously distributed isotropically in a mold. However, these elements are not anisotropic.
  • Elements combining an anisotropic geometric shape and spontaneously distributing isotropically in a mold exist however. Such elements are obtained in particular by the technique of casting on a wheel. Indeed, the elements developed with this technique have, among other characteristics, the particularity of presenting surface roughness, mainly on the edges parallel to the significantly different dimension. These asperities prevent the elements from sliding against each other and thus prevent them from being distributed an isotropically under the effect of gravity.
  • the spontaneously obtained porosity rate can reach re 0.99, a value which must be greater than that of the desired porosity rate.
  • the spontaneous porosity rate must remain close to that desired.
  • the metal elements can be ground or cut beforehand in order to calibrate them according to the significantly different dimension at an appropriate value.
  • the mobile part is then held in position. It should be understood by this that the movable part of the mold can no longer change position, even if the reaction force exerted by the compressed elements varies abruptly. Indeed, when the electric current passes through the metallic elements, the local fusion suddenly makes the force exerted by these elements on the movable part of the mold diminish. If the force of the external means is kept constant and if the movable part is left free in position, it follows a strong compression and a deformation of the part linked to the imbalance of forces.
  • the movable part being held in position, it is necessary to deliver an electric current passing through the metallic elements such that it allows local fusion, as defined above, but without causing total fusion at the contact points, defined as being a bearing over an entire section of metallic elements. Indeed, if the current delivered is too high, the total fusion of many elements occurs and, by gravity, it follows a deformation of the part.
  • the electric current thus controlled is advantageously delivered by an electric generator using a capacitor of capacity, C, which constitutes an economical, simple and well-suited means for this type of application.
  • the device according to the invention comprises a set of electrodes, at least one of which is integral with a movable wall.
  • FIG. 2 shows schematically a sectional view of another device with two movable walls with the part having the required shape
  • FIG. 3 is a diagram showing the mechanical resistance of a particular part obtained by the implementation of the present invention, as a function of the electrical energy dissipated to form this part.
  • the device of Figure 1 allows the implementation of the method according to the invention. It includes a mold 10 and an electrical circuit 20.
  • the mold 10 consists of fixed walls 12 and a movable wall 14.
  • the set of fixed walls forms an open space at one end inside which is disposed a determined quantity of metallic elements 50, for example fibers .
  • the movable wall 14 closes this space while maintaining the metallic fibers 50, but can slide parallel to itself in the closed space, by an external means not shown, so as to be able to apply the pressure P to the fibers necessary to obtain the rate porosity sought. When this rate is reached, the part has the required shape and the movable wall is then immobilized.
  • the external means used can be, for example, a force-controlled actuator then in position.
  • the electrical circuit 20 comprises a switch 28, a capacitor 30 and a set of electrodes 22, 24, assumed to have no thickness. Additional means for controlling the intensity of the current I and the charging circuit of the capacitor which defines the voltage V present at the terminals of the capacitor exist but are not shown.
  • Each wall, movable 14 and fixed 12 opposite, is equipped with an electrode, respectively 24 and 22, connected to one of the terminals of the capacitor 30, one of which via the switch 28.
  • a part is produced with fibers, obtained by a casting process on a wheel, as follows:
  • the required part has the shape of a cylinder having a circular base of 7.5 cm in diameter, a height of 10 cm and a porosity rate of 0.95.
  • the metal alloy used has a density of 7.1 g / cm 3 .
  • the fibers have a typical section in the shape of a lunula forming part of a rectangle of approximately 100 ⁇ m by 500 ⁇ m and a length of the order of 5 cm.
  • the mold 10 has a fixed wall 12 consisting of a bottom supporting a circular electrode having an internal diameter of 7.5 cm and a cylindrical envelope having a internal diameter also 7.5 cm and a height greater than 10 cm.
  • the quantity of fibers is introduced into the mold 10.
  • the fibers are spontaneously distributed isotropically in the mold, with a porosity rate greater than 0.95.
  • the movable wall 14, supporting a circular electrode 24 with a diameter very close to 7.5 cm is then introduced into the cylindrical envelope and, under the action of the external means, compresses the fibers until the distance between the movable wall 14 and the fixed facing wall 12 reaches 10 cm.
  • the movable wall 14 is then held in this position.
  • the part has the required shape and the desired porosity rate.
  • the switch 28 is then closed, causing the passage of electric current through the fibers 50.
  • the capacitor previously charged at a voltage of 1 9kV has a capacity of 1 06 ⁇ F.
  • the energy thus used for welding is 20kJ.
  • the mold is then opened by removing the movable wall 14 and the part is removed from the mold.
  • Fig ure 2 shows an alternative embodiment where the electrodes are supported by two movable walls 14 opposite.
  • the main advantage of this device lies in the easier handling of the piece 1 00 after welding.
  • Each movable wall 14 closes an end of the open space delimited by the fixed wall 12 while maintaining the metallic fibers 50, but can slide parallel to itself in the closed space, thanks to an external means (not shown), so as to be able to apply the pressure P to the fibers necessary to obtain the desired porosity rate.
  • the external means used for each movable wall may be, for example, a force-controlled actuator then in position.
  • the quantity used is expressed in energy per unit area (kJ / cm 2 ).
  • the surface taken into account is the section of the part along a plane perpendicular to the direction of current flow. For a given device, this quantity is a function of the intensity brought into play during the discharge of the capacitor, even if part of the energy supplied is consumed outside the part to be welded.
  • the parts obtained by this process can have various shapes, in parallelepipeds for example.

