« Workshop +Composites », PiMW, Liège, 20 mai 2014
1
Introduction (1)
• Composite (Larousse) = matériau formé de plusieurs composants
élémentaires dont l’association confère à...
Introduction (2)
• Composite (Larousse) = matériau formé de plusieurs composants
élémentaires dont l’association confère à...
Plan de l’exposé
• Introduction – les composites à matrice métallique/céramique
• Méthodes de fabrication
– Méthodes « cla...
Méthodes classiques de fabrication (1)
Forgeage liquide, thixomoulage
• Insertion localisée du renfort
• Renfort continu, ...
Méthodes classiques de fabrication (2)
Frittage / Métallurgie des poudres
• Renfort discontinu
• Difficultés:
− Mélange de...
Méthodes classiques de fabrication (3)
Difficultés et limitations
• Contrôle de la solidification
• Contrôle des réactions...
Plan de l’exposé
• Introduction – les composites à matrice métallique/céramique
• Méthodes de fabrication
– Méthodes « cla...
Nouveaux procédés(1)
« Friction stir processing »
• Technique dérivée du
soudage par friction-
malaxage
• Déformation plas...
Nouveaux procédés(2)
« Friction stir processing »
• Insertion de la phase de renfort
‒ Trous ou gorges usinés dans le
méta...
Nouveaux procédés(3)
« 3D printing »
• Laser cladding: poudre projetée
sur un substrat et fondue par un
laser
‒ Mélange de...
Nouveaux procédés(4)
« 3D printing »
• Réactivité entre le renfort et la
matrice
• Stabilité thermique du renfort
• Exempl...
Plan de l’exposé
• Introduction – les composites à matrice métallique/céramique
• Méthodes de fabrication
– Méthodes « cla...
Des propriétés mécaniques améliorées (1)
Composites Mg + nanotubes de carbone
• FSP ⇒ recristallisation dynamique et affin...
Des propriétés mécaniques améliorées (2)
Composites Cu + nano-particules Y2O3
• FSP ou FSP + laminage
• Amélioration de la...
Revêtement composites
[Dutta Majumdar et al., 2009a]
Dureté, résistance à l’usure ↑↑
Inox 316L
5% SiC
20% SiC
Des propriét...
[Dutta Majumdar et al., 2009b]
Dureté ↑↑
Meilleure
biocompatibilité
(pour des prothèses
de hanche)
De nouvelles fonctionna...
De nouvelles fonctionnalités (2)
Composites Mg + nanotubes de carbone
• Influence des nanotubes de carbone sur les proprié...
De nouvelles fonctionnalités (3)
Composites Al + nanotubes de carbone
[Liu et al., 2012]
• Influence des nanotubes de carb...
De nouvelles fonctionnalités (4)
Intermétalliques à base FeAl
[van der Rest et al., 2014]
• Soudage par « Friction Melt Bo...
Conclusions
• Matériaux composites:
– Amélioration des propriétés mécaniques
– Nouvelles fonctionnalités
pex: propriétés t...
Remerciements
• L’équipe du laboratoire MMS (ULg): H.M. Montrieux et S. Salieri
• Sirris: J. Halleux et D. Garray
• UCL: A...
Bibliographie
• M.-N.Avettand-Fenoël et al., Mater. Des., 60 (2014), 343
• L.Commin, Thèse de doctorat, ENSAM, Paris, 2008...
Prochain SlideShare
Chargement dans…5
×

Les composites à matric métallique/céramique - de nouveaux procédés de fabrication pour de nouvelles applications -A. Mertens et J. Lecomte-Beckers

4 031 vues

Publié le

Les composites à matric métallique/céramique - de nouveaux procédés de fabrication pour de nouvelles applications

A. Mertens et J. Lecomte-Beckers
Université de Liège
Science des Matériaux Métalliques (MMS)

www.pluscomposites.eu

0 commentaire
0 j’aime
Statistiques
Remarques
  • Soyez le premier à commenter

  • Soyez le premier à aimer ceci

Aucun téléchargement
Vues
Nombre de vues
4 031
Sur SlideShare
0
Issues des intégrations
0
Intégrations
66
Actions
Partages
0
Téléchargements
57
Commentaires
0
J’aime
0
Intégrations 0
Aucune incorporation

Aucune remarque pour cette diapositive

Les composites à matric métallique/céramique - de nouveaux procédés de fabrication pour de nouvelles applications -A. Mertens et J. Lecomte-Beckers

