Alliage mécanique
L'alliage mécanique permet de produire des matériaux qui ne peuvent être fabriqués par des procédés métallurgiques conventionnels. Les raisons typiques en sont les points de fusion très différents des éléments constitutifs de l'alliage, une homogénéité insuffisante due à des densités différentes ou la non-miscibilité de certains éléments à l'état liquide.
Pour contourner ces restrictions, les matières premières sont transformées en un état présentant une surface spécifique très importante. Elles se présentent alors sous forme de poudres fines qui peuvent être combinées entre elles dans des proportions précisément définies. Dans des mélangeurs de précision, par exemple du type amixon, ces poudres peuvent être transformées en un mélange homogène avec une qualité de mélange presque idéale. Une répartition uniforme des particules est essentielle pour obtenir une microstructure homogène et des propriétés mécaniques uniformes dans le matériau compacté.
Après le mélange, différents procédés permettent de compacter la poudre. Parmi ceux-ci, on trouve l'extrusion, la compression, le compactage à rouleaux et le pressage isostatique. Alors que les premiers procédés reposent sur l'application d'une force mécanique dirigée, le pressage isostatique se caractérise par une pression uniforme sur l'ensemble de la pièce.
Lors du pressage isostatique, les poudres sont versées dans des enveloppes souples en forme de tuyaux. Ces enveloppes sont fermées de manière étanche au gaz et placées dans un bain-marie sous pression. L'augmentation de la pression de l'eau exerce une pression uniforme sur l'emballage de tous les côtés. On parle donc de compression isostatique. On obtient ainsi des pièces très denses et très résistantes, qui peuvent ensuite être usinées par des procédés d'usinage par enlèvement de copeaux.
De plus, l'alliage mécanique peut déjà être initié pendant le processus de mélange lui-même. amixon® fabrique des mélangeurs intensifs adaptés. Ils sont particulièrement adaptés aux poudres abrasives. Le traitement s'effectue par désagglomération et par impact et cisaillement des particules. Au niveau microscopique, cela permet de stimuler les processus de diffusion et les liaisons solides entre les particules. Il en résulte des matériaux à grains fins et souvent nanostructurés présentant des propriétés particulières telles qu'une résistance, une dureté ou une résistance à la corrosion élevées.
L'alliage mécanique, associé à la nanotechnologie, ouvre de nouvelles perspectives dans le développement des matériaux, en particulier pour les combinaisons de matériaux qui ne peuvent pas être alliés de manière conventionnelle.
Équations de compactage en métallurgie des poudres
Équation empirique de compactage selon Balshin
Cette équation décrit la relation entre la densité relative de la poudre et la pression d'estampage appliquée :
ρ / ρₛ = C · (p / p₀)ⁿ
Signification :
ρ = densité actuelle de la poudre compactée
ρₛ = densité théorique du matériau massif
p = pression de compression appliquée
p₀ = pression de référence
C, n = constantes empiriques (dépendant du matériau, de la taille des grains, de la lubrification, du sens de compression)
Cette formule est souvent utilisée dans le compactage à froid et décrit l'augmentation exponentielle typique de la densité lorsque la pression augmente.
équation de Heckel
L'équation de Heckel est l'une des formules les plus connues pour décrire la déformation plastique des poudres métalliques sous pression.
ln(1 / (1 − D)) = K · P + A
Signification :
D = ρ / ρₛ = densité relative
P = pression de compression
K = constante du matériau (réciproque de la contrainte d'écoulement)
A = constante empirique (dépendant du tassement des particules et du frottement)
La plage linéaire de cette relation est utilisée pour caractériser le comportement plastique de la poudre. La valeur inverse de K correspond approximativement à la contrainte d'écoulement de la poudre pendant le compactage.
Équation de Kawakita
Cette équation est particulièrement utilisée pour les substances pulvérulentes à haute compressibilité (y compris les poudres pharmaceutiques ou céramiques) :
P / C = 1 / (a·b) + P / a
Signification :
P = pression
C = (V₀ − V) / V₀ = réduction relative du volume
V₀ = volume initial
V = volume après compression
a, b = constantes du matériau
a décrit la compressibilité maximale possible, b est lié à la sensibilité à la pression.