Abstract

L'invention propose un procédé de formage de pièces métalliques (50) par soudage, de porosité contrôlée, dans lequel une quantité prédéterminée d'éléments métalliques de forme oblongue est introduite dans un moule (10) où elle est répartie de façon isotrope. Les éléments métalliques sont alors soumis à une pression (P) croissante jusqu'à ce que la pièce ait sa forme finale. Les parois du moule sont alors maintenues en position et un courant électrique (I) traverse les éléments métalliques et les soude entre eux par fusion locale aux points de contact due à l'effet Joule.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE FORMAGE DE PIECES METALLIQUES
POREUSES PAR FRITAGE
La présente invention concerne l' élaboration de pièces par soudage. L' invention vise plus particulièrement un procédé de soudage de fibres métalliques par décharge de condensateur pour élaborer des pièces de forme requise.
On connaît des procédés existants de soudage par décharge de condensateur (GB 1 508 350). Ces procédés consistent à faire passer un courant, obtenu généralement par décharge d' un condensateur, à travers des particules de matière métallique afin de les souder entre elles. Ces procédés ont été appliqués à des poudres de particules sphériques (P. A. VITYAZ et autres, « Contact formation during the electric puise sintering of a titanium alloy powder » , Belorussian Republican Powder Metallurgy Scientific Production Association , traduit de Poroshkovaya Metallurgiya, n° 7 (331 ) , p. 20-23, Juillet, 1 990) ou des particules allongées telles que des fibres (S. T. S. AL HASSAN I et autres, « Preforming using high voltage electrical discharge » , Powder Metallurgy, n ° 1 , p. 45 , 1 980) .
Ces procédés ont été aussi parfois associés à l' application d ' une pression (R.W. BOESEL et autres , « Spark sintering tames exotic P/M materials » , Materials Engineering , p. 32, Octobre, 1 969) , de man ière à faciliter le soudage et à éliminer au maximum la porosité des pièces ainsi soudées. Ces pièces sont compactes et leur taux de porosité avoisiπe 0 (si Vm est le volume de matière et Vp le volume de la pièce terminée, le taux de porosité, τ, est défini comme étant τ = 1 - (Vm : Vp)) . L' invention d écrite , par contre , vise la fa bricatio n de pièces poreuses. Ces pièces peuvent être, par exemple, des supports de matière active tels que les structures fibreuses de pots catalytiques.
I l est nécessaire que ces pièces aient un taux de porosité très élevé, allié à une excellente tenue mécaniq ue dans une large gamme de température.
Les taux de porosité recherchés commencent à 0,60 et se situent typiquement aux alentours de 0, 95. Le taux varie selon la forme et la fonction des pièces à réaliser.
Enfin , l' élaboration de ces pièces doit aussi être contrôlée pour obtenir une bonne reprod uctibilité à des cotes précises.
Ce type d' application pose donc des problèmes spécifiques auxq uels le procédé de l' invention et le dispositif pour le mettre en œuvre, apportent une solution . L' invention est un procédé de formage de pièces métalliques , par soudage, de porosité contrôlée comprenant les étapes successives connues consistant :
- à préparer une q uantité déterminée d' éléments métalliques de forme géométrique anisotrope destinés à constituer une pièce,
- à répartir cette quantité déterminée d' éléments métalliques dans un moule ayant au moins u ne partie mobile,
- à exercer une pression à l' aide d ' une partie mobile d u moule commandée par un moyen extérieur, partie mobile constituant éventuellement une électrode, selon au moins une direction principale sur cette quantité déterminée d' éléments métalliques , pression destinée à renforcer et maintenir les points de contact entre ces éléments,
- à faire passer, simu ltanément, un courant électrique à travers cette quantité déterminée d ' éléments métalliq ues par l' interméd iaire d' un jeu de deux électrodes de polarité opposée pou r solidariser entre eux par soudage ces éléments métalliques, ces deux électrodes étant disposées de manière à ce que le sens de passage d u courant soit globalement coaxial à ladite direction principale de la pression exercée sur la quantité déterminée d' éléments métalliques, - à retirer la pièce d u moule.
On entend par éléments de forme géométrique anisotrope des objets présentant au moins une des trois dimensions significativement différente de la ou des autre(s) .
Le procédé de l' invention se caractérise en ce que : - la quantité déterminée d' éléments métalliq ues est obtenue par pesée d' une masse d'éléments métalliq ue dont la valeur, M, est définie, en fonction du taux de porosité recherché, τ, du volume de la pièce, Vp, et de la masse volumiq ue de l' alliage métallique utilisé, pa, par la formule M = Vp x pa x (1 - τ)
- la q uantité déterminée d' éléments métalliques est répartie de façon isotrope dans le moule,
- la pression exercée est augmentée progressivement jusqu'à ce que la pièce ait la forme req uise, conférant ainsi à la pièce le taux de porosité recherché,