  1. 1. « Workshop +Composites », PiMW, Liège, 20 mai 2014 1
  2. 2. Introduction (1) • Composite (Larousse) = matériau formé de plusieurs composants élémentaires dont l’association confère à l’ensemble des propriétés qu’aucun des composants pris séparément ne possède – Matrice = le plus souvent une résine organique – Mais les matrices peuvent également être métalliques/céramiques → Marchés de niche et propriétés répondant à des exigences très spécifiques (pex: comportement à haute température) Influence du renfort sur la résistance à haute température d’un alliage d’Al (a,b: composite; c: alliage seul) [Kainer, 2006] Influence du renfort (Al2O3) sur la résistance à haute température de NiAl [Zhong et al., 2007] 2
  3. 3. Introduction (2) • Composite (Larousse) = matériau formé de plusieurs composants élémentaires dont l’association confère à l’ensemble des propriétés qu’aucun des composants pris séparément ne possède – Matrice = le plus souvent une résine organique (le plus important en termes de marchés) – Mais les matrices peuvent également être métalliques/céramiques → Marchés de niche et propriétés répondant à des exigences très spécifiques (pex: comportement à haute température) – Composants non miscibles ou qui ne pourraient pas être obtenus sous la forme désirée par les procédés de mise en œuvre habituels • Tendances et développements récents dans la production et les applications de composites à matrice métallique/céramique – Composites architecturés, où le renfort est localisé – Recours de plus en plus fréquents à des nano-renforts 3
  4. 4. Plan de l’exposé • Introduction – les composites à matrice métallique/céramique • Méthodes de fabrication – Méthodes « classiques »… – … et nouveaux procédés • Applications – Une amélioration des propriétés mécaniques… – … mais aussi de nouvelles fonctionnalités • Conclusions • Remerciements • Bibliographie 4
  5. 5. Méthodes classiques de fabrication (1) Forgeage liquide, thixomoulage • Insertion localisée du renfort • Renfort continu, anisotropie • Difficultés: − Contrôle de la solidification − Réactions interfaciales − Rigidité de la préforme − Mouillage: très mauvais pour C-Mg Composites CMg [A.Mertens et al., 2012, ULg-UCL] Ecrasement de la préforme, Fissuration 5
  6. 6. Méthodes classiques de fabrication (2) Frittage / Métallurgie des poudres • Renfort discontinu • Difficultés: − Mélange des poudres et bonne dispersion du renfort − Réactions interfaciales − Porosité résiduelle [Srivatsan et al, 1995] 6
  7. 7. Méthodes classiques de fabrication (3) Difficultés et limitations • Contrôle de la solidification • Contrôle des réactions interfaciales • Mouillage: un mauvais mouillage peut être néfaste à la mise en œuvre du composite et la cohésion interfaciale • Bonne dispersion/disposition du renfort • Matériaux architecturés: ‒ Renfort localisé ‒ Dépôt en surface, sandwich… • Nano-particules: ‒ Amélioration des propriétés mécaniques ‒ Matériaux fonctionnalisés (propriétés électriques, thermiques…) ‒ Très forte tendance des nano-particules à s’agglomérer, dispersion homogène très difficile à obtenir! 7
  8. 8. Plan de l’exposé • Introduction – les composites à matrice métallique/céramique • Méthodes de fabrication – Méthodes « classiques »… – … et nouveaux procédés • Friction malaxage • 3D printing • Applications – Une amélioration des propriétés mécaniques… – … mais aussi de nouvelles fonctionnalités • Conclusions • Remerciements • Bibliographie 8
  9. 9. Nouveaux procédés(1) « Friction stir processing » • Technique dérivée du soudage par friction- malaxage • Déformation plastique et brassage de la matière • Procédé à l’état solide • Réalisation de matériaux architecturés • Bonne dispersion de nano-particules (moyennant plusieurs passages de l’outil) [Commin, 2008] 9
  10. 10. Nouveaux procédés(2) « Friction stir processing » • Insertion de la phase de renfort ‒ Trous ou gorges usinés dans le métal ‒ Sandwich résultant de l’empilement de tôles et d’un tissu ou d’un « bucky paper » (nanotubes de C) ‒ Matériau architecturé = cœur composite + couches de peau plus ductiles [Mertens et al., 2012, ULg-UCL] [Yang et al., 2010] Les fibres de carbone sont fragmentées en cours de process 10
  11. 11. Nouveaux procédés(3) « 3D printing » • Laser cladding: poudre projetée sur un substrat et fondue par un laser ‒ Mélange de 2 poudres… ‒ … ou poudre composite • Gradient de matière/propriétés • Revêtement composite [Dubourg et Archambeault, 2008] 11