- la partie mobile d u moule est alors maintenue en position et, simultanément, le courant électrique traverse les éléments métalliques et les soude entre eux par fusion locale aux points de contact due à l' effet Joule ou par formation d' un arc local.
On entend par fusion locale aux points de contact, u ne fusion ne concernant q u' une partie de chacune des sections selon les trois dimensions des éléments métalliques. Cette fusion est telle que, d' une part, la tenue mécanique de chaq ue élément métallique concerné, bien que momentanément réduite, reste suffisante pour que l' ensemble de ces éléments conserve la forme acq uise lors de l' étape précédente, préservant ainsi la répartition isotrope dans le moule, et que, d' autre part, la tenue mécaniq ue de la pièce soit optimale à l' usage.
Les éléments de forme géométrique anisotrope de l' invention présentent préférentiellement une d imension significativement différente des deux autres. I ls sont donc généralement oblongs et se présentent avantageusement sous forme de fibres non tissées, d' aiguilles ou de paillettes.
I l est vivement souhaitable pour une mise en œuvre aisée du procédé que les éléments se répartissent spontanément de façon isotrope dans le moule. Des éléments de forme sensiblement cubique ou sphériq ue par exemple, se répartissent spontanément de façon isotrope dans un moule. Cependant ces éléments ne sont pas anisotropes. Leur mise en œuvre dans le procédé de l' invention ne permet pas d' atteindre le taux de porosité recherché(τmax = 0, 5 pour les cubes et 0,48 pour les sphères)
Des éléments alliant une forme géométrique anisotrope et se répartissant spontanément de façon isotrope dans un moule existent cependant. De tels éléments sont obtenus en particulier par la technique de coulée sur roue. En effet, les éléments élaborés avec cette technique ont, entre autres caractéristiques, la particularité de présenter des aspérités de surface, principalement sur les bords parallèles à la d imension significativement différente. Ces aspérités évitent aux éléments de glisser les uns contre les autres et les empêchent ainsi de se répartir de façon an isotrope sous l'effet de la gravité.
Ainsi, leur répartition dans le moule se produit de façon isotrope sans manipulation complémentaire comme le brassage par exemple. Le taux de porosité spontanément obtenu peut atteind re 0, 99 , valeur q ui doit être supérieure à celle du taux de porosité recherché. Pour préserver le caractère isotrope de la répartition des fibres dans la pièce, le taux de porosité spontané doit rester voisin de celui recherché. A cette fin , les éléments métalliques peuvent être préalable- ment broyés ou coupés afin de les calibrer selon la dimension significativement différente à une valeur adaptée.
C' est donc en appliquant une pression sur les éléments métalliq ues au moyen d' une partie mobile d u moule que l' on donne la forme requise à la pièce et, par là même, le taux de porosité recherché. La pression appliquée augmente progressivement jusqu'à la valeur nécessaire pour que la partie mobile d u moule atteigne la position correspondante à la forme requise. Il y a alors éq uilibre entre la force exercée par le moyen extérieur et la force de réaction élastiq ue des éléments comprimés.
La partie mobile est alors maintenue en position. I l faut comprendre par là q ue la partie mobile d u moule ne peut plus changer de position, même si la force de réaction exercée par les éléments comprimés varie brusq uement. En effet, lorsq ue le courant électriq ue traverse les éléments métalliques, la fusion locale fait brusquement d iminuer la force exercée par ces éléments sur la partie mobile du moule. Si la force des moyens extérieurs est maintenue constante et si la partie mobile est laissée libre en position , il s' ensuit une forte compression et une déformation de la pièce liée au déséquilibre des forces.
La partie mobile étant maintenue en position , il faut délivrer un courant électriq ue traversant les éléments métalliques tel qu' il permette une fusion locale, comme définie ci avant, mais sans entraîner une fusion totale aux points de contact, définie comme étant une fusion portant sur la totalité d' une section des éléments métalliques. En effet, si le courant délivré est trop élevé, la fusion totale de nombreux éléments se produit et, par gravité, il s'ensuit une déformation de la pièce.
Le courant électrique ainsi contrôlé est avantageusement délivré par un générateur électrique mettant en œuvre un condensateur de capacité, C, qui constitue un moyen économique, simple et bien adapté pour ce type d'application.
Le dispositif selon l'invention comprend un jeu d'électrodes dont l'une au moins est solidaire d'une paroi mobile.
Le procédé selon l'invention sera mieux compris par la description détaillée, mais non limitative, de plusieurs modes de mise en œuvre de celui-ci et à l'aide des références aux dessins joints sur lesquels : - la figure 1 présente schématiquement une vue en coupe d'un dispositif à une paroi mobile selon l'invention, mettant en œuvre le procédé ;
- la figure 2 présente schématiquement une vue en coupe d'un autre dispositif à deux parois mobiles avec la pièce ayant la forme requise ;
- la figure 3 est un diagramme représentant la résistance mécanique d'une pièce particulière obtenue par la mise en œuvre de la présente invention, en fonction de l'énergie électrique dissipée pour former cette pièce. Le dispositif de la figure 1 permet la mise en œuvre du procédé selon l'invention. Il comprend un moule 10 et un circuit électrique 20.
Le moule 10 est constitué de parois fixes 12 et d'une paroi mobile 14. L'ensemble des parois fixes forme un espace ouvert à une extrémité à l'intérieur duquel est disposé une quantité déterminée d'éléments métalliques 50, par exemple des fibres. La paroi mobile 14 ferme cet espace en maintenant les fibres métalliques 50, mais peut coulisser parallèlement à elle même dans l'espace fermé, grâce à un moyen extérieur non représenté, de façon à pouvoir appliquer la pression P aux fibres nécessaire pour obtenir le taux de porosité recherché. Lorsque ce taux est atteint, la pièce a la forme requise et la paroi mobile est alors immobilisée. Le moyen extérieur mis en œuvre peut être, par exemple, un actionneur asservi en force puis en position. Le circuit électrique 20 comprend un interrupteur 28, un condensateur 30 et un jeu d'électrodes 22, 24, supposées sans épaisseur. Des moyens complémentaires pour contrôler l'intensité du courant I et le circuit de charge du condensateur qui définit la tension V présente aux bornes du condensateur existent mais ne sont pas représentés.
Chaque paroi, mobile 14 et fixe 12 en regard, est équipée d'une électrode, respectivement 24 et 22, connectée à une des bornes du condensateur 30 dont l'une via l'interrupteur 28. Une pièce est réalisée avec des fibres, obtenues par un procédé de coulée sur roue, de la façon suivante :
La pièce requise a la forme d'un cylindre ayant une base circulaire de 7,5 cm de diamètre, une hauteur de 10 cm et un taux de porosité de 0,95. L'alliage métallique utilisé a une masse volumique de 7,1 g/cm3.
Les fibres présentent une section type en forme de lunule s'inscrivant dans un rectangle d'environ 100μm sur 500μm et une longueur de l'ordre de 5 cm.
La quantité déterminée de fibres a une masse M = 0,157 kg. Le moule 10 a une paroi fixe 12 constituée d'un fond supportant une électrode circulaire ayant un diamètre interne de 7,5 cm et d'une enveloppe cylindrique ayant un diamètre interne également de 7,5 cm et une hauteur supérieure à 1 0 cm . La q uantité de fibres est introduite dans le moule 1 0. Les fibres se répartissent spontanément de façon isotrope dans le moule, avec un taux de porosité supérieur à 0,95. La paroi mobile 14, supportant une électrode circulaire 24 d' un diamètre très voisin de 7,5 cm, est alors introduite dans l' enveloppe cylindrique et, sous l' action d u moyen extérieur, comprime les fibres jusq u'à ce que la distance entre la paroi mobile 14 et la paroi fixe en vis à vis 12 atteigne 1 0 cm . La paroi mobile 14 est alors maintenue à cette position . La pièce a la forme requise et le taux de porosité recherché. L' interrupteur 28 est alors fermé, provoquant le passage du courant électriq ue à travers les fibres 50. Le condensateur préalablement chargé sous une tension de 1 9kV a une capacité de 1 06 μF. L'énergie ainsi mise en œuvre pour la soudure est de 20kJ . Le moule est ensuite ouvert par retrait de la paroi mobile 14 et la pièce est retirée du moule.
L' ensemble de ces opérations ne nécessite pas de mise à température préalable des fibres ou de présence d ' une atmosphère gazeuse particulière, bien que, αe façon connue, la présence d' un gaz neutre comme de l' argon soit favorable. Le procédé est donc simple et rapide à mettre en œuvre, le temps nécessaire à la recharge du condensateur étant masqué par les étapes de retrait de la pièce, de répartition des fibres dans le moule et de compression .
La fig ure 2 présente une variante de réalisation où les électrodes sont supportées par deux parois mobiles 14 en vis à vis. Le principal intérêt de ce dispositif réside dans la manipulation plus facile de la pièce 1 00 après soud ure. Chaque paroi mobile 14 ferme u ne extrémité de l' espace ouvert délimité par la paroi fixe 12 en maintenant les fibres métalliq ues 50, mais peut coulisser parallèlement à elle-même dans l' espace fermé, g râce à un moyen extérieur non représenté, de façon à pouvoir appliq uer la pression P aux fibres nécessaire pour obtenir le taux de porosité recherché. Le moyen extérieur mis en œuvre pour chaq ue paroi mobile peut être, par exemple, un actionneur asservi en force puis en position.
La mise en œuvre préférentielle du procédé selon l' invention peut être optimisée en tenant compte des résultats décrits ci-dessous. Dans cette partie de description , la grandeur utilisée est exprimée en énerg ie par unité de surface (kJ/cm2). La surface prise en compte est la section de la pièce selon un plan perpend iculaire à la direction de passage d u courant. Pou r un d ispositif donné, cette grandeur est une fonction de l' intensité mise en jeu lors de la décharge du condensateur, même si une partie de l' énerg ie délivrée est consommée hors de la pièce à souder.