  12. 12. Nouveaux procédés(4) « 3D printing » • Réactivité entre le renfort et la matrice • Stabilité thermique du renfort • Exemple: AISI304 + Al2O3 [Xu et al., 2014] Al2O3 fond pendant la mise en oeuvre Durcissement par solution solide d’Al dans l’austénite ⇒ Résistance à l’usure ↑ 12
  13. 13. Plan de l’exposé • Introduction – les composites à matrice métallique/céramique • Méthodes de fabrication – Méthodes « classiques »… – … et nouveaux procédés • Applications – Une amélioration des propriétés mécaniques… – … mais aussi de nouvelles fonctionnalités • Conclusions • Remerciements • Bibliographie 13
  14. 14. Des propriétés mécaniques améliorées (1) Composites Mg + nanotubes de carbone • FSP ⇒ recristallisation dynamique et affinement des grains • Affinement des grains plus marqué dans le composite • Dureté ↑ [Mertens et al., ULg-UCL] Matériau de base FSP (9 passes) Mg + nanotubes de C Dureté (HV10) Taille de grains (µm) Référence 58.9 ± 0.2 17.0 ± 4.8 Composite Mg + nanotubes de C 68.7 ± 0.5 3.8 ± 1.2 14
  15. 15. Des propriétés mécaniques améliorées (2) Composites Cu + nano-particules Y2O3 • FSP ou FSP + laminage • Amélioration de la capacité d’écrouissage [Avettand-Fenoël et al., 2014] 3 passes 9 passes Distribution plus homogène 15
  16. 16. Revêtement composites [Dutta Majumdar et al., 2009a] Dureté, résistance à l’usure ↑↑ Inox 316L 5% SiC 20% SiC Des propriétés mécaniques améliorées (3) • Laser Cladding • Inox 316L + SiC 16
  17. 17. [Dutta Majumdar et al., 2009b] Dureté ↑↑ Meilleure biocompatibilité (pour des prothèses de hanche) De nouvelles fonctionnalités (1) Gradient de composition • Laser Cladding • Ti6Al4V/Co 17
  18. 18. De nouvelles fonctionnalités (2) Composites Mg + nanotubes de carbone • Influence des nanotubes de carbone sur les propriétés thermiques (dilatation, conductivité…) et/ou électriques • Applications: boîtier électronique, dissipateur thermique… [Mertens et al., ULg-UCL] Conductivité thermique ↑ 18
  19. 19. De nouvelles fonctionnalités (3) Composites Al + nanotubes de carbone [Liu et al., 2012] • Influence des nanotubes de carbone sur les propriétés thermiques (dilatation, conductivité…) et/ou électriques • Applications: boîtier électronique, dissipateur thermique… Coefficient d’expansion thermique ↓ 19
  20. 20. De nouvelles fonctionnalités (4) Intermétalliques à base FeAl [van der Rest et al., 2014] • Soudage par « Friction Melt Bonding » • Matériaux thermoélectriques pour récupération d’énergie 20
  21. 21. Conclusions • Matériaux composites: – Amélioration des propriétés mécaniques – Nouvelles fonctionnalités pex: propriétés thermiques et/ou électriques, biocompatibilité • Développements récents: – Matériaux architecturés – Recours à des nano-particules de renfort • Nouvelles méthodes de production – Friction-malaxage – 3D printing (laser cladding) 21
  22. 22. Remerciements • L’équipe du laboratoire MMS (ULg): H.M. Montrieux et S. Salieri • Sirris: J. Halleux et D. Garray • UCL: A. Simar et F. Delannay, ainsi que l’équipe du LAFAB • Pour leur soutien financier – La Région Wallonne (Programme Winnomat) – Le programme de pôles d’attraction interuniversitaire, office belge de la politique scientifique, contrat IAP7/21 “INTEMATE” – Les Fonds de Développement Européen et la Région Wallonne (Belgique), Project FEDER TipTopLam • Merci pour votre attention! 22
  23. 23. Bibliographie • M.-N.Avettand-Fenoël et al., Mater. Des., 60 (2014), 343 • L.Commin, Thèse de doctorat, ENSAM, Paris, 2008 • L.Dubourg et J.Archambeault, Surf. Coat .Technol., 202 (2008), 5863 • J.Dutta Majumdar et al., Tribology Int., 42 (2009a), 750 • J.Dutta Majumdar et al., J. Mater. Process. Technol., 209 (2009b), 2237 • K.U.Kainer, « Metal Matrix Composites. Custom-made Materials for Automotive and Aerospace Engineering », Weinheim, 2006, pp. 1-54 • Z.Y.Liu et al., Composites Science and Technology, 72 (2012), 1826 • A.Mertens et al., Mater. Sci. Forum, 706-709 (2012), 1221 • T.S.Srivatsan et al., Prog. Mater. Sci., 39 (1995), 317 • C.van der Rest et al., Scr. Mater., 77 (2014), 25 • P.Xu et al., Surf. Coat. Technol., 238 (2014), 9 • M.Yang et al., J. Mater. Sci., 45 (2010), 4431 • Y.Zhong et al., MSEA, 464 (2007), 241 Les publications de l’ULg-MMS sont disponibles sur http://orbi.ulg.ac.be/ Site internet ULg-MMS: http://www.metaux.ulg.ac.be/ 23

×