Il a été montré q ue, pour obtenir des pièces 1 00 constituées de fibres métalliques dont la porosité est d' environ 95%, il était nécessaire de dissiper un minimum d ' énergie de 0 , 1 kJ/cm2. En deçà de cette valeur, le soudage des fibres entre elles est insuffisant.
Ce résultat a été obtenu en soumettant des pièces fibreuses 100 témoins (diamètre moyen 23 mm) à des décharges de condensateu r 30 à énergie croissante. La mesure de la qualité de la soudure, donc la résistance mécanique des pièces 1 00, a été déterminée par des essais de traction . Des têtes rapportées en résine polymérisable ont été mises en place à chaq ue extrémité de ces pièces 1 00 pour permettre la prise de mors. La fig ure 3 montre l' évolution de la résistance mécanique en daN en fonction de l' énerg ie par unité de surface (kJ/cm2) . On observe que la résistance mécanique s' accroît avec l' aug mentation de l' énerg ie surfacique, mais tend à s'amortir au-delà de 0,1 kJ/cm2. L'expérience montre qu'au-delà de 0,5 kJ/cm2 pour une porosité d'environ 95%, il y a fusion excessive des fibres traduisant un excès d'énergie. Par ailleurs, l'énergie E emmagasinée dans un condensateur 30 est donnée par l'expression E = 1/2 CV2 où E est en joules, la capacité C du condensateur est en farads et la tension appliquée V au condensateur 30 est en volts. Un niveau d'énergie donné peut donc être obtenu en faisant varier la capacité ou la tension.
Des pièces fibreuses 100 (diamètre 75 mm, longueur 100 mm, section 44 cm2, porosité 95%) ont été soudées avec une énergie constante de 20 kJ (0,45 kJ/cm2) pour deux capacités 74 μF (23 kV) et 106 μF (19 kV). La mesure de la qualité de la soudure, donc la résistance mécanique des pièces, a été déterminée, comme précédemment, par des essais de traction.
Les résultats figurent dans le tableau I ci-dessous, dans lequel on observe que la force maximale, exprimée en daN est obtenue pour la capacité la plus élevée (106 μF) donc la tension la plus faible (19 kV). Trois essais ont été réalisés par condition.
Figure imgf000012_0001
Pour la capacité de 106 μF, l' augmentation de l' énergie emmagasinée dans le condensateur 30, donc dissipée dans les pièces 100 lors de la décharge, a été augmentée jusq u' à 70 kJ (36 kV, 1 ,6 kJ/cm2).
I l est observé une fusion croissante des fibres 50 qui devient très importante à 70 kJ et qui , dans une certaine mesure, détériore la structure fibreuse initiale. Les essais de traction sur les pièces 100 obtenues (tableau I I ci-dessous) ne montrent plus d' accroissement de la résistance mécaniq ue.
Figure imgf000013_0001
Tableau I I
Ces résultats mettent en évidence q u ' u ne énergie trop élevée provoque u ne fusion excessive des fibres 50 à leurs points de contact. Cette fusion excessive se prod uit selon une grande partie de la section de la fibre au niveau d u point de contact. Cette fusion assure une tenue suffisante pour q ue la pièce traité ne se déforme pas par gravité , cependant la résistance de la pièce d iminue.
Lors des essais effectués pou r obtenir ces résultats, des arcs électriques ont été observés entre les électrodes lorsque, pour accroître l' énerg ie emmagasinée dans le condensateur, la tension est augmentée. Ces arcs électriques ne participent pas à la soudure des fibres 50 entre elles. Cette soudure est en effet réalisée par le passage d' un courant I dans les fibres métalliq ues 50 avec fusion aux points de contact par simple effet Joule ou par formation d' un arc local. De ce fait, l' énergie disponible est répartie entre une énergie utile à la soudure et une énerg ie perdue par décharge directe dans le gaz entre les électrodes 22, 24. Pour une machine ind ustrielle, il est donc préférable de disposer d' une capacité élevée, chargée sous une tension modérée, afin d' éviter la perte d'énerg ie par décharge directe dans le gaz entre les électrodes 22, 24. De plus, ceci va dans le sens d' une meilleure sécurité en milieu ind ustriel où des tensions élevées ne sont pas souhaitables.
Les pièces obtenues par ce procédé peuvent avoir des formes variées, en parallélépipèdes par exemple.
Ces formes variées peuvent amener à disposer plusieurs paires d' électrodes de polarité opposée, supportées par les parois du moule en vis à vis, q u' elles soient fixes ou mobiles. Dans le cas où la porosité des pièces 100 est plus faible (80% par exemple) , les points de contact sont plus nombreux, et l' énergie nécessaire pour réaliser les soudures est plus élevée et peut atteindre plusieurs kJ/cm2. La description ci-dessus ne mentionne qu' un condensateur de décharge 30. Cependant, il est évident pour l' homme du métier qu' un jeu de plusieurs condensateurs 30 peut être utilisé pou r mettre en œuvre le procédé selon l' invention .

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de formage de pièces métalliq ues par soudage de porosité contrôlée comprenant des étapes successives consistant : - à préparer une quantité déterminée d' éléments métalliques de forme géométrique anisotrope destinés à constituer une pièce,
- à répartir cette quantité déterminée d'éléments métalliques dans un moule ayant au moins une partie mobile, - à exercer une pression à l' aide d' une partie mobile d u moule commandée par un moyen extérieur, partie mobile constituant éventuellement une électrode, selon au moins une d irection principale sur cette quantité déterminée d' éléments métalliques, pression destinée à renforcer et mainten ir les points de contact entre ces éléments,
- à faire passer, simultanément, un courant électrique à travers cette quantité déterminée d' éléments métalliq ues par l' intermédiaire d' un jeu de deux électrodes de polarité opposée pour solidariser entre eux par soudage ces éléments métalliques, ces deux électrodes étant disposées de manière à ce que le sens de passage d u cou rant soit globalement coaxial à ladite direction principale de la pression exercée sur la q uantité déterminée d' éléments métalliques,
- à retirer la pièce du mou le ; caractérisé en ce que :
- la quantité déterminée d' éléments métalliq ues est obtenue par pesée d' une masse d' éléments métallique dont la valeur, M, est définie, en fonction du taux de porosité recherché, τ, du volume de la pièce, Vp, et de la masse volumique de l' alliage métallique utilisé, pa, par la formule
M = Vp x Pa x ( 1 - τ) - la quantité déterminée d' éléments métalliques est répartie de façon isotrope dans le moule,
- la pression exercée est augmentée prog ressivement jusqu'à ce que la pièce ait la forme requise, conférant ainsi à la pièce le taux de porosité recherché,
- la partie mobile du moule est alors maintenue en position et, simultanément, le courant électrique traverse les éléments métalliques et les soude entre eux par fusion locale aux points de contact due à l' effet Joule ou à la formation d' un arc local.
2 - Procédé selon la revend ication 1 , caractérisé en ce que les éléments de forme géométriq ue anisotrope de l' invention sont des fibres.
3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les fibres sont obtenues par la technique de coulée sur roue.
4 - Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l' une q uelconque des revendications précédentes , comprenant un moule (1 0) avec au moins une paroi mobile ( 14) caractérisé en ce que chaque paroi mobile peut être déplacée parallèlement à elle même g râce à un moyen extérieur de façon à appliquer une pression croissante sur les éléments métalliques jusqu'à une position particulière où elle est maintenue en position pendant l' opération de soudage. 5 - Dispositif selon la revend ication 4 , caractérisé en ce que le moyen extérieur mis en œuvre pour chaq ue paroi mobile est un actionneur asservi en force puis en position .
6 - Dispositif selon les revend ications 4 ou 5 , caractérisé en ce que les électrodes sont solidaires d' au moins une paroi mobile.
PCT/FR2000/001362 1999-05-21 2000-05-19 Procede et dispositif de formage de pieces metalliques poreuses par frittage WO2000071284A1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/979,063 US6674042B1 (en) 1999-05-21 2000-05-19 Method and device for forming porous metal parts by sintering
EP00931316A EP1198316A1 (fr) 1999-05-21 2000-05-19 Procede et dispositif de formage de pieces metalliques poreuses par frittage
JP2000619577A JP2003500531A (ja) 1999-05-21 2000-05-19 焼結により多孔性金属コンポーネントを形成するプロセスおよび装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR99/06462 1999-05-21
FR9906462A FR2793714B1 (fr) 1999-05-21 1999-05-21 Procede et dispositif de formage de pieces metalliques par soudage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2000071284A1 true WO2000071284A1 (fr) 2000-11-30

Family

ID=9545853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2000/001362 WO2000071284A1 (fr) 1999-05-21 2000-05-19 Procede et dispositif de formage de pieces metalliques poreuses par frittage

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6674042B1 (fr)
EP (1) EP1198316A1 (fr)
JP (1) JP2003500531A (fr)
FR (1) FR2793714B1 (fr)
WO (1) WO2000071284A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1558443B2 (fr) † 2002-10-31 2015-03-04 Melicon GmbH Procede de fabrication d'un composite metallique poreux en plaque

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5154930B2 (ja) * 2004-07-19 2013-02-27 スミス アンド ネフュー インコーポレーテッド 医療用移植片の表面のパルス通電焼結法及びその医療用移植片
DE102005023384A1 (de) * 2005-05-17 2006-11-23 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen metallischer Fasern zu einem Vließ
SE531769C2 (sv) * 2007-05-11 2009-08-04 Esab Ab Anordning och förfarande för pulverhantering för svetsapparat
WO2009055452A2 (fr) * 2007-10-24 2009-04-30 Mott Corporation Filtre fibreux fritté
EP2198993B1 (fr) * 2008-12-19 2012-09-26 EPoS S.r.L. Procédé de frittage et dispositif
CN112157265B (zh) * 2020-09-30 2022-12-06 西部金属材料股份有限公司 一种电阻烧结制备金属纤维多孔材料的方法及设备
CN112387969B (zh) * 2020-10-28 2022-09-16 西部金属材料股份有限公司 一种电阻烧结制备金属纤维毡的方法、金属纤维毡及应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1506994A (fr) * 1966-11-12 1967-12-22 Rheinisch Westfalisches Elek Z Procédé et dispositif de fabrication de plaques poreuses en fibres
GB1455705A (en) * 1973-04-06 1976-11-17 Battelle Development Corp Method of and apparatus producing solid filament from a settable molten material
FR2341949A1 (fr) * 1976-02-23 1977-09-16 Jungner Ab Nife Corps d'electrode poreux pour accumulateurs electriques et procede de fabrication
US5679441A (en) * 1992-12-18 1997-10-21 N.V. Bekaert S.A. Process for continuously manufacturing a porous laminate

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3340052A (en) * 1961-12-26 1967-09-05 Inoue Kiyoshi Method of electrically sintering discrete bodies
US3873805A (en) * 1961-12-26 1975-03-25 Inoue K Method of making a heat exchanger
DE2055927C3 (de) * 1970-11-13 1978-04-20 Schladitz-Whiskers Ag, Zug (Schweiz) Poröser, elektrisch leitender Gegenstand, insbesondere elektrisches Heizelement
US4829152A (en) * 1987-11-16 1989-05-09 Rostoker, Inc. Method of resistance welding a porous body to a substrate
US5246638A (en) * 1988-12-20 1993-09-21 Superior Graphite Co. Process and apparatus for electroconsolidation
DE69401031T2 (de) * 1993-06-04 1997-04-30 Millipore Corp Filterelement aus Metall mit hohem Wirkungsgrad und Verfahren zu dessen Herstellung
US5518833A (en) * 1994-05-24 1996-05-21 Eagle-Picher Industries, Inc. Nonwoven electrode construction

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1506994A (fr) * 1966-11-12 1967-12-22 Rheinisch Westfalisches Elek Z Procédé et dispositif de fabrication de plaques poreuses en fibres
GB1455705A (en) * 1973-04-06 1976-11-17 Battelle Development Corp Method of and apparatus producing solid filament from a settable molten material
FR2341949A1 (fr) * 1976-02-23 1977-09-16 Jungner Ab Nife Corps d'electrode poreux pour accumulateurs electriques et procede de fabrication
US5679441A (en) * 1992-12-18 1997-10-21 N.V. Bekaert S.A. Process for continuously manufacturing a porous laminate

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1558443B2 (fr) † 2002-10-31 2015-03-04 Melicon GmbH Procede de fabrication d'un composite metallique poreux en plaque

Also Published As

Publication number Publication date
FR2793714A1 (fr) 2000-11-24
US6674042B1 (en) 2004-01-06
EP1198316A1 (fr) 2002-04-24
FR2793714B1 (fr) 2001-07-13
JP2003500531A (ja) 2003-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2000071284A1 (fr) Procede et dispositif de formage de pieces metalliques poreuses par frittage
WO2012143365A2 (fr) Procédé de fabrication d'un objet par solidification d'une poudre à l'aide d'un laser
EP3130020B1 (fr) Accumulateur electrochimique au lithium avec borne en liaison directe avec le faisceau electrochimique et procedes de realisation associes
CA2800290C (fr) Cyclotron apte a accelerer au moins deux types de particules
CA2334985C (fr) Procede pour realiser un support de flammes
WO2013079836A1 (fr) Procede d'obtention d'une charge creuse detonante lineaire de decoupe, charge obtenue par ledit procede
EP0010459A1 (fr) Dispositif et procédé de fabrication d'éléments en poudre agglomérée; éléments ainsi obtenus
EP2931454B1 (fr) Procédé d'assemblage par sertissage magnétique
CA2863347C (fr) Procede de fabrication d'un ensemble de stockage d'energie electrique
FR3058655B1 (fr) Procede de formage electrohydraulique et dispositif associe
EP3240650B1 (fr) Dispositif d'electro-hydroformage
FR2597016A1 (fr) Procede et dispositif de compactage d'une poudre par impulsion electromagnetique et materiau composite obtenu
FR2987288A1 (fr) Tete d'un dispositif de decharge electrohydraulique par fil explose
WO2021013577A1 (fr) Elément électrochimique et procédé de fabrication
WO2020120891A1 (fr) Procédé de nettoyage d'une pièce fabriquée par un procédé de fabrication additive avec au moins un bouchon et un changement de phase d'un produit de nettoyage
FR3105319A1 (fr) Bague pour élément de liaison, élément de liaison et procédé de fabrication correspondant
WO2010079295A2 (fr) Dispositif de stockage d'energie, notamment pour equiper un vehicule automobile
FR2886721A1 (fr) Procede de realisation par frittage du reseau capillaire dans un tube caloduc
EP3488454B1 (fr) Procede de préparation d'un supercondensateur hybride de forme cylindrique comportant un métal alcalin ionique
FR3102034A1 (fr) Dispositif à conducteur intérieur et enveloppe métallique séparés par une matière isolante et son procédé de fabrication
EP3774303A1 (fr) Outillage pour la mise en oeuvre d'un procédé de frittage flash d'une poudre d'origine naturelle
WO2020240128A1 (fr) Procédé de fabrication additive d'une pièce comprenant une étape de fabrication d'un support mixte
WO2023110707A1 (fr) Procédé de gestion de la pression appliquée à des batteries à ions lithium
FR3053900A1 (fr) Dispositif de compactage de poudre metallique d'une machine de fabrication additive par lit de poudre
WO2018146216A1 (fr) Dispositif d'electrohydroformage

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2000931316

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref country code: JP

Ref document number: 2000 619577

Kind code of ref document: A

Format of ref document f/p: F

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 09979063

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2000931316

Country of ref document: EP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 2000931316

Country of ref document: